想象一下，只需一个侧手翻就能改变你的外貌。一个翻转，你的棕色头发就酿成了铂金色。对某些原核生物，例如细菌来说，这种情形并不遥远，由于它们履历一种被称为“倒位”的历程。
斯坦福大学的科学家们向导的一项研究批注，倒位会导致一段DNA片断的物理翻转，从而改变生物的遗传身份。这一发明挑战了一个基因只编码一种卵白质的焦点古板理论。
“细菌比我原先以为的还要酷，而我是微生物学家，以是我已经以为它们很酷了，”博士后学者Rachael Chanin说。微生物学家们已经知道几十年来细菌可以翻转小段DNA来激活或关闭基因。然而，据团队所知，这些翻转的片断以前从未在单个基因规模内被发明。
就像将单词“dog”的字母顺序倒过来可以完全改变一个句子的意思一样（“I’m a dog.”酿成“I’m a god.”），基因内的倒位实质上用相同的物质重新编码细菌的遗传信息。这可能导致基因的激活、基因运动的阻止或翻转后编码差别卵白质的序列。
图片信息：斯坦福大学医学院的科学家和他们的同事发明，导致DNA片断物理翻转并改变生物体遗传特征的倒位可以爆发在单个基因中。
“我记得看到数据时，我心想，‘不可能，这一定那里蜕化了，由于这着实是太猖獗了，’”遗传学和医学教授Ami Bhatt说。“接下来的几年里，我们一直试图说服自己是那里做错了。但就我们所知，我们没有蜕化。”
研究的详细效果已于最近揭晓在《自然》（Nature）上。Chanin和前博士后学者Patrick West配合向导了这项研究，Bhatt是资深作者。
翻转
20世纪20年月，科学家在寻找沙门氏菌研究要领时首次遇到了倒位的线索。他们实验从被细菌熏染的动物网络抗体，希望这些免疫分子可以转移到其他动物对抗熏染。但这一实验从未乐成——即即是他们知道在遗传上相同的细菌菌株也能够还击�？蒲Ъ颐窍衷谥�，这种回避是由于一个倒位重新编码了细菌，使其能够逃避动物的免疫系统。
微生物学家们以后在种种原核生物的小片断DNA中发明了倒位的保存。但Bhatt和她的团队想知道，它们是否也可以爆发在单个基因内。West建设了一个名为PhaVa的算法，用以识别细菌基因组中的可能倒位。
该软件基本上下载来自种种原核生物的数千个基因组序列片断，并扫描那些看起来“可翻转”的区域——这些片断两侧有重复的回文性子的倒置重复序列（例如，ATTCC和CCTTA）。算法建设了这些片断翻转后的序列目录，并将其与真实序枚举行较量。然后它统计在一个生物体的基因组中同时保存翻转和未翻转序列的区域数目，每当匹配时则批注可能保存一个倒位。
该软件识别出成千上万个保存于细菌和其他原核生物中的倒位，首次展现倒位在基因内爆发。这引发了一个想法，即单基因倒位不但保存，并且可能相对常见。
“这对我们来说很是惊讶，”Bhatt说。“据我们所知，这以前从未被视察到。”
现在尚有一个大问题：是什么导致了倒位？团队嫌疑有特定的酶介导了这种翻转以及某些情形信号引发了这种转变。
“这是sunbet下一步使命，”Bhatt说。“我们下一步将实验解码这些分子语法，以建设一个酶的数据库和它们翻转的倒置重复序列的数据库。”
解读倒位
虽然对倒位尚有许多需要相识的地方，但Bhatt以为其潜在应用远景辽阔。“这现实上是一种可遗传且可逆转的基因调控方法，”她说。
她以为，未来科学家可能使用倒位建设一种可切换的细菌系统，以控制它们的基因表达，这对合成生物学研究可能很是有利。也许某些问题与细菌倒位的状态有关，那么可能会有一种方法劳迫椿细菌状态。
“这种顺应方法一直在我们眼前隐藏，期待合适的工具和手艺以及响应的生物学问题来展现，”Chanin说。“这让我想知道，尚有几多细菌的神秘正等着我们去发明？”
杂志：Nature
DOI：10.1038/s41586-024-07970-4
