http://www.rochester.edu/news/show.php?id=2963
August 30, 2007
「細菌到動物的基因轉移」現在被證實相當普遍，還涉及到演化與疾病和有害物種（pests）的控制。
在 Rochester 大學與 J. Craig Venter 研究所（JCVI）的科學家已經發現一種細菌寄生生物的基因組副本存在於宿主物種的基因組內。
該研究發表於今日的 Science 上，也證實發生在細菌與多細胞生物之間的橫向基因轉移（lateral gene transfer）-- 基因在非相關物種間的移動 -- 會比科學家先前所認為的更加頻繁，在演化中造成戲劇性的牽連。
如此大規模的可遺傳基因轉移，或許能讓物種相當快速地獲得新的基因與功能，Jack Werren 說，該研究的首席研究者。如果這種基因在物種中所提供的新能力，能引起或散播疾病，那麼很有可能因此發展出新的策略來對抗這些疾病。
這些結果也成為基因組定序計畫的嚴肅反響。當科學家在組合無脊椎動物的基因組時，慣常將細菌的 DNA 摒除，然而這些基因或許能完全成為該生物基因組的一部份，而且很有可能負責某些功能特徵。
"這項研究證實一種廣泛發生且頻率頗高的過程，直到幾年之前，我們還將其視為科幻情節而把它給打發掉，" W. Ford Doolittle 說，Dalhousie 大學 Comparative Microbial Genomics 的加拿大研究主席，他與此研究無關。"這是基因轉移頻率增加一個令人震驚的證據。"
"起先它看起來不太可能，" Werren 說，Rochester 大學生物學系教授，一種稱為 Wolbachia（伍巴克氏體、沃爾巴克氏體）之寄生生物的世界領導權威。 "這種寄生生物會將它自己植入到全世界 70% 無脊椎動物的細胞中，與牠們共同演化。但現在我們發現，至少有一種物種，其中寄生生物全部或幾乎全部的基因組已被吸收，並整合到宿主的基因組中。而宿組的基因中，事實上包含了完全不同物種的編碼資訊。"
Wolbachia 或許是世上最多產的寄生生物 -- 一如 Werren 所稱，是種 「大流行（pandemic）」。這細菌入侵物種（通常是昆蟲）的一員，最後成功地進入宿主的卵或精蟲中。一旦在那裡，Wolbachia 保證能出現在下一代的宿主上，而且很有可能會隨著宿主的基因交換，繼續散播下去。
因為 Wolbachia 通常會活在其宿主的生殖器官內，Werren 推論二者之間的基因交換將頻繁地傳遞給下一代。基於此，還有 Wolbachia 基因在甲蟲體內的早期發現（那是日本東京大學 Fukatsu 團隊的發現），Werren 實驗室的研究者，與 JCVI 共同研究者，決定要有系統的篩檢無脊椎動物。JCVI 的 Julie Dunning-Hotopp 發現有證據顯示某些 Wolbachia 基因看起來與果蠅（Drosophila ananassae，嗜鳳梨果蠅）的基因融合，它們就好像是相同一種基因組一般。
Michael Clark，Rochester 大學一位研究助理，接著將一群嗜鳳梨果蠅攜往 Werren 的實驗室一探究竟。為了要將果蠅的基因組與寄生生物的分離，Clark 餵食果蠅一種簡單的抗生素將 Wolbachia 殺死。為了要確定嗜鳳梨果蠅已除掉 wolbachia，他檢測數個 DNA 樣本看看是否有數種 Wolbachia 基因存在。
讓他十分氣餒的是，他發現了它們。
"數個月以來，我想我失敗了，" Clark 說。 "我持續提供抗生素，不過當我測試每一個 Wolbachia 基因時，它卻仍在那裡。我開始思考或許這些品系已經產生抗藥性。在幾個月後，我終於回去再一次檢視組織，發現那裡根本沒有 Wolbachia。"
Clark 已除掉果蠅的寄生生物，不過一個寄生生物的基因組仍出現在果蠅的基因組當中。Clark 能看見 Wolbachia 的基因出現在昆蟲的第二個染色體中。
Clark 證實 Wolbachia 基因像染色體中「正常的」昆蟲基因那樣遺傳，而 Dunning-Hotopp 則證實某些基因被「轉錄」到未感染的果蠅中。這表示基因序列的副本是在細胞內製造，那能用來製造 Wolbachia 蛋白質。
