□ 科普時報特約撰稿 謝小軍

正在接合的兩個細菌

貼附在細菌身上的噬菌體可將自己的遺傳物質(zhì)注入到細菌身體里

人類正以前所未有的速度和規(guī)模改變著微生物的全球遷徙和分布。這種巨變以不可預(yù)估的方式改變著生活環(huán)境，例如大量抗生素抗性基因在細菌之間擴散，使細菌耐藥性問題更難以控制

據(jù)媒體報道，中國環(huán)境科學(xué)家領(lǐng)銜的國際團隊最近系統(tǒng)闡述了微生物通過人與動物、污水及其他物質(zhì)的流通在全球范圍的遷徙及其環(huán)境與生態(tài)效應(yīng)。科學(xué)家認為，近百年來，人們通過廢棄物排放、旅游、全球運輸?shù)确绞剑瑢⒋罅课⑸锛捌浠驇胄颅h(huán)境，人類正以前所未有的速度和規(guī)模改變著微生物的全球遷徙和分布。這種巨變以不可預(yù)估的方式改變著生活環(huán)境，例如大量抗生素抗性基因在細菌之間擴散，使細菌耐藥性問題更難以控制。

何為基因的擴散？細菌基因是如何擴散的？這要從細菌的生殖說起，許多人都知道細菌主要是通過簡單的的裂殖來繁衍后代，即身體一分為二，產(chǎn)生兩個兒子，繼續(xù)分裂，產(chǎn)生四個孫子，以此類推。這是一種簡單的無性生殖方式，那么，細菌還能進行雌雄分工參與的有性生殖嗎？迄今為止在細菌中沒有發(fā)現(xiàn)嚴格意義上的有性生殖，但細菌之間也能像有性生殖一樣實現(xiàn)基因的交流，例如，當(dāng)一種細菌攜帶著抗生素抗性基因到達新的地方生活時，這些抗性基因不僅可以通過裂殖遺傳給自己的后代，還可能傳遞給周圍的細菌鄰居，這便是基因的擴散。

細菌主要通過三種方式來實現(xiàn)這種基因傳遞，即“轉(zhuǎn)化”、“接合”和“轉(zhuǎn)導(dǎo)”。

所謂轉(zhuǎn)化就是細菌直接吸收生活環(huán)境中的基因。一些細菌死亡后由于身體的裂解，攜帶基因的DNA片段被釋放到環(huán)境中，隨后被其他活著的細菌吸入體內(nèi)。這些DNA進入細菌體內(nèi)后可以和細菌自身DNA上的相似部位交換（科學(xué)家稱之為同源重組），這樣這個細菌就獲得了外來基因。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，許多在自然界中不能發(fā)生轉(zhuǎn)化的細菌經(jīng)過一些特殊人工處理也能吸收外源DNA片段甚至整個質(zhì)粒（質(zhì)粒是細菌體內(nèi)位于其染色體外的一種小型環(huán)狀DNA）。這個現(xiàn)象對于現(xiàn)代遺傳工程非常重要，這是工程菌株獲取人類感興趣的外源基因的重要途徑。

接合是細菌以質(zhì)粒為中心的基因傳遞，也是最接近有性生殖的基因交流方式。某些有質(zhì)粒的細菌（常被稱為雄性細菌）伸出長長的性菌毛搭在沒有質(zhì)粒的細菌（雌性細菌）身上，質(zhì)粒可以一邊復(fù)制一邊通過中空的性菌毛向無質(zhì)粒細菌傳遞，最后無質(zhì)粒的細菌可獲得一個一模一樣的質(zhì)粒，也就獲得了質(zhì)粒上攜帶的相應(yīng)的基因（雌菌變雄菌了，奇特吧）。人類病原菌的某些抵御抗生素的基因就由質(zhì)粒攜帶，通過接合發(fā)生的質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移很快就會使一個細菌群落發(fā)生抗藥性，這讓醫(yī)學(xué)家們深感頭疼。

轉(zhuǎn)導(dǎo)是細菌病毒（它們有一個霸氣的正式名字——噬菌體）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)交流，噬菌體同其他病毒一樣也是由蛋白外殼包裹遺傳物質(zhì)（如DNA）構(gòu)成，這些病毒粒子是在細菌細胞體內(nèi)裝配的，有時由于極偶然的“機械故障”，蛋白外殼和細菌DNA片段裝配成了病毒粒子。這樣的噬菌體侵染細菌細胞自然可以將細菌核酸帶入細菌體內(nèi)，進而再發(fā)生同源重組。

細菌基因的交流和擴散是改造自身的方式，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，對于細菌本身總體而言是有益的。但對于人類而言，卻況味雜陳，利乎？弊乎？都有。