細菌無處不在。他們生活在土壤和水中，皮膚上和身體中。有些是致病的，這意味著它們會引起疾病或感染。為了設(shè)計針對病原體的有效治療方法，研究人員需要知道哪些特定基因應(yīng)歸咎于致病性。
科學(xué)家可以通過基因工程識別致病基因。這涉及將人造DNA添加到細菌細胞中。然而，問題是細菌已經(jīng)進化出復(fù)雜的防御系統(tǒng)以防止外來入侵者 - 特別是外來的DNA。目前的基因工程方法經(jīng)常將人造DNA偽裝成細菌DNA以阻止這些防御，但是該過程需要高度特異性的修改并且昂貴且耗時。
在*近發(fā)表在“美國國家科學(xué)院院刊”上的一篇論文中，克里斯托弗約翰斯頓博士和他在Forsyth研究所的同事們描述了一種通過使人造DNA對細菌的防御不可見而對細菌進行基因工程的新技術(shù)。理論上，該方法可以應(yīng)用于幾乎任何類型的細菌。
Johnston是Fred Hutchinson癌癥研究中心疫苗和傳染病部門的研究員，也是該論文的主要作者。他說，當一個細菌細胞檢測到它已被外來DNA穿透時，它會迅速摧毀侵入者。細菌一直受到病毒攻擊的威脅，因此它們已經(jīng)開發(fā)出非常有效的防御措施來抵御這些威脅。
約翰斯頓解釋說，問題在于，當科學(xué)家們想要將人造DNA放入細菌中時，他們會面對完全相同的防御系統(tǒng)，以保護細菌免受病毒侵害。
為了克服這個障礙，科學(xué)家們添加了特定的修改來掩蓋人造DNA并誘使細菌認為入侵者是其自身DNA的一部分。這種方法有時可行但可能需要相當長的時間和資源。
約翰斯頓的策略是不同的。他沒有在人造DNA中加入偽裝，而是刪除了一種稱為基序的基因序列的特定成分。細菌防御系統(tǒng)需要這個主題來識別外來DNA并進行有效的反擊。通過去除基序，人造DNA變得對細菌的防御系統(tǒng)基本上是不可見的。
“想象一下像干船塢中的敵人潛艇這樣的細菌，以及作為你的士兵的人造遺傳工具，需要進入潛艇進行特定的任務(wù)。目前的做法就像將間諜偽裝成敵人一樣士兵，讓他們走到每個門口，允許警衛(wèi)檢查他們的憑據(jù)，如果一切順利，他們就在，“約翰斯頓說。“我們的方法是讓那名士兵看不見，讓他們直接穿過大門，完全躲避守衛(wèi)。”
這種新方法比現(xiàn)有技術(shù)需要更少的時間和更少的資源。在這項研究中，約翰斯頓使用金黃色葡萄球菌作為模型，但他開發(fā)的潛在策略可以用于潛行這些主要的防御系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在于當今已知的80%至90%的細菌中。
這種新的基因工程工具為以前未經(jīng)過充分研究的細菌研究開辟了可能性。約翰斯頓解釋說，由于科學(xué)家的時間和資源有限，他們傾向于使用已經(jīng)被破壞的細菌。使用這種新工具，解決細菌DNA的主要障礙已經(jīng)解決，研究人員可以使用該方法設(shè)計更多臨床相關(guān)細菌。
“細菌是我們這個星球的驅(qū)動力，”Forsyth研究所的高級研究員，該論文的共同作者Gary Borisy博士說。“設(shè)計細菌的能力對醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，化學(xué)工業(yè)和環(huán)境都有深遠的影響。”
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