德州農(nóng)工大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)農(nóng)業(yè)生命研究部下屬的噬菌體技術(shù)中心的一項研究表明，噬菌體（感染和破壞細(xì)菌的病毒類型）中的 "隱藏 "基因可能是開發(fā)一類新的人類健康抗生素的關(guān)鍵。該研究已發(fā)表在《自然通訊》和《當(dāng)代科學(xué)報》上，并在最近的《自然研究》微生物學(xué)社區(qū)博客文章中進(jìn)行了專題報道。

　　抗生素耐藥性細(xì)菌對人類健康的威脅越來越大，這為新型抗生素的開發(fā)帶來了迫切的需求。噬菌體技術(shù)中心主任Ryland Young博士說："人們對噬菌體及其作為對抗病原菌的抗菌劑的潛力越來越感興趣。"他是生物化學(xué)和生物物理學(xué)系的杰出教授，并監(jiān)督了這項研究。"這在很大程度上是由于噬菌體的'溶解基因'能夠?qū)е录?xì)菌宿主的細(xì)胞崩潰。"

　　大多數(shù)噬菌體可以使宿主細(xì)胞破裂，這個過程被稱為裂解。它們還會釋放新的 "后代 "噬菌體病毒，這些病毒在基因和結(jié)構(gòu)上都與母病毒相同。

　　對新的和更有效的抗生素的需求增加了對細(xì)菌噬菌體作為對抗病原菌的可能制劑的興趣。

　　"小型噬菌體，如本研究關(guān)注的噬菌體，會產(chǎn)生一種單一的蛋白質(zhì)，導(dǎo)致宿主溶解，"Young說。"基本上，病毒會產(chǎn)生一種'蛋白質(zhì)抗生素'，以青霉素等抗生素的方式引起溶解--通過破壞細(xì)胞壁生物合成的多階段過程。當(dāng)受感染的細(xì)胞試圖分裂時，它就會爆炸，因為它無法在子細(xì)胞之間創(chuàng)造新的細(xì)胞壁。"

　　他說，這些小型裂解蛋白可以成為一類全新的抗生素的模型。

　　該研究主要是對左旋病毒的裂解基因進(jìn)行表征，左旋病毒是一種含有小型單鏈RNA基因組的細(xì)菌病毒，只有三到四個基因。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)萬種左旋病毒。在已知的左旋病毒基因中，Sgl是 "單基因裂解 "的縮寫。Sgl編碼一種誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞分解的蛋白質(zhì)。

　　許多左旋病毒都含有Sgl基因，但這些基因一直被研究人員 "隱藏 "起來，因為它們體積小，變化極多，而且可以嵌入其他基因中。

　　"我們希望發(fā)現(xiàn)單鏈RNA噬菌體中的這些'隱藏'的溶解基因，以及了解它們的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化如何有利于開發(fā)新的、更有效的抗生素，"該中心生物化學(xué)和生物物理學(xué)系博士后研究助理、該研究的第一作者Karthik Chamakura博士說。"我們還想研究如何識別和利用細(xì)菌內(nèi)的某些分子靶點進(jìn)行抗生素開發(fā)。"

　　Chamakura說，在這項研究中，研究人員能夠識別出35種獨特的Sgls，它們對大腸桿菌產(chǎn)生了淋溶或破壞作用。該團(tuán)隊還確定，這些Sgls中的每一個都可能代表著一種獨特的機(jī)制，用于溶解宿主細(xì)胞。

　　Chamakura還指出，之前的研究已經(jīng)表明，已知的單鏈RNA噬菌體具有很高的突變率。

　　"高突變率使這些噬菌體能夠感染新種類的細(xì)菌，"他解釋說。 "為了逃避新的宿主，噬菌體必須改變現(xiàn)有的Sgl基因或進(jìn)化出一個新的Sgl。盡管基因組RNA的總長度非常短，但這些噬菌體可以編碼兩個或更多的Sgl或原Sgl，以實現(xiàn)破壞多個細(xì)菌宿主的淋巴活性。"

　　該研究的另一個意義深遠(yuǎn)的方面是觀察到，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的Sgls中，有很大一部分是在噬菌體復(fù)制蛋白的基因（即Rep）內(nèi)起源和進(jìn)化的。

　　"有一個不成比例的數(shù)量 - 35個Sgls或Sgl候選者中的22個 - 被發(fā)現(xiàn)嵌入Rep基因內(nèi)，"Chamakura說。"將Sgl基因的位置疊加在各自的Rep序列上，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)Sgl基因是在Rep的保守性較低的區(qū)域中進(jìn)化的。 這可能意味著左旋病毒基因組中更多的高分化區(qū)域，如Rep基因，可能成為Sgl進(jìn)化的'熱點'。"

　　他說，該研究對基因組的檢查還發(fā)現(xiàn)，密切相關(guān)的噬菌體顯示出新生基因進(jìn)化的重要證據(jù)。

　　"這表明其中一些Sgls并不是從現(xiàn)有的基因中進(jìn)化而來的，而是基本上是在基因組中不編碼任何功能分子的部分從頭開始制造的，"Chamakura說。"因此，一個單鏈RNA噬菌體在基因進(jìn)化的不同階段可能有兩個或更多的裂解基因。"

　　總而言之，Chamakura表示，該研究表明Sgls是極其多樣化的，并且作為可以用于蛋白質(zhì)抗生素攻擊細(xì)菌細(xì)胞功能的多肽的來源，仍有大量未被開發(fā)。

　　"通過對整個左旋病毒宇宙中相對微不足道的樣本進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)了一種多樣性的小肽，它們在RNA病毒的生命周期中執(zhí)行關(guān)鍵功能，"他說。"我們還表明，左旋病毒很容易進(jìn)化出Sgl基因，有時每個基因組有一個以上的基因。而且由于這些基因彼此之間或與先前已知的Sgl基因幾乎沒有相似性，它們代表了潛在的蛋白質(zhì)抗生素的豐富來源。"

　　他說，這項研究還應(yīng)該有助于發(fā)現(xiàn)更復(fù)雜生物--如植物和動物--的RNA病毒中的小基因及其生物學(xué)功能，并為研究新基因如何進(jìn)化提供良好的模型。

　　"進(jìn)一步的研究可能包括利用這些肽來確定抗生素開發(fā)的目標(biāo)，"他說。