據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，每年將近有100萬人受到了“耐藥細(xì)菌”的影響，平均每分鐘就有兩人中招。這些細(xì)菌無比強(qiáng)悍，普通的抗生素對其作用有限，也給患者的治療帶來了限制。

細(xì)菌之所以會產(chǎn)生耐藥性，背后有著多種原因。在自身快速的變異之外，細(xì)菌還會發(fā)揮“拿來主義”的精神，把其他細(xì)菌的抗性基因據(jù)為己有，幫助自己躲過抗生素的攻擊。之前，我們對這一過程還知之甚少。而在最新一期《自然》子刊《Nature Microbiology》上，科學(xué)家們首次親眼目睹了整個過程。

▲綠色的細(xì)菌將紅色的DNA抓入體內(nèi)（圖片來源：《Nature Microbiology》）

先前，人們發(fā)現(xiàn)一種叫做霍亂弧菌（Vibrio cholerae）的細(xì)菌會從環(huán)境中奪取DNA，并納入自己體內(nèi)。這一過程離不開菌毛（pili）的參與。但菌毛是一種極其纖細(xì)的結(jié)構(gòu)，只有頭發(fā)絲的萬分之一細(xì)。這也給研究人員們帶來了觀察上的極大不便。

印第安納大學(xué)（Indiana University）的科學(xué)家們巧妙地解決了這一瓶頸。他們開發(fā)出了一種特殊的染料，能讓菌毛在顯微鏡下發(fā)光。這樣一來，我們就能捕捉到這些結(jié)構(gòu)的動態(tài)。這一特殊的顯微技術(shù)也在去年刊登在了《科學(xué)》雜志上。

▲這項(xiàng)研究的關(guān)鍵技術(shù)去年曾登上了《科學(xué)》（圖片來源：《科學(xué)》）

有了這項(xiàng)工具，研究人員們終于能一探細(xì)菌從體外抓取DNA的過程了。他們利用同樣的方法，對菌毛與DNA分別進(jìn)行了染色。在顯微鏡下，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，菌毛就像是觸手一般，一把將DNA拽進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)。

▲普通顯微鏡下，好像什么都沒發(fā)生（圖片來源：《Nature Microbiology》）

▲特殊的染料讓我們看到了細(xì)菌伸出菌毛（綠色），捕捉DNA（紅色）的全過程（圖片來源：《Nature Microbiology》）

這也是科學(xué)家們第一次看到菌毛還有這種作用。

“水平基因轉(zhuǎn)移是跨菌種間傳遞抗生素耐藥性的重要方式，但由于參與這一過程的結(jié)構(gòu)小得不可思議，我們過去一直沒能觀察到整個現(xiàn)象，”該研究的通訊作者Ankur Dalia教授說道：“能夠理解這個流程，是重要的一步。我們對細(xì)菌分享DNA的方式了解得越多，對其進(jìn)行干擾的機(jī)會也就越大。”

▲細(xì)菌把DNA拖入細(xì)胞內(nèi)的過程，很像穿針引線（圖片來源：《Nature Microbiology》）

后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，這些菌毛就像是穿針引線一樣，把DNA穿進(jìn)細(xì)胞表面的小孔。這涉及了一種非常特殊的蛋白-DNA結(jié)合方式，也讓研究人員們決定在后續(xù)研究中一探具體的分子機(jī)理。此外，他們也計劃把這一創(chuàng)新的顯微技術(shù)應(yīng)用到更多細(xì)菌類型中，讓我們更好地了解細(xì)菌耐藥性的形成。

▲再從其他角度看看菌毛的伸長（圖片來源：《Nature Microbiology》）

有人說，生物是一門“眼見為實(shí)”的學(xué)科，這話一點(diǎn)都不假。正是這些創(chuàng)新的顯微技術(shù)，讓我們能看清微觀世界，了解生物學(xué)的種種不思議。而對于心懷好奇的人來說，沒有什么比獲得新知更令人愉悅的了。

參考資料：

[1] Retraction of DNA-bound type IV competence pili initiates DNA uptake during natural transformation in Vibrio cholerae

[2] Obstruction of pilus retraction stimulates bacterial surface sensing

[3] Scientists watch bacteria 'harpoon' DNA to speed their evolution

原標(biāo)題：有趣！細(xì)菌竟會偷別人的DNA？科學(xué)家首次看到全過程