研究人员发现了一种加速细菌基因调控研究的方法，这可能通过分析DNA复制对基因表达的影响来帮助对抗抗生素耐药性。

细菌感染每年导致数百万人死亡，而微生物对抗生素治疗日益增长的耐药性使全球威胁更加严重。这部分是由于细菌在感知环境变化（包括药物的存在）时能够开启和关闭基因。这种转换是通过转录完成的，该过程将基因中的DNA转化为其化学 cousin mRNA，mRNA指导构建构成微生物结构的蛋白质。

因此，理解每个细菌基因的mRNA生产如何被调节是应对耐药性努力的核心，但迄今为止用于研究这种调节的方法一直很 laborious。在一项新研究中，科学家揭示了一个可能加速此类努力的技巧。

通过新发现加速研究

纽约大学格罗斯曼医学院和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员表明，随着细菌生长而开启和关闭基因的方式提供了其调节的线索。

根据研究作者的说法，从细菌到人类的生物体随着细胞通过分裂而繁殖而生长，每个细胞变成两个。在细胞分裂之前，它们必须复制其DNA，以便两个子细胞各有一个拷贝。为此，一种称为DNA聚合酶的分子机器沿着DNA链滴答作响，逐个读取并复制每个基因。

今天（1月24日）在线发表在《自然》期刊上的这项研究，补充了对细菌生长过程中DNA复制如何塑造整个基因组中基因表达的解释。具体来说，研究团队发现，当DNA聚合酶到达任何特定基因时，它以一种揭示该基因调控状态的方式破坏转录。

转录-复制相互作用谱

“我们的研究结果表明，随着细菌细胞繁殖和生长，细胞周期中基因的不断复制可用于了解基因如何被调控的许多方面，”该研究的首席研究员Andrew Pountain博士说。

“我们喜欢将其比作医学中的心电图，”该研究的资深研究员、纽约大学朗格尼系统遗传学研究所教授Itai Yanai说。通过监测心脏的电活动模式，心电图揭示了一系列波形，为患者的心脏健康提供了详细的图形视图。类似地，响应基因复制而产生的mRNA丰度变化波在图形上产生一个特征，作者称之为转录-复制相互作用谱。

研究人员展示了特定的波如何与某些特征相关联。例如，一个基因是否处于特定形式的控制（称为抑制）下，即一种蛋白质阻止该基因的mRNA被制造。发现这些被抑制的基因具有特征性的、尖峰状的TRIP模式。

“我们的目标是理解基因调控如何塑造这些TRIPs，目标是利用它们来诊断细菌中数千个基因的整个集合的基因调控，”Yanai补充说。“我们希望我们对基因表达谱的进一步研究将为群体基因如何响应其环境中的干扰或变化提供见解。”

未来方向和技术创新

该团队计划下一步研究与细菌致病能力有关的特定基因的TRIPs，以寻找如何中断或阻止它的线索。最终，他们相信，技术的进步将使它们能够更深入地研究不同细菌物种中的基因行为。

这项新研究之所以成为可能，是因为通过scRNA-seq（单细胞测序）和smFISH（单分子荧光原位杂交）实时跟踪单个细胞中基因活性的技术进步。

参考原文： Andrew W. Pountain, et al. “Transcription–replication interactions reveal bacterial genome regulation”. Nature. 24 January 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06974-w.