眾所周知，細(xì)菌有許多手段來適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，比如突變和彼此間共享DNA片段。科學(xué)家們較少研究的一種機(jī)制允許細(xì)菌通過微調(diào)特定基因或通路的使用來對沖快速變化的環(huán)境，這一過程被稱為“相位變化（phase variation）”。

相位變化通過一個獨(dú)特的細(xì)菌啟動子家族和其他的基因調(diào)節(jié)DNA片段發(fā)揮作用。這個啟動子家族和這些基因調(diào)節(jié)DNA片段統(tǒng)稱為倒位子（inverton），能夠在物理上來回翻轉(zhuǎn)。當(dāng)面向前方（相對于周圍的DNA）時，這些倒位子會開啟附近的基因；當(dāng)面向后方時，這些基因保持關(guān)閉狀態(tài)。但是，關(guān)于倒位子在細(xì)菌世界中分布有多廣，它們控制著哪些細(xì)菌的功能，以及個人獨(dú)特的生理構(gòu)成是否會影響細(xì)菌讓哪些倒位子翻轉(zhuǎn)到開啟或關(guān)閉位置，人們知之甚少。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國麻省理工學(xué)院、麻省總醫(yī)院、布羅德研究所和哈佛醫(yī)學(xué)院和佛蒙特大學(xué)的研究人員報道倒位子存在于各種細(xì)菌中，證實(shí)它們促進(jìn)細(xì)胞產(chǎn)生抗生素耐藥性，并指出它們可能有助于細(xì)菌適應(yīng)和定植于新的宿主。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年1月11日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Invertible promoters mediate bacterial phase variation, antibiotic resistance, and host adaptation in the gut”。

這些研究人員指出倒位子是非常常見的，特別是在人體腸道內(nèi)發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌物種中。許多倒位子有助于細(xì)菌通過控制它們展示在表面上的蛋白和其他分子來調(diào)節(jié)它們自己與宿主免疫系統(tǒng)和它們周圍環(huán)境的其他方面之間的相互作用。它們似乎也對細(xì)菌細(xì)胞的周圍環(huán)境作出反應(yīng)。比如，對來自腸道微生物組移植物的腸道細(xì)菌的調(diào)查顯示，當(dāng)這些腸道細(xì)菌在它們的受者腸道中定植時，許多倒位子會翻轉(zhuǎn)方向，從而進(jìn)一步支持它們起著一種環(huán)境適應(yīng)性的作用。

此外，這些研究人員發(fā)現(xiàn)了許多調(diào)節(jié)抗生素抗性基因的倒位子，在暴露于抗生素中，這些倒位子翻轉(zhuǎn)到“關(guān)閉”/“開啟”位置的比率發(fā)生顯著變化。在這種情況下，通過觀察他們的數(shù)據(jù)，他們觀發(fā)現(xiàn)在一群細(xì)菌中，監(jiān)督抗生素抗性基因的倒位子將在大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞中處于“關(guān)閉”位置。（抗生素抗性基因通常影響蛋白生產(chǎn)等重要功能，因此細(xì)菌在大部分時間里都會讓這些基因處于關(guān)閉狀態(tài)。）然而，倒位子將在少數(shù)細(xì)菌細(xì)胞中處于“開啟”位置，這就使得這些細(xì)菌細(xì)胞對抗生素產(chǎn)生抵抗性，或者說產(chǎn)生耐藥性。

暴露在抗生素中會消滅這群細(xì)菌中的大部分細(xì)菌，但是少數(shù)細(xì)菌可以補(bǔ)充這群細(xì)菌。在抗生素消失后，隨著時間的推移，倒位子在大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞中“翻轉(zhuǎn)”到關(guān)閉位置。

為了得出這些結(jié)論，這些研究人員將儲存在美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）的將近5.5萬個細(xì)菌基因組的序列數(shù)據(jù)作為研究對象，使用了一種稱為PhaseFinder的定制算法來尋找倒位子在基因組上的特征性標(biāo)記，隨后開展實(shí)驗(yàn)室研究。他們還對接受過腸道微生物組移植的患者進(jìn)行了腸道細(xì)菌采集。

總的來說，這些研究結(jié)果指出了倒位子在控制細(xì)菌和它們的宿主如何共存以及在潛在地促進(jìn)抗生素耐藥性的上升趨勢中發(fā)揮的多種作用。這些發(fā)現(xiàn)值得進(jìn)一步的深入研究。