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Science:肠道菌群的"进化加速器"

时间:2025-10-10 来源:热心肠研究院 作者:热心肠小伙伴们 浏览次数:

Science

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Targeted protein evolution in the gut microbiome by diversity-generating retroelements


主要作者: Benjamin R. MacadangdangUmesh AhujaJeff F. Miller
Article10.1126/science.adv21112025-10-09
研究设计与方法:分析618株人源肠道拟杆菌基因组,结合体外、无菌小鼠及母婴宏基因组数据,探究多样性生成反转录元件(DGRs)的分布、功能与适应性机制。
核心发现:DGRs是广泛存在于肠道拟杆菌中的高效靶向进化工具,通过快速改造菌毛粘附素等蛋白,帮助细菌适应竞争、跨代定植,从而深刻塑造菌群的动态与功能。
DGR分布与转移:在人源拟杆菌中鉴定出超1100个DGRs,其靶蛋白主要分为菌毛蛋白、细胞质激酶和病毒受体结合蛋白三类;这些元件多位于噬菌体上,并可通过整合性接合元件(ICEs)等机制水平转移。
功能与选择机制:DGRs通过腺嘌呤特异性突变高效产生海量蛋白质变体;在竞争环境下,其改造的菌毛蛋白序列出现趋同进化,显示出强烈的正向选择压力,证实其在种间互作中的关键作用。
母婴传递与定植:DGRs能随菌群从母亲传递给婴儿,尤其易通过阴道分娩传递;这些元件在婴儿肠道中高度活跃,一年内超七成会形成新的优势蛋白版本,凸显其在适应新生宿主、塑造早期菌群中的关键作用。
差异化调控模式:DGRs的活性受差异化调控,部分元件持续活跃,另一些则被严格调控;宿主错配修复系统(MutS)以“全有或全无”模式降低其整体突变频率,但不改变其突变模式。
生态与进化意义:DGRs驱动的靶向超突变赋予肠道微生物极高的基因组可塑性,使其能快速响应环境、优化定植能力,这对理解宿主-微生物共生的建立、维持和代际传递至关重要。

AI解读仅供参考

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