细菌,病毒,食用巨大差距缩小生命和非生命之间

2020年2月12日

Phage

一个巨大的噬菌体描绘(红,左)和标准噬菌体感染细菌细胞。注入巨大的噬菌体DNA进入宿主细胞中的,其中中科院蛋白质 - 免疫系统CRISPR的一部分,通常只在细菌和古细菌中发现 - 操纵宿主细胞的其他病毒响应。皇冠体育官网的研究小组还没有拍到任何巨大的噬菌体,因此,所有被描述最常见的类型类似于噬菌体T4的。吉尔班菲尔德实验室的图像礼貌。

有科学家发现了数以百计的特别的大,细菌,病毒查杀随着通常与生物体相关的功能,模糊病毒之间的界限随着生活水平的微生物和机器在新的研究结果中报告 性质.

这些噬菌体 - 短的噬菌体,所谓的,因为他们“吃”细菌 - 是一个大小和寿命认为是典型的复杂性,随身携带的基因通常在许多细菌和使用这些基因对细菌宿主他们的发现。

皇冠体育官网的研究人员和他们的合作者发现这些巨大的噬菌体经精练,他们来自近30个不同的地球环境中产生,从早产儿的胆量和怀孕的藏温泉妇女,南非DNA的大型数据库生物反应器,病房,海洋,湖泊和地下深处。

他们一共351标识的不同的噬菌体巨大的,所有的四个基因组或更多次大于病毒的基因组平均上的细菌单细胞的猎物。

是国内最大的在这些噬菌体迄今发现:长基因组中,735,000碱基对,比一般的噬菌体近15倍。已知噬菌体基因组最大的ESTA比许多细菌的基因要大得多。

“我们正在探索地球上的微生物组,有时意外的事情转起来。细菌的这些病毒生物学的一部分,复制的实体,我们知道得很少,“吉尔说班菲尔德,地球和行星科学,环境科学,政策与管理以及UC伯克利分校教授,以及纸张的资深作者关于在自然杂志上出现的2月12日的调查结果。 “这些巨大的噬菌体弥合无生命噬菌体之间的差距,一方面是,与细菌和古细菌。这里绝对似乎是杂种是什么,我们认为之间传统的病毒和传统的活生物体存在的成功战略“。

讽刺的是,的DNA中的这些噬菌体随身背着是CRISPR系统的巨大部分对抗细菌即使用病毒。这很可能11这些噬菌体DNA注入到细菌的细菌及其病毒CRISPR系统扩充主机的CRISPR系统,可能主要是为了针对其他病毒。

“如何改变用途ESTA这些噬菌体有我们想象的细菌系统作为古或使用适合自己的反对竞争中获益,这些病毒之间的燃料战引人注意的是,说:”皇冠体育官网的研究生Basem埃尔 - Shayeb。到-Shayeb和研究助理rohans sachdeva是纸质第一合着者。

新的蛋白质CAS

巨大的噬菌体的一个也能够使蛋白质类似于蛋白质cas9这是革命性的工具CRISPR-cas9那皇冠体育官网的詹妮弗·杜德纳和她的同事欧,艾曼纽夏邦杰,适用于基因编辑的一部分。班菲尔德队被称为微小蛋白质ESTA情况下,希腊字母因为O或披,传统上用来表示去过噬菌体。
ñ这些巨大的噬菌体,有很多的寻找新的工具,用于基因组工程的潜力,“Sachdeva说。 “很多基因的发现是未知的,他们没有一个假定的功能,并且可以用于工业,农业,医疗应用的新蛋白质的来源。”

除了提供新的洞察不断的战争噬菌体之间的细菌,新发现也有人类疾病的意义。病毒,一般在,进位基因的细胞之间,包括基因赋予对抗生素。因为噬菌体和细菌和古细菌任何地方发生的活,人的肠道微生物包括,他们可以携带基因导入细菌破坏定殖人类。

