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2025-04-08 18:54:00
腸の微生物の遺伝子調節ネットワークは、抗生物質を無差別に排出するためにのみ、精巧で厳密に調節された分子機械を進化させることができますか？オーストリア科学技術研究所（ISTA）の研究者は、これが補助機能であることを示しています。ネットワークが外れた状態にある場合、基礎レベルの遺伝活動を維持することにより、これらの遺伝子は、細菌が腸内の非常に多様な環境に適合し、適応可能であることを保証します。調査結果はに公開されました pnas。
これは誤称の物語です。そして、そのための計り知れない複雑な分子機構は、スイスの時計のように厳しく規制されています。それともですか？ 3月 遺伝子のネットワークが発見され、 m究極 antibiotic r耐久性。同時に、これはこれまで知られている腸内細菌の最も複雑な遺伝子調節ネットワークの1つであり、それをオンまたはオフにする複雑な相互作用を特徴としています。さらに、おそらくオフになったときに「漏れやすい」拍動性遺伝子機能を示します。それで、このようなハイテクのエンジニアリングは、どのようにして一般的な生物に存在するようになりましたか？そして、なぜそれは厳しく規制されているにもかかわらず「リーク」するのでしょうか？
元Postdoc Kirti JainとCalin Guet教授が率いるオーストリア科学技術研究所（ISTA）の研究者チームは、驚くべき重要な機能を示しました。 3月 システム – 遺伝子ネットワークがオフになるはずです。そのパルスは、ホストの摂食サイクルとほぼ重複しているため、微生物が成長し、腸内の絶えず変化する環境に適応するのに役立ちます。 「私たちは、外れた状態で選択された別のメカニズムを知りません」とGuet氏は言い、調査結果の驚くべき側面を強調しています。
漏れやすい活動または機能的関連性は？
3月 システムは腸内細菌によく研究されています 彼らは寒さを示しました、間違いなく、複数の抗生物質耐性におけるその役割のために、そこからその名前が得られました。しかし、厳しく規制されているにもかかわらず、それはまだそのオフ状態で測定可能なレベルの拍動性発現を示しています。 「この観察は直感に反するように見えます」と、研究の最初の著者であるJain氏は言います。 「場合 3月 システムは強い選択的圧力の下で進化し、しっかりと制御されるようになりましたが、なぜ低レベルの基底発現を可能にするのですか？標的の下流遺伝子が必要なときにのみ活性化されることを保証すべきではありませんか？このパラドックスは、ISTAのジャイナ、グエト、および彼らの協力者に動機付けられ、基礎遺伝子発現の進化と機能に関するこれらの基本的な質問に対処するために、このパラドックスが動機付けられたジャイナ、グエト、そして彼らのコラボレーターを動機付けましたか？ 3月 システム。
厳しい規制とまれな「開始」信号
特に遺伝子調節の文脈では、基底遺伝子発現はしばしば見落とされます。これは、低レベルの発現のニュアンスではなく、遺伝的ネットワークのオンまたはオフ状態に高い焦点が設定されているためです。
に取り組んでいます 3月 システム、私はその複雑な規制メカニズムに感謝するようになりました。私は、その最も研究された機能である抗生物質耐性が、この精巧な分子時計仕掛けの1つの側面にすぎないという事実に特に興味がありました。」
Kirti Jain、最初の著者
したがって、Guet、上級スタッフの科学者であるRobert Hauschild、GašperTkačik教授、およびISTAの他の同僚と一緒に、彼女はそのことを理解しようとしました 3月 抗生物質を超えたシステムの機能。
の1つのユニークな側面 3月 システムは、遺伝活動をキックスタートするコードである最初の転写開始信号です。このいわゆる「スタートコドン」には、細菌や他の生物のDNAではあまり見られない珍しいGTGコード（グアニンチミン – ガニン）があります。ただし、この珍しいコードは、すべての腸の微生物で保存されています 大腸菌 彼らの最初に 3月 システム。この珍しいスタートコドンが 3月 システムのオフ状態でのシステムの拍動性活動により、チームはそれを他のスタートコドンシーケンスに変異させました。そうすることで、彼らはこの一見些細な遺伝的修飾が大幅に変化したことを発見しました 3月 システムの表現、それを大幅に増加または減少させます。一方、野生型細菌のまれなスタートコドンは、発現パルスが宿主の食物摂取のパターンにほぼ対応するようにしました。オフ状態でのこれらの遺伝活動のパルスは、腸の微生物が脈動しなかったものを打ち負かすことにより、変化する環境に成長を適応させるのに役立ちました。 「私たちの結果は、異なるスタートコドンの選択が、複雑な遺伝子調節ネットワークのダイナミクスを微調整するための非常に効果的な遺伝的ノブになる可能性があることを明らかにしています」とJain氏は言います。
ポンプと補助機能
おそらく与えられた分子メカニズムを特定した 3月 システムのフィットネスの利点である研究者は、これにより補助機能が進化することができると主張しました。このような補助機能には、腸内細菌から抗生物質を洗い流すために、巨大で精巧な分子「ポンプ」を活性化することが含まれます。以前の報告では、これらのポンプは、おそらく宿主が摂取した毒素を洗い流すための保護メカニズムとして進化したことを示唆しています。実際、これらのポンプは、多くの有機分子に見られる広範な分子構造を認識しているため、作用においてあまり識別的ではありません。このような機能は、微生物が維持するために非常に「高価」です。したがって、それをとして持っている 3月 システムの主な機能は、腸内細菌の資源、すなわちそれらのフィットネスと生存にとって有害です。
本研究は、抗生物質耐性を支配するシステムに新しい光を当て、したがって、科学者が効果的な公衆衛生対策のための新しい治療戦略を開発するのに役立つ可能性があります。さらに、それは以前の提案をサポートしています 3月 システムがもっとあるかもしれません」m究極 a適応性 r「複数の抗生物質耐性」ではなくエスポンズ。 「このプロジェクトからの主な要点として、私は基本的でありながら見落とされている質問をし、技術の進歩に照らして観察を再検討することの重要性を強調したいと思います」とJain氏は言います。 「カリンが私にそのような質問を探求し、私とプロジェクトをあらゆる可能性に反して支援する機会を与えてくれたことを嬉しく思います。また、ロバートとガシュパーがボード上の学際的な専門知識を持っていることで、私が分析にどのようにアプローチしたかを再構築しました。そのようなコラボレーションは、ISTAでの多様で学際的な研究を強調しています。」
ソース：
ジャーナルリファレンス：
Jain、K。、 et al。 （2025）。細菌のフィットネス決定因子としての拍動性基底遺伝子発現。 国立科学アカデミーの議事録。 doi.org/10.1073/pnas.2413709122。
#腸内微生物の遺伝子ネットワークの予期しない機能が明らかになりました