基因組測序應該能夠揭示一個有機體的整個遺傳組成。對于傳染病專家來說，可以用這種技術來分析一種致病菌，以確定它能造成多大危害，以及它是否具有抗生素耐藥性。但是，美國洛克菲勒大學的一項研究表明，目前的測序技術會忽視掉一些重要的信息：浮動在細菌染色體（細胞遺傳物質的核心）外的DNA分離碎片。相關研究結果發(fā)表在2014年6月25日的《PLOS ONE》雜志。
本文資深作者、細菌致病機理和免疫學實驗室負責人Vincent Fischetti指出：“目前已經在各種各樣的病原微生物中開展了染色體DNA的廣泛測序，但是這些序列沒有發(fā)現(xiàn)存在于細胞質中的DNA元件。因此，所得到的致病菌DNA圖譜就可能不完整。現(xiàn)在，我們想出了一種方法來鑒定這些元件。”
染色體外的DNA，包括細菌感染的病毒（被稱為噬菌體），以及自我復制的DNA鏈（稱為質粒），經常是從其他細菌感染。這些噬菌體和質?？梢院苋菀椎卦诩毦毎g移動，因此一段時間來，科學家們認為，這些所謂的可移動遺傳元件可能在毒力和耐藥性中發(fā)揮重要的作用。
本研究集中在噬菌體。它們在染色體外的活動目前研究很少；大多數研究都集中在整合到細菌染色體中的噬菌體。另一方面，質粒——可使細菌彼此之間共享基因，得到了充分的研究。
本文*作者、該實驗室博士后Bryan Utter稱：“到目前為止，沒有人研究各種各樣不同的細菌菌株，同樣我們研究金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），以找到在疾病中發(fā)揮重要作用的這些染色體外噬菌體。”金黃色葡萄球菌是一種常見的細菌，在某些情況下，可以導致嚴重甚至致命的感染。
直到現(xiàn)在，這個領域的分析都是不可能的，因為在研究人員制備染色體外DNA的過程中，染色體DNA容易破碎，會污染樣品，使染色體外DNA不能被識別和測序。該實驗室的研究生Douglas Deutsch 稱：“為了解決這個問題，我們從噬菌體本身借用了一種工具：這些細菌用來分裂噬菌體感染細胞以釋放其后代的酶。”這些酶，是實驗室開發(fā)新型抗感染藥物的一個研究熱點，現(xiàn)在被用來溫和地提取染色體DNA，而留下任何其他的遺傳元件用于分析。研究人員使用這種技術，在24種醫(yī)學上重要的葡萄球菌菌株中，尋找染色體外噬菌體。
研究人員發(fā)現(xiàn)證據表明，染色體外噬菌體不僅廣泛出現(xiàn)在這些菌株中，而且這些噬菌體編碼的基因可以使細菌更加危險。
例如，當研究人員解碼來自致病性葡萄球菌的一個染色體外環(huán)狀噬菌體的完整序列時，他們發(fā)現(xiàn)了一些基因可能有助于這個菌株逃避宿主的免疫系統(tǒng)，而且可以很容易地傳播到其他金黃色葡萄球菌。如果有的話，研究人員將繼續(xù)研究這些病毒基因在菌株的致病能力中發(fā)揮什么樣的作用。
意義超越了致病性。噬菌體元件，包括那些不整合到染色體中的噬菌體，是調節(jié)基因的細菌系統(tǒng)的一部分。例如，這些噬菌體元件中的一些，可以通過移動進入或移出染色體，激活或沉默細菌基因。在金黃色葡萄球菌菌株中，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種瞬時元件，以及那些長期駐留在染色體外的元件。
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Fischetti指出：“通過研究細菌染色體外的DNA，你可能會對這些元件組織從而控制微生物基因的動態(tài)，有一個更好的理解。”