抗生素耐药性：精密时钟机制的解决方案？
奥地利科学技术研究所
肠道微生物中的基因调控网络为何要进化出如此复杂且精密的分子机制，仅仅是为了无差别地泵出抗生素？奥地利科学技术研究所（ISTA）研究人员发现，这实际上是一种辅助功能。当mar基因网络处于"关闭"状态时，其维持的基础基因活动水平确保了细菌在肠道高度变化的环境中保持适应能力。相关研究发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。
这项研究揭示了一个被误解的基因调控机制。被称为"mar网络"的基因系统最初被发现与多重抗生素耐药性相关，但实际上它是肠道细菌中最复杂的基因调控网络之一。该网络具有精密的基因开关机制，在"关闭"状态下仍存在"渗漏性"的脉冲式基因活动。研究团队发现，这些基因脉冲与宿主的进食周期大致同步，帮助微生物适应肠道环境的变化。"这是首个被证实因'关闭状态'而被选择的机制，"项目负责人卡林·盖特教授强调了这项发现的突破性。
基因"渗漏"背后的进化逻辑
在大肠杆菌中广泛研究的mar系统，其名称即源于其对抗生素耐药性的研究。令人费解的是，尽管该系统受到严格调控，却在关闭状态下仍存在可测量的脉冲式基因表达。"如果mar系统是在强烈的进化选择压力下形成的严密调控机制，为何仍允许低水平的基础表达？"首席作者基尔蒂·贾因提出疑问，"这种基础表达是否具有适应性功能？"
研究团队通过突变实验发现，mar系统独特的GTG起始密码子（在细菌基因组中罕见但保守）是调控脉冲表达的关键。当改变这个起始密码子序列时，基因表达水平发生显著变化。野生型细菌中的这种罕见密码子使基因脉冲与宿主进食模式同步，这种动态适应优势帮助携带脉冲基因的微生物在竞争中胜出。"我们的结果表明，不同起始密码子的选择是微调控复杂基因网络动态的有效手段，"贾因指出。
基础表达的进化优势
研究证实，mar系统的主要功能并非维持昂贵的外排泵机制，这种认知转变解释了其进化优势。那些用于排出抗生素的"分子泵"实际上属于次生功能，其非特异性识别机制需要消耗大量能量。而维持基础水平的基因表达，反而能更高效地帮助细菌适应环境变化。
这项突破性研究为理解抗生素耐药机制提供了新视角，可能推动新型治疗策略的开发。研究团队特别强调基础科学研究的重要性："技术进步让我们得以重新审视被忽视的生物学现象，"贾因总结道，"这种跨学科合作正是ISTA研究范式的精髓。"
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