修改他们的基因组并获得抗生素抗性

细菌似乎过着迷人的生活。显示但很少努力，他们修改他们的基因组并获得抗生素抗性，促使我们中的一些人说，“这就是他们这样做的方式。”但他们真的吗?

事实上，细菌几乎可以创造出任何东西。他们可以使用随机的非编码DNA序列来产生表达抗生素阻碍肽的从头基因。

乌普萨拉大学科学家收集的证据支持了这种可能性。他们发起了一项新的研究，希望能够揭示两种最有可能促成抵抗的机制中的至少一种。在一种机制中，具有新功能的新基因来自现有基因，其可以通过水平转移获得或从废弃(但可修饰)祖先基因的集合中获得。在另一种机制中，新基因和蛋白质从随机DNA序列进化而来，与现有基因和蛋白质没有相似性。

科学家专注于后一种机制，即从头机制，编写了完全随机的合成表达文库。接下来，他们将随机基因序列置于质粒上以在细菌内表达。最后，他们确定表达的肽是否赋予任何有益的性质，例如抗生素抗性。

由乌普萨拉大学医学生物化学和微生物学系教授，医学细菌学家Dan I. Andersson博士领导的科学家发现了几种能够给大肠杆菌带来高度抗性的短肽(22至25个氨基酸长)。氨基糖甙类药物，一种用于严重感染的重要抗生素。其他细节于6月4日在mBio上发表，文章标题为“ De Novo出现的赋予抗生素抗性的肽”。

该文章的作者写道，“选择含有抗生素的琼脂平板可以鉴定出三种能使氨基糖苷类抗药性增加48倍的肽。” “结合遗传和功能分析，我们发现这些肽具有高度疏水性，通过插入膜，它们可以降低膜电位，降低氨基糖苷类摄取，从而赋予高水平的抗性。”

这些发现表明随机序列的表达如何能够激发新基因的起源。在这些发现之前，对从头机制的正确认识可能更难以维持，特别是因为可能更容易接受当基因已经存在时，它可以被修饰并获得新的功能。

“当项目开始时，我们的期望值很低，”医学生物化学家和微生物学家Michael Knopp博士，乌普萨拉大学医学生物化学和微生物学博士后，以及mBio文章的主要作者。“当我们发现肽能够使抗性水平提高48倍时，我们感到非常惊讶。”

本研究评估了约5亿随机基因序列，展示了未来如何研究选择性益处的进化。通过表达高度多样化的序列文库并随后选择诸如对毒性化合物的抗性，拯救营养缺陷型/温度敏感型突变体的能力以及通常未使用的碳源的生长等功能，可以探索许多不同的表型。

“这项研究非常重要，因为它表明完全随机的氨基酸序列可以产生新的有利功能，”Andersson强调说，“这种从头进化过程可以在实验室进行实验研究。