微生物測序會忽視一些重要信息

　　基因組測序應該能夠揭示一個有機體的整個遺傳組成。對于傳染病專家來說，可以用這種技術來分析一種致病菌，以確定它能造成多大危害，以及它是否具有抗生素耐藥性。但是，美國洛克菲勒大學的一項最新研究表明，目前的測序技術會忽視掉一些重要的信息：浮動在細菌染色體（細胞遺傳物質的核心）外的DNA分離碎片。相關研究結果發表在2014年6月25日的《PLOS ONE》雜志。

　　本文資深作者、細菌致病機理和免疫學實驗室負責人Vincent Fischetti指出：“目前已經在各種各樣的病原微生物中開展了染色體DNA的廣泛測序，但是這些序列沒有發現存在于細胞質中的DNA元件。因此，所得到的致病菌DNA圖譜就可能不完整。現在，我們想出了一種方法來鑒定這些元件。”

　　染色體外的DNA，包括細菌感染的病毒（被稱為噬菌體），以及自我復制的DNA鏈（稱為質粒），經常是從其他細菌感染。這些噬菌體和質粒可以很容易地在細菌細胞之間移動，因此一段時間來，科學家們認為，這些所謂的可移動遺傳元件可能在毒力和耐藥性中發揮重要的作用。

　　本研究集中在噬菌體。它們在染色體外的活動目前研究很少；大多數研究都集中在整合到細菌染色體中的噬菌體。另一方面，質粒——可使細菌彼此之間共享基因，得到了充分的研究。

　　本文第一作者、該實驗室博士后Bryan Utter稱：“到目前為止，沒有人研究各種各樣不同的細菌菌株，同樣我們研究金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），以找到在疾病中發揮重要作用的這些染色體外噬菌體。”金黃色葡萄球菌是一種常見的細菌，在某些情況下，可以導致嚴重甚至致命的感染。

　　直到現在，這個領域的分析都是不可能的，因為在研究人員制備染色體外DNA的過程中，染色體DNA容易破碎，會污染樣品，使染色體外DNA不能被識別和測序。該實驗室的研究生Douglas Deutsch 稱：“為了解決這個問題，我們從噬菌體本身借用了一種工具：這些細菌用來分裂噬菌體感染細胞以釋放其后代的酶。”這些酶，是實驗室開發新型抗感染藥物的一個研究熱點，現在被用來溫和地提取染色體DNA，而留下任何其他的遺傳元件用于分析。研究人員使用這種技術，在24種醫學上重要的葡萄球菌菌株中，尋找染色體外噬菌體。

　　研究人員發現證據表明，染色體外噬菌體不僅廣泛出現在這些菌株中，而且這些噬菌體編碼的基因可以使細菌更加危險。

　　例如，當研究人員解碼來自致病性葡萄球菌的一個染色體外環狀噬菌體的完整序列時，他們發現了一些基因可能有助于這個菌株逃避宿主的免疫系統，而且可以很容易地傳播到其他金黃色葡萄球菌。如果有的話，研究人員將繼續研究這些病毒基因在菌株的致病能力中發揮什么樣的作用。

　　意義超越了致病性。噬菌體元件，包括那些不整合到染色體中的噬菌體，是調節基因的細菌系統的一部分。例如，這些噬菌體元件中的一些，可以通過移動進入或移出染色體，激活或沉默細菌基因。在金黃色葡萄球菌菌株中，研究人員發現了兩種瞬時元件，以及那些長期駐留在染色體外的元件。

　　Fischetti指出：“通過研究細菌染色體外的DNA，你可能會對這些元件組織從而控制微生物基因的動態，有一個更好的理解。”