在马萨诸塞州的伍兹霍尔，牛津大学、斯特林大学与伍兹霍尔海洋生物实验室的研究团队发现，一些小型淡水生物通过“窃取”细菌的抗生素配方来抵御感染。
这些微小的生物被称为蛭形轮虫，意为“爬行的轮状动物”。尽管它们的体型比头发还细，但它们同样拥有头部、嘴、肠道、肌肉和神经。
研究表明，当轮虫遭遇真菌感染时，它们会激活从细菌和其他微生物获取的数百个基因。这些基因在轮虫体内合成抗性物质，如抗生素和其他抗菌剂。研究团队在《自然通讯》上发布了这一发现。
研究的主要作者克里斯·威尔逊表示：“当我们解读这些被盗基因的DNA时，感到非常惊讶。主要基因指示动物无法合成的化学物质，类似于抗生素的配方。”
虽然早期研究已发现轮虫从环境中获取DNA已有数百万年历史，但此次研究首次揭示它们利用这些基因抵抗疾病。目前尚无其他动物能如此广泛地“窃取”微生物基因。
“这些复杂的基因——在其他动物中未曾发现——是从细菌获得的，但在轮虫中经历了进化，”合著者大卫·马克·韦尔奇说。他是海洋生物实验室的高级科学家和主任。“这使得轮虫有可能产生新型抗菌剂，这些抗菌剂对包括人类在内的动物的毒性可能较小。”
自我保护的方式
抗生素在现代医疗中至关重要，但大多数抗生素并非科学家发明，而是由真菌和细菌自然产生的，人类则制造人工版本作为药物。
这项新研究表明，轮虫可能也在进行类似的行为。
“这些奇特的小动物复制了微生物制造抗生素的DNA，”威尔逊解释道。“我们观察到它们利用其中一种基因对抗真菌引起的疾病，存活下来的动物产生的化学物质是死亡动物的10倍，表明它有助于抑制这种疾病。”
科学家们认为，轮虫可能为寻找治疗由细菌或真菌引起的人类感染的药物提供重要线索。
随着致病微生物进化出耐药性，抗生素的有效性逐渐降低。世界卫生组织最近发出警告，强调“迫切需要”开发新抗生素以应对耐药性威胁。
“轮虫使用的配方与已知微生物基因不同，”斯特林大学的研究作者鲁本·诺埃尔说。“它们的长度和复杂性与之前相同，但部分DNA代码发生了变化。我们认为，进化过程改变了配方，使轮虫体内产生新的化学物质。这令人兴奋，因为它可能为未来的药物提供新思路。”
轮虫从细菌中获得的基因编码了一种不寻常的酶，这种酶将氨基酸组装成小分子，称为非核糖体肽。
“研究的下一步应包括鉴定由蛭形轮虫产生的多种非核糖体合成肽，并建立诱导这些化合物合成的条件，”合著者Irina Arkhipova说，她是海洋生物实验室的高级科学家。
开发新药的一个挑战是，许多由细菌和真菌产生的抗生素对动物有毒或有副作用。只有少数能够转化为清除人体有害微生物的治疗方法。
如果轮虫在自身细胞中产生类似的化学物质，它们可能会导致更安全的药物用于其他动物，包括人类。
为什么轮虫会获得如此多的外源基因？
一个重要问题是，为什么轮虫是唯一一种如此频繁从微生物借用有用基因的动物。
“我们认为这可能与轮虫的另一个奇特事实有关，”牛津大学的研究合著者蒂姆·巴拉克拉夫说。“与其他动物不同，我们从未见过雄性轮虫。轮虫母亲产卵孵化成自己的基因副本，不需要性或受精。”
根据一种理论，这种自我复制的动物可能会变得过于相似，从而导致健康问题。巴拉克拉夫解释道：“如果一个生物生病，其他生物也会受到影响。”由于蛭形轮虫没有性行为，这使得亲代基因以有益的方式重组，轮虫母亲的基因组直接转移给后代，而不引入新的变异。
“如果轮虫无法改变基因，它们可能会灭绝。这或许能解释为什么这些轮虫从其他地方借用如此多的基因，尤其是那些帮助它们抵抗感染的基因。”巴拉克拉夫说。
诺埃尔认为，从轮虫及其“窃取”的DNA中还有很多值得学习的地方。“轮虫使用了数百种在其他动物中未发现的基因。抗生素配方令人兴奋，其他一些基因甚至看起来像是取自植物。他说：“这些发现是关于基因如何以及为什么在不同生命形式之间移动的故事的一部分。”
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