細菌將受到干擾的基因的「記憶」傳遞給它們的後代

一項新的研究表明，細菌保存著環境如何影響它們的記錄，並且可以在細菌分裂時將其傳遞給後代。這項發現是近年來許多使生物學家思考演化和特徵傳遞方式複雜化的發現之一。它還可能具有重要的醫學應用，例如解決抗生素抗藥性問題。

曾經將達爾文的自然選擇理論與對於顯性基因和隱性基因來說，神創論的思想被掃到了邊緣，將一切都歸因於基因變得風靡一時。 DNA 結構和複製的解決方案強化了這一點。然而，這些相對簡單的故事開始出現問題。基因可以被環境條件沉默或活化的方式構成了這種更微妙的圖景的一個例子，但其他的則不太為人所知。

「細菌生物學的一個中心假設是，可遺傳的物理特徵主要由 DNA 決定，」該研究的資深作者、西北大學的 Adilson Motter 教授在一項研究中說道。陳述。 「但是，從複雜系統的角度來看，我們知道資訊也可以儲存在基因之間的調控關係網絡的層面。我們想探索是否存在從父母傳給後代的特徵，這些特徵不是在 DNA 中編碼的，而是在監管網絡本身中編碼的。

該團隊利用經過充分研究的方法對此進行了探索大腸桿菌– 研究細菌的好處之一是它們的複製速度如此之快，以至於我們可以在撥款用完之前觀察到許多世代。它也缺乏動物和植物甚至酵母中常見的一些複雜因素，而且只有 5,000 個基因，更簡單。

「就複雜生物體而言，挑戰在於理清倖存者偏差等混雜因素，」莫特說。 「但也許我們可以分離出最簡單的單細胞生物的原因，因為我們可以控制它們的環境並詢問它們的遺傳學。如果我們在這種情況下觀察到一些東西，我們就可以將非基因遺傳的起源歸因於有限的可能性——特別是基因調控的變化。

大腸桿菌的基因可能是該團隊所說的“暫時受到干擾”，無論是透過短暫的敲除還是短暫的過度表達。當這種情況發生時，後代將具有與擾動前的前輩相同的基因，但莫特和合著者表明，細胞的外觀和行為可能不一樣。

擾動並不總是會產生長期影響，團隊能夠識別出增加機會的因素。例如，當一個受到干擾的基因位於調控網絡的「強連接成分」附近時，即使在該基因恢復正常狀態之後，這種影響也更有可能持續下去。

該團隊進行了有針對性的干預措施來實現這些擾動，但考慮到環境的自然變化大腸桿菌live 也可以做類似的事情，儘管效率可能會低得多。

為了在人類身上看到類似的東西，合著者托馬斯·懷托克博士以當今荷蘭人的方式為例更有可能如果他們的父親在子宮內遭受第二次世界大戰造成的飢荒，他們的體重就會超重。如今生活在如此富裕國家的人們不太可能遭受糧食匱乏，因此不會對環境產生直接影響。同樣，遺傳的基因也沒有什麼不同，這取決於父親是飢荒最嚴重時期的胎兒還是危機過去後的胎兒。然而，生物記憶可能會持續幾代人，在這種情況下，警告食物短缺可能會到來，因此身體應該盡可能儲存卡路里。

儘管我們知道人類、其他動物和植物可以做到這一點，但我們對如何做到這一點的概念卻很模糊。大腸桿菌研究可能會有所幫助。然而，作者也希望所獲得的知識可以直接應用，例如改變細菌，這樣，如果後代出現問題，他們就會對抗生素敏感。

該研究已在期刊上公開發表科學進步