微生物间穿梭基因的结构自古有之

地球上最早的生命形式最终选择了三条不同的路径之一，形成了真核生物、细菌和古生菌的领域。这些区域已经分别进化了数十亿年。

最近的证据表明，这三个领域之间的界限并不是那么清晰。研究表明，不同结构域的成员可以来回传输基因，可能会快速追踪进化。它们是如何做到这一点的尚不清楚，但是今天(11月16日)发表在《Science Advances》杂志上的一项研究提供了一个可能的线索，该研究首次报告古生菌具有整合子——以前认为只存在于细菌中的基因交换机制。这可能使来自两个区域的微生物交换信息，并立即获得新的功能。

基因交换可以帮助细菌在新的、恶劣的环境中生存，或加强它们与植物的共生关系。该研究的共同作者Timothy Ghaly是悉尼麦考瑞大学的微生物学家，他说他和他的团队一直对整合子如何使细菌具有新奇的，有时是难以置信的有用特性感兴趣，例如抗生素耐药性。

古生菌是否有整合子是未知的，部分原因是它们很难研究，Ghaly说，因为它们生活在各种难以接触的环境中，从我们的肠道到泥泞的硫磺温泉。但基因组测序的最新进展，特别是一种被称为宏基因组组装基因组(MAG)的技术，使研究人员能够从环境样本中拼凑出古菌基因组。

Ghaly和他的团队很好奇原核生物是否与它们的远亲细菌有类似的基因交换机制。如果完全不同的有机体群体，如细菌和古生菌，在交换基因，这可能有助于“接受新功能的微生物占据新的生态位，并可能对人类和动物和植物的健康产生影响，”他补充说。“整合子是抗生素耐药性危机的一个重要推动者……有很多基因盒是毒性基因或抗生素耐药性基因，它们可能会对我们产生负面影响。”例如，一些人类产甲烷古生菌对抗生素具有高度耐药性。

细菌以基因盒的形式交换基因，该基因盒由单个基因和一个被称为AttC的基因重组位点组成。当它们遇到压力时，细菌就会像混合磁带一样交换这些磁带，把它们插入或取出基因组。

在细菌基因组上，整合子由一个IntI蛋白的基因Int和一系列整合的基因盒组成。在这项新研究中，研究人员筛选了所有公开的古生菌基因组，其中95%是MAGs。他们寻找类似AttC的序列和类似IntI的蛋白质编码序列。研究人员说，他们还没有找到预测AttI序列的方法，因此没有寻找它们。

在他们扫描的近6700个原始基因组中，研究人员发现了横跨9个门的75个有整合子存在的证据。所有的古菌整合子都具有与细菌整合子相同的结构和成分。

基于他们发现的序列，研究人员合成了古菌含AttC的盒，发现当大肠杆菌暴露时，会将这些盒合并到它们的基因组中。

“在新生物中发现(水平基因转移)总是很有趣的，”Zhaxybayeva说。她补充说，在未来，有一个培养的古生菌的完整基因组将是有用的，而不是像研究团队在这项研究中使用的一个构建的MAG，并开始拼凑基因转移背后的机制。她特别感兴趣的是人类肠道中的古生菌是否有整合子，“以及它们是否参与抗生素耐药性的交换。”