Mekanisme yang baru ditemukan menunjukkan bahwa virus dapat berpindah antar bakteri 1.000 kali lebih sering daripada sebelumnya, dan dapat menjadi kekuatan utama dalam evolusi sel. Bakteri memiliki keunggulan evolusioner yang halus: mereka dapat digunakan untuk bertukar rencana bertahan hidup di jaringan mereka sendiri. Jaringan virus hidup dapat menyebarkan informasi genetik antara sel yang tidak terkait. Proses transmisi ini disebut "transduksi", dan ini adalah salah satu cara bakteri melewati pewarisan vertikal dan berbagi informasi secara horizontal, memungkinkan gen yang secara perlahan dibentuk oleh seleksi alam untuk memasuki populasi baru secara instan. Ilmuwan memahami bahwa jaringan transduksi pasti akan mempengaruhi evolusi bakteri selama berabad-abad, dan berspekulasi bahwa pengaruh yang disebabkan oleh jaringan transduksi terbatas pada waktunya, karena penularannya sendiri sangat jarang.
-Science Popularization: Namun, sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Science menemukan mekanisme transduksi baru, yang terjadi 1.000 kali lebih sering dari sebelumnya, dan dapat mempercepat evolusi bakteri ke tingkat yang sama. Faktanya, transduksi mungkin merupakan kekuatan sentral evolusi bakteri. John Chen, asisten profesor mikrobiologi dan imunologi di National University of Singapore dan salah satu rekan penulis utama studi tersebut, mengatakan: Kami berasumsi bahwa tingkat transduksi mirip dengan akses Internet dial-up, tetapi di beberapa Dalam hal ini, konduktivitas tampaknya lebih mendekati broadband. Hasil penelitian menunjukkan bahwa transduksi tidak hanya membuat transfer gen horizontal lebih umum, tetapi jaringan bakteri ini dapat dibentuk oleh seleksi bersama antara bakteri dan virus fag.
Gambar di atas menggambarkan bakteriofag (merah) virus yang terus-menerus menyerang sel bakteri Ilmuwan telah menemukan bahwa frekuensi virus ini mentransfer gen antar bakteri lebih cepat dari yang diketahui orang, yang sangat bermanfaat bagi evolusi virus dan bakteri. Hak atas foto: Design_Cells
Setelah fag mendarat di bakteri, mereka menembus membran sel dan menyuntikkan DNA ke dalam sel. Dari sana, virus seperti membajak mesin seluler inang, terus-menerus menggandakan dirinya, lalu menginfeksi bakteri lain. Dalam kasus yang jarang terjadi, fragmen DNA bakteri disembunyikan di bakteriofag dan kemudian ditambahkan ke genom bakteri yang terinfeksi. Proses transfer genetik ini disebut transduksi umum. Nyatanya, bakteriofag juga bisa membuat pilihan lain: secara tidak sengaja menyuntikkan gen mereka ke dalam genom bakteri, lalu menunggu perlahan. DNA fag in vitro dapat bertahan selama beberapa generasi sebelum aktivasi. Para ilmuwan berspekulasi bahwa sekitar setengah dari bakteri mengandung fag, dan banyak bakteri mengandung lebih dari satu fag.
John Chen, ahli mikrobiologi di National University of Singapore, memimpin penelitian dan menemukan mekanisme baru untuk transfer gen horizontal. Foto: Atas kebaikan John Chen / National University of Singapore
Setelah fragmen DNA fag diaktifkan, fragmen tersebut akan dipisahkan dari genom bakteri, direplikasi, dan kemudian DNAnya dikemas menjadi fag. Jika terjadi kesalahan selama proses isolasi, sebagian kecil dari genom bakteri akan disalin dan dikemas dengan fag. Ketika fag menginfeksi inang lain, sebagian kecil DNA bakteri diintegrasikan ke dalam genom inang baru melalui proses transduksi. Kemungkinan kejadian transduksi umum sangat rendah, hanya satu kasus per juta fag yang terjadi, dan kejadian transduksi khusus bahkan lebih jarang. Namun demikian, kejadian yang tidak disengaja sangat bermanfaat pada skala waktu evolusi bakteri. Tetapi kecepatan adaptasi beberapa bakteri terhadap perubahan lingkungan membingungkan John Chen, jadi dia mempelajari Staphylococcus aureus yang terkenal, yang resistensinya terhadap antibiotik berkembang sangat cepat.
