Science：利用自私的DNA来战胜竞争对手

　　

历史上，隐藏在所有生命王国基因组中的奇怪的DNA片段一直被忽视，因为它们似乎在生存竞争中没有发挥作用。至少研究人员是这么认为的。

这些DNA片段后来被称为“自私的遗传元素”，因为据科学家所知，它们的存在只是为了自我繁殖和繁殖，对宿主生物体没有任何好处。他们被视为基因搭便车者，毫无意义地从一代传到下一代。

加州大学圣地亚哥分校的科学家们进行的研究提供了新的证据，证明这些DNA元素可能根本就不是那么自私。相反，它们现在似乎在很大程度上影响了竞争生物体之间的动态。

生物科学学院的研究人员在《Science》杂志上发表了一篇文章，研究了被认为是地球上最丰富的生物体——噬菌体(噬菌体)的自私遗传元素。令他们惊讶的是，研究人员发现，被称为“移动内含子”的自私遗传元素在与其他病毒竞争时为它们的病毒宿主提供了明显的优势:噬菌体将移动内含子武器化，以破坏竞争噬菌体病毒的繁殖能力。

研究的第一作者之一，加州大学圣地亚哥分校分子生物系博士后学者Erica Birkholz说：“这是第一次证明一个自私的遗传因素赋予它所入侵的宿主生物竞争优势。理解自私的基因元素并不总是纯粹的‘自私’，对于更好地理解所有生命领域的基因组进化具有广泛的意义。”

几十年前，生物学家注意到自私的遗传因素的存在，但无法描述它们在帮助宿主生物生存和繁殖方面所起的任何作用。在这项专注于研究“巨型”噬菌体的新研究中，研究人员分析了两个噬菌体共同感染单个细菌细胞并相互竞争的动态。

他们仔细研究了核酸内切酶，一种作为DNA切割工具的酶。研究表明，来自一个噬菌体的可移动内含子的内切酶会干扰竞争噬菌体的基因组。因此，内切酶现在被认为是一种战斗工具，因为它已经被证明可以切割竞争噬菌体基因组中的重要基因。这破坏了竞争对手恰当地组装自己的后代和繁殖的能力。

“这种武器化的内含子内切酶给携带它的噬菌体带来了竞争优势，”Birkholz说。

研究人员说，这一发现在病毒之间的进化军备竞赛中尤其重要，因为病毒在共同感染中不断竞争。

“我们能够清楚地描绘出产生优势的机制，以及在分子水平上是如何发生的，”该论文的第一作者之一、生物科学研究生Chase Morgan说。“自私的基因元素之间的这种不相容变成了分子战争。”

这项研究的结果很重要，因为噬菌体病毒正在成为对抗抗生素耐药细菌的治疗工具。由于在这场日益严重的危机中，医生们一直在使用噬菌体的“鸡尾酒”来对抗感染，当使用多种噬菌体时，新的信息可能会发挥作用。了解某些噬菌体使用自私的遗传元素作为对抗其他噬菌体的武器，可以帮助研究人员理解为什么某些噬菌体组合可能无法充分发挥其治疗潜力。

生物科学教授Joe Pogliano说:“这项研究中的噬菌体可以用于治疗与囊性纤维化相关的细菌感染患者。了解它们是如何相互竞争的，将使我们能够为噬菌体治疗制造更好的鸡尾酒。”