细菌细胞的记忆传递：超越DNA的遗传机制

找药助理

1207次浏览发布时间：2024-08-30 18:29:42

　　长期以来，科学界普遍认为生物体的性状主要通过DNA传递，然而，最新的研究发现，这一传统观念可能需要重新审视。美国西北大学和德克萨斯大学西南分校的研究团队在一项突破性的研究中揭示，细菌细胞不仅能够“记住”其经历的短暂变化，还可以将这些记忆传递给其后代，甚至几代。尽管这些变化未被编码在DNA中，但细胞仍然能够通过特定的调控网络将这些非基因性状传递下去。这一发现不仅挑战了经典的遗传学理论，还为医学应用特别是在应对抗生素耐药性方面带来了新的可能性。

　　从模型生物的研究到发现细胞记忆

　　自20世纪50年代科学家首次发现遗传密码的分子基础以来，研究者们普遍认为性状的传递主要依赖于DNA。然而，随着2001年人类基因组计划的完成，科学家们逐渐意识到，这一假设可能过于简单。越来越多的研究表明，环境对基因表达的调控，以及基因与环境的相互作用，也可能对性状的遗传产生深远影响。

　　研究团队以大肠杆菌为研究对象，这是一种常见的细菌，也是在生物学研究中广泛使用的模式生物。大肠杆菌的基因组相对简单，包含大约4000个基因，相比之下，人类细胞则拥有约20000个基因。此外，大肠杆菌缺乏酵母等生物中存在的复杂细胞内结构，这使得它成为研究基因调控网络的理想模型。通过研究大肠杆菌，研究者们希望能够揭示出非基因性状的传递机制，并验证其在更复杂生物体中的普遍性。

　　调控网络：细胞记忆的核心

　　研究团队开发了基于数学模型的模拟，研究单个基因在大肠杆菌中的暂时失活及其后续重新激活。他们发现，即使这些基因的失活是暂时的，也能引发持久的变化，这些变化可以遗传给后代。研究者们认为，这些变化并不是直接编码在DNA中，而是通过基因调控网络来实现的。

　　调控网络类似于一个复杂的通信系统，在这个系统中，基因之间通过相互作用来调控彼此的表达。当一个基因暂时失活时，它会通过调控网络影响其他基因的表达，进而引发一系列的连锁反应。即便这个基因随后重新激活，这种连锁反应也会持续，最终导致一种自我维持的状态。这种状态可以在细胞分裂过程中传递给后代，从而实现非基因性状的遗传。

　　可逆变化与不可逆效应

　　研究团队的发现表明，虽然基因的暂时失活是可逆的，但它在调控网络中引发的变化可能是不可逆的。这些变化一旦发生，就会被传递给细胞的后代，形成一种持久的“记忆”。研究人员正在通过CRISPR技术的变体来进一步验证这一假设，即通过暂时停用特定基因来观察其对后代的影响。

　　值得注意的是，这种“记忆”不仅仅是由基因失活引发的。研究人员提出，其他环境因素，如温度、营养物质的可用性或pH值的变化，也可能对细胞产生类似的影响。这意味着，细胞的记忆不仅受到内在基因调控网络的影响，还可能受到外界环境的调节。

　　医学应用与未来展望

　　这一发现不仅对基础生物学研究具有重要意义，还为医学应用特别是在抗生素耐药性方面提供了新的思路。通过理解细菌细胞如何记住环境变化并将其传递给后代，研究人员有可能开发出新的方法，使致病菌对治疗更加敏感，进而减少抗生素耐药性的发生。

　　尽管这一发现主要基于大肠杆菌的研究，研究团队认为这种机制在其他生物体中也可能存在。大肠杆菌的调控网络结构相对简单，但与其他更复杂的生物体具有相似性。因此，这种非基因性状的传递机制可能在广泛的生物体中都具有普遍性。

　　未来，研究团队计划进一步研究不同环境因素对细胞记忆的影响，并探索这一机制在更复杂生物体中的表现。他们希望通过这些研究，能够为理解生物体如何应对环境变化，以及如何通过非基因性状的传递来适应新的环境提供更多的科学依据。

　　结论

　　细菌细胞能够“记住”环境变化并将其记忆传递给后代的发现，挑战了传统遗传学理论，揭示了基因调控网络在非基因性状遗传中的关键作用。这一发现不仅为基础生物学研究提供了新的视角，也为医学应用特别是在抗生素耐药性方面带来了新的希望。随着研究的深入，科学家们有望在未来进一步揭示这种机制的普遍性，并开发出新的治疗方法以应对各种与遗传相关的疾病。

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