Strain stafilokokus yang resistan terhadap obat hampir selalu muncul dalam satu atau dua tahun setelah pengenalan obat baru. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) adalah contoh terkenal: strain yang resisten muncul tak lama setelah munculnya antibiotik methicillin pada 1950-an, dan Staphylococcus aureus yang resistan terhadap obat sekarang ditemukan di rumah sakit di seluruh dunia. Sebuah momok. Staphylococcus aureus beradaptasi dengan sangat cepat, dan menurut saya ada banyak masalah yang perlu dipelajari. Penjelasan tentang mekanisme transmisi yang diketahui tidak memuaskan saya, ini hanya intuisi, bukan kesimpulan ilmiah. Ketika para peneliti mengamati proses produksi fag Staphylococcus aureus, mereka melihat perbedaan yang aneh: Tampaknya DNA fag disalin dan dikemas sebelum DNA virus diekstraksi dari genom inang.
Jika DNA profag direplikasi dan dimasukkan ke dalam kapsul virus dan tertanam dalam genom inang pada saat yang sama, kemungkinan mengabaikan potongan DNA bakteri yang berdekatan untuk juga direplikasi dan dikemas dalam fag meningkat, yang sangat meningkatkan transfer gen horizontal ke Kemungkinan spesies bakteri lain. Mekanisme eksisi tertunda ini telah ditemukan pada mutan sintetis, tetapi tidak pernah ditemukan di alam. Penades dan Chen tidak hanya membuktikan bahwa mekanisme transduksi baru ini terjadi secara alami pada Staphylococcus aureus, tetapi frekuensinya 1.000 kali lebih tinggi daripada mode transduksi lainnya. Hasil yang diharapkan jauh lebih rendah dari kenyataan, saat saya tunjukkan datanya ke beberapa rekan, mereka tidak percaya. "Transduksi lateral" juga menangkap genom yang lebih besar daripada transduksi umum dan khusus. Sekarang kita tahu bahwa blok genom yang lebih besar adalah hipermobilitas.
Jos Penades, seorang ahli bakteriologi di Universitas Glasgow, memperhatikan bahwa tampaknya ada masalah dengan waktu produksi fag di Staphylococcus, yang membantu mengungkapkan adanya transduksi lateral pada bakteri. Gambar: Atas kebaikan José Penadés
Hasil ini menunjukkan bahwa dalam proses evolusi bakteri, transduksi jauh lebih kuat daripada yang kita sadari sebelumnya. Alan Davidson, profesor mikrobiologi di Universitas Toronto, berkata: Ini tidak hanya membantu menjelaskan evolusi jangka panjang, tetapi juga membantu menjelaskan evolusi jangka pendek. evolusi. Beberapa kebiasaan yang tidak dapat dijelaskan dalam data genom mungkin lebih bermakna dari perspektif transduksi lateral. Saya mengutip penelitian terbaru untuk lebih menggambarkan maksud saya: Dalam penelitian ini, tikus diobati dengan ciprofloxacin, yaitu antibiotik yang bekerja dengan mengaktifkan fag. Perawatan ini menghasilkan sejumlah besar gen resistensi antibiotik pada virus fag tikus, yang sejalan dengan lonjakan transduksi lateral yang disebabkan oleh aktivasi fag.
Transduksi lateral dapat membantu menjelaskan keberadaan "pulau patogenisitas". "Pulau patogen" adalah sekumpulan genom bakteri yang dapat digunakan untuk menghindari resistensi antibiotik dan menjadi lebih mematikan. Mereka didistribusikan dalam genom banyak stafilokokus patogen, tetapi anehnya, non-patogenisitasnya tidak muncul dalam kerabat dekat. Para ilmuwan mencoba menjelaskan pola ini, dan transduksi lateral memberikan mekanisme yang masuk akal untuk ini. Meskipun banyak penelitian diperlukan untuk mengonfirmasi hal ini, beberapa bukti menunjukkan bahwa pulau patogen Staphylococcus aureus dapat berkumpul di sekitar lokasi lampiran fag asli, yang merupakan pilihan pertama jika Anda ingin berkeliling dunia.