班菲尔德说,谁也是在创新基因组研究所(IGI)和BioHub CZ调查微生物研究部主任“有些疾病是由噬菌体间接引起,噬菌体由于发病机理和耐药性,参与走动基因”。 “而更大的基因组中,较大的容量你必须走动那些五花八门的基因,具有较高的概率,你“将能够提供基因的细菌在人类微生物组不可取的。”

地球上的生物群落测序

对于超过15年,班菲尔德已经-一直在探索的细菌的多样性,古 - 这,她说,是细菌的迷人的表兄弟 - 和噬菌体在地球周围不同的环境。她被测序的所有样品中的DNA,然后拼凑碎片组装基因组起草,或在某些情况下这样做,完全策划从未见过的微生物基因组研究。

在这个过程中,她发现,许多新的微生物有极其微小的基因组,看似维持独立生活的不足。取而代之的是,他们似乎依赖于其他细菌和古细菌生存。

一年前,她报告说,一些最大的噬菌体,一组她叫LAK噬菌体,可以在我们的胆量和嘴,他们在那里捕食肠道和唾液微生物组发现。

所有巨大的噬菌体BANFIELD宏基因组序列中积累,加上世界各地的研究合作者提供了新的宏基因组完整的搜索的新性质的纸张就出来了。在宏基因组,从狒狒,猪,阿拉斯加驼鹿,土壤样品,海洋,河流,湖泊和地下水来了,包括孟加拉谁曾饮用砷污染的水。

团队确定351个噬菌体基因组超过200即是千碱基长,50噬菌体基因组千字节(KB)的平均长度的四倍。他们能够建立的175个噬菌体基因组的精确长度;别人远远大于可能是200 KB。完整的基因组之一,735,000碱基对长,是目前已知的最大的噬菌体基因组。

而大部分的噬菌体的基因的蛋白质,这些巨大的未知代码,研究人员能够确定蛋白质特征基因代码的机器,称为核糖体RNA的关键是转化成信使蛋白质。这种基因并不在病毒只在发现通常情况下,细菌或古细菌。

研究人员发现许多基因的RNA为,哪种氨基酸携带核糖体被纳入新的蛋白质转移;基因调节负载酶和tRNA的蛋白质;这基因的蛋白打开核糖体本身的翻译,甚至件。

“通常情况下,什么样的生活中隔离从非生命的是有核糖体和做翻译的能力;这是主要的明显特征的病毒和细菌分离,非寿险和寿险,“Sachdeva一说。 “一些大的噬菌体有很多ESTA翻译机器,这样模糊的线,他们是有点。”

这些巨大的噬菌体可能使用基因重定向核糖体在细菌蛋白质的代价,使自己的蛋白质更多的拷贝。也是巨大的噬菌体有一些可供选择的遗传密码,核酸三联对特定的氨基酸,这可能混淆与细菌核糖体RNA的解码代码。

此外,一些新发现的基因携带在中科院各种细菌系统中发现的蛋白质的变体,巨大的噬菌体CRISPR:如cas9,cas12,casx和CASY家庭。也有一些巨大的噬菌体有CRISPR阵列,它们是病毒DNA片段的细菌基因组在哪里保存备查的地区,允许噬菌体和细菌识别返回调动他们的中科院蛋白质目标和细切。

“高层次的结论是,与大型基因组噬菌体是整个地球的生态系统相当突出,他们不是一个生态系统的一个特点,”班菲尔德说。 “已噬菌体和大基因组是相关的,这意味着这些与大型基因组大小的悠久历史系成立。拥有大型基因组是一个存在成功的策略,我们知道一个策略是很了解。“

研究人员把351个的megaphages到10个新组或分支,在该论文的合着者的语言“大”字来命名: mahaphage(梵),kabirphage,dakhmphage和jabbarphage(树胶); kyodaiphage(日本); biggiephage(澳大利亚),whopperphage(美国); judaphage(中国),enormephage(法国);和kaempephage(丹麦)。

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