斯坦福大学医学院的研究小组鉴定出了Caulobacter crescentus细菌生存所必须的遗传编码。
他们发现12%细菌遗传物质在实验室条件下对于生存是必须的。这些必须组分不仅包括蛋白质编码蛋白，还包括了调节DNA以及其他一些功能未知的小DNA段。其他88%的基因组受到损伤不会影响到细菌的生长和繁殖能力。
该研究采用了研究小组开发的一种及其有效的新的遗传分析方法，为更好地理解细菌生命进化和提升对许多细菌进程--包括病原细菌在受感染者体内的生存--必需的DNA组分的鉴定。该研究将在线发表在9月30号的《Molecular Systems Biology》。
“这个工作在生物学中引发了一个基本问题：生命东西对生命来说是必需的？”该论文的共同第一作者Beat Christen博士说道，他正在做发生生物学的博士后工作。他说：“我们开发了一种方法来鉴定生命所需要的基因组的所有部分。”
该研究所用的细菌是一种在分子生物学研究中常用的淡水非病原种。其完整的基因测序在2001年就已完成，但是研究人员并不能从这些知道的遗传编码中得知哪些DNA段对细菌是重要的。
“在分析茎菌属基因组的必需区域时有很多令人惊讶的发现，”论文的主要作者Lucy Shapiro博士说，“例如，我们发现了91个必需的DNA段，而我们不知道它们的功能是什么。这可能将我们引入新的、完全未知的细菌功能。” Shapiro是发生生物学教授、斯坦福分子和遗传医学贝克中心的主任。
茎菌属的DNA和多数细菌的DNA一样是环状单染色体。在他们的实验中，研究人员突变了许多茎菌属细胞，从而使得各个细胞在其染色体上随机插入了一段人工DNA。该经过标记的人工DNA破换了其所在区域的细菌DNA的功能。两天后，研究人员将这些突变体培育至大约100万个细胞后，对它们进行了DNA测序。 经过计算机分析后，他们创建了完整的细菌基因组详细图谱，用来展示人工DNA段在存活细胞染色体中的准确位置。
这个突变图谱有许多DNA区域缺口，在这个位置上插入人工DNA的细菌都没有存活下来。研究人员推测，这些区域对于细菌生命来说是必须的，因为破换了这些区域使得细菌无法生存。
“我们正在寻找那条‘不叫的狗’，”Shapiro说。
科学家们以前也用相似的图谱策略来寻找必须的遗传组分，但是斯坦福的研究小组在该方法上进行了一些创新，使得该方法的速度和分辨度大大提高了。
“我们的方法是流线型的，”Christen说，“我们可以在几个星期内完整之前要花费数年的分析。我们可以马上就得到结果。”
这种新的方法将曾经需要很多的实验步骤简化为一个单独的实验工作，并将大部分的工作时间从实验室工作转移到了数据分析上。
总的来说，茎菌属必需基因组长492941个碱基对，包含480个蛋白质编码基因，这些编码基因在染色体上的两个区域集结。研究人员还鉴定了402个提高或降低那些基因活性必需的启动子区域，130个不编码蛋白质但起修饰细菌的新陈代谢或繁殖作用的DNA段。在鉴定出的单个必需DNA区域中，91个是未知功能的非编码区域，49个为编码未知功能蛋白的基因。该小组表示，学习这些神秘区域的功能将会扩展我们在细菌新陈代谢方面的知识。
研究小组希望新的技术能够在基础和应用研究中得到应用。例如，该技术提供了快速经济的方法用来确定任何微生物种类的生命必须遗传组分。
“这样可以得到基本的信息，从而我们可以确定在进化中那些必须遗传组分是保守的，”发生生物学教授、文章的共同作者Harley McAdams博士说。
科学家还指出，这种方法还可以用于检测在特定环境下哪些DNA段对于细菌的存活是必需的，如在致病细菌侵入宿主动物或植物时。将导致细菌性感染的遗传组分做个综合列表，可以帮助鉴定新的抗感染药，包括新的抗生素。