Foto: Majalah Lucy Reading-Ikkanda / Quanta
Penades percaya bahwa transduksi lateral mungkin merupakan inovasi, bukan kesalahan, dan juga merupakan produk dari negosiasi perdamaian jangka panjang antara bakteri dan inang. Dengan meningkatkan kemampuan beradaptasi dan toksisitas inang, virus mungkin dapat menyebar lebih mudah; bagi bakteri: keuntungan memasuki jaringan gen menguntungkan virus dapat melebihi kerusakan tidak langsung yang disebabkan oleh fag untuk membunuh sel tertentu. Olga Zhaxybayeva, seorang profesor di Dartmouth College yang mempelajari ko-evolusi bakteri dan virus, memperingatkan: Jangan anggap remeh bahwa mekanisme seleksi menguntungkan kedua belah pihak. Ini jelas menarik. Mungkin, tapi masih belum pasti.
Christine Schneider, seorang ahli virologi dan profesor biologi di Carroll University, mengatakan: Hasil ini sangat mengejutkan. Mekanismenya sangat menarik. Saya ingin tahu apakah itu juga terdapat pada bakteri lain. Ada secara luas di. Chen setuju dengan gagasan mempelajari transduksi lateral pada lebih banyak kelompok bakteri. Pada saat yang sama, dia juga percaya bahwa mekanisme ini tersebar luas, dan tim berencana untuk mempelajari lebih banyak spesies bakteri dan menemukan bukti transduksi lateral di lingkungan alami. Jika transduksi horizontal tersebar luas, itu akan menjadi sangat kuat.Satu set lengkap gen dapat melewati jutaan atau bahkan milyaran tahun evolusi dalam sedetik dan dikirim ke sel bakteri yang belum pernah terlihat sebelumnya.
Boke Garden-Science Popularization Referensi Jurnal Literatur: "sains"
Teks: Jonathan Lambert / majalah Quanta / Quanta Newsletter
DOI: 10.1126 / science.aat5867
Brocade Park-Memberikan Ilmu Keindahan Alam Semesta
- King of Glory: Empat pahlawan dengan tingkat kemenangan super rendah bahkan lebih sulit untuk membuat mereka mencetak gol daripada mencapai langit!
- Deng Zhaozun terus terang, tiga istri berinisiatif untuk pulang, dan ucapan ibunya bahkan lebih mengharukan!
- Ivanka mengenakan rok bermotif lagi, dan motif bunga kecil yang lembut diganti dengan "merah dan hijau" murahan, yang lebih aura
- King of Glory: Siapa pahlawan pertama Anda dengan kemampuan penuh? Sebagian besar pemainnya adalah dia
- Ronaldo memimpin tim ke KO Manchester United! Fans bergegas gila + bernyanyi untuknya, dia mengatakan kepada keamanan tidak apa-apa
- "Red Velvet" "Sharing" 190203 "Happy New Year" JOY membawa matahari kecil ke luv untuk mengirim berkah Tahun Baru ~
- Putri Megan sebenarnya memakai sandal, dan dia memilih gaya gaun biru yang tepat untuk menjadi sangat cantik, tapi warnanya berubah sedikit tapi terlihat sangat putih.
- King of Glory: Apakah Master tidak ada hubungannya dengan monyet? Penyihir ini telah tumbuh dan menjadi monyet!
- Kesehatan | "Duduk menetap meningkatkan risiko kematian dini" dikonfirmasi! Berapa lama tidak aktif?
- Yang Zi akhirnya tidak memakai celana cerobong asap, menggantinya dengan celana split, memperlihatkan kaki rami bahkan lebih menakjubkan, dan akhirnya percaya bahwa berat Anda 90 kg