Werren 不相信 Wolbachia「故意」將它們的基因插入宿主。相反的，這是細胞慣常地修復它們受損 DNA 的結果。當細胞進行它們正常的日常工作時，它們能意外地吸收一小段 DNA 到它們自己的細胞核中，並經常將這些外來基因縫入它們自己的 DNA 裡。不過將整個基因組合併，完全是意料之外的發現。
Werren 與 Clark 正更進一步探究在果蠅體內發現的巨大嵌入物，以及它是否提供利益。"有這麼一大段 DNA 完全中立的機會，我想是微乎其微，所以這意味著它能提供某些選擇性的優勢給宿主，" Werren 說。"問題是，這些外來基因能提供新功能給宿主？這裡有些東西我們需要理解。"
演化生物學家無疑將注意到這種發現，不過世界各地帶領基因組定序計畫的科學家，或許將也重新調整他們的想法。
在這項研究之前，遺傳學家已知數種來自於寄生生物的基因橫越進入宿主，不過這件事在簡單生物中被認為是相當罕見的異常現象。細菌的 DNA 因其結構的緣故，相當顯著，所以科學家若正把線蟲基因組定序，遇見細菌的 DNA，他們很可能會摒除它，並合理的假定它不過是污染物 -- 或許是動物腸內的一些細菌，或是在其表皮上。
不過這些基因或許不是被弄髒。它們很有可能是宿主自己的基因組。這正是發生在嗜鳳梨果蠅基因組原本定序上的事 -- 巨大的 Wolbachia 插入在最終組合裡被屏除，而不管它原本就是果蠅基因組當中一部份的事實。
在人類基因組計畫的早期，某些研究顯然證實細菌的 DNA 在我們的基因組中，不過這些都被認為是污染所致。Wolbachia 並沒有污染任何像人類那樣的脊椎動物。
"這樣的轉移已在遙遠的過去發生，" Werren 提到。"正好在我們自己的細胞裡，以及差不多是所有的動植物中，都有粒線體（mitochondria）存在。那一種特殊構造，負責供應細胞所需的絕大部份化學能。這些一度是活在細胞內的細菌，很像今日的 Wolbachia。粒線體仍在它們的宿主內，保留它們自己的（儘管很小）DNA，而大部分的基因在很久以前就已經一到細胞核當中。就像 wolbachia，它們被動地與它們的宿主細胞交換 DNA。所以 wolbachia 很有可能跟隨著粒線體的腳步，最終變成細胞必須且有用的一部份。"
"在某種程度上，wolbachia 可能會是下一個粒線體，" Werren。 "億萬年後，每個人都很可能有 wolbachia 胞器。"
"啊，不是我們，" 他笑道。"我們都將消失，不過 wolbachia 仍將到處存在。"
※ 相關報導：
＊ Widespread Lateral Gene Transfer from Intracellular Bacteria to Multicellular Eukaryotes
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1142490
Julie C. Dunning Hotopp, Michael E. Clark, Deodoro C. S. G.
Oliveira, Jeremy M. Foster, Peter Fischer, Monica C. Munoz
Torres, Jonathan D. Giebel, Nikhil Kumar, Nadeeza Ishmael,
Shiliang Wang, Jessica Ingram, Rahul V. Nene, Jessica Shepard,
Jeffrey Tomkins, Stephen Richards, David J. Spiro, Elodie
Ghedin, Barton E. Slatko, Herve Tettelin, John H. Werren
Science Express, Published Online August 30, 2007
DOI: 10.1126/science.1142490
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