泥土中藏着神秘DNA 许多谜团等待被解开

2021-08-17 13:52:36

在《星际迷航》中,“博格人”(Borg)是一个虚构的宇宙种族,它们能吸收其他物种的知识和技术以达到完美。因此,当美国加州大学伯克利分校地质学家Jill Banfield,在后院泥巴里的DNA中发现了一种包含各种微生物基因的奇怪线状染色体时,将其命名为Borg。

这种新型遗传物质的身份成谜,它可能是病毒基因组的一部分,可能是一种奇怪的细菌,或者只是细胞外一个独立的DNA片段。

迄今为止,研究人员发现了许多DNA独立“漂浮”在染色体外的例子。例如,广泛存在于生物界的质粒是细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体(或拟核)以外的DNA分子,在不同种类的细菌之间传递阻断抗生素的基因。

但Banfield和她的研究生Basem Al-Shayeb在寻找的并不是能在生物体间移动的DNA。相反,他们正在寻找可感染古细菌的病毒。

古细菌是一种常见于缺氧地区的微生物。Banfield带领团队在地下1米或更深处挖掘,以收集可能含有古细菌及其病毒的泥浆样本。然后,他们对样本中的每一段DNA进行了测序,并使用复杂的计算机程序扫描出病毒的序列。

“我们的研究从一块包含了10万亿个DNA片段的泥巴开始。”Banfield说,其中一个样本是从她家后院的泥土中提取的,其中含有一段DNA,长度接近100万个碱基,里面超过一半的基因是新的。这种线性DNA在开端和末尾有一种特殊的碱基模式,在其基因之间有不同的重复DNA片段,这表明Borg能进行自我复制,而且它不仅仅是基因的随机混合。

在确定了第一个Borg序列后,研究人员开始扫描公共数据库中的微生物DNA,看能否找到类似的序列。最终,他们在科罗拉多地下水约1米深的地方发现了另一个Borg,并且水越深发现的Borg越多。还有Borg序列发现自加利福尼亚州的一个废弃水银矿中,以及科罗拉多州的一个浅河床上。

研究人员近日在预印本服务器bioRxiv上报告称,他们共分离出23个可能是Borg的序列,其中19个已经确认具有他们发现的第一个Borg的所有特征。其中有些序列差不多有100万个碱基长。

由于Borg会与一种名为 Methanoperedens的甲烷氧化古生菌的DNA同时出现,因此研究人员推测Borg可能存在于其内部,但由于实验条件限制尚无法对此进行证实。同时,研究小组成员排除了Borg来自另一种微生物的可能性,因为它们缺乏许多生命或病毒必需的基因。

关于Borg究竟如何产生的,Banfield等人也不清楚,它身上还有许多谜团等待被解开。

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