葡萄牙科学家近日研究发现，大肠杆菌（Escherichia coli）有益突变发生的频率比之前预想的要高上1000倍之多。这将有助于解释为什么细菌能快速对抗生素产生抵抗性。相关论文发表在8月10日的《科学》杂志上。
领导该项研究的是葡萄牙古尔班基安科学研究所（Gulbenkian Science Institute）的Isabel Gordo。她和同事研究了大小不一的大肠杆菌菌群，发现有数以千计的突变被人们忽视，而原因在于有更好的突变将它们掩盖了。因为在诸如大肠杆菌这样无性生殖的巨大群体里，适应进化是一种胜者通吃的游戏。一旦某个个体产生了某种突变，使其在与同类的竞争中占到优势，那么它的基因组就会在整个族群里占统治地位，并且会进行一种选择性清扫（selective sweep），这样往往就会使那些只能提供较小适应性反应的突变丢失。
进化生物学家将这种现象称作无性干涉（clonal interference），并且推测某些有益的突变正是因此而发生丢失。Gordo此次的研究和以前研究的不同在于所观测菌群尺寸范围的差别，所观测的较大菌群含有1000万个细胞，较的只有2万个细胞。但是较小菌群里的突变数却是较大菌群里的1000倍之多。
美国卫斯理公会大学（Wesleyan University）的生物学教授Frederick Cohan说，这改变了他考虑事情的方式，他从没想到大肠杆菌菌群里会有如此高的适应性突变率。他表示，存在如此多的突变表明了参与的基因数可能达到了数千种之多。
不过，美国华盛顿大学的进化理论学家Carl Bergstrom却表示，此次研究并没有弄清楚具有较小有益性的突变怎样有助于细菌发展抗生素抗性。
对此，Gordo表示，抗生素抗性往往不是通过突变而是通过转录基因组外的遗传因子来实现的，这对细菌来说是一种昂贵的代价，而有益性突变可能就是协助这个过程的发生。“因为细菌能快速重组基因组，所以突变获得抗性的细菌就有能力补偿为获得抗生素抗性而付出的代价。”关于下一步的工作，Gordo表示将会关注细菌对于抗生素和其它环境刺激的反应，以弄清在一个不同的环境里，这种突变效果的分配是否会发生大的变化，以及查明哪种基因的哪种突变是适应性的。
图片说明：大肠杆菌的突变率比以前预想的要高出1000倍之多（图片来源：DAVID MACK / SCIENCE PHOTO LIBRARY）
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Isabel Gordo个人主页
《科学》发表论文摘要
Adaptive Mutations in Bacteria: High Rate and Small Effects
Lília Perfeito,1 Lisete Fernandes,1,2 Catarina Mota,1 Isabel Gordo1*
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《科学》：比预想高1000倍，大肠杆菌突变新发现
生物通
在8月10日的《科学》杂志上，来自葡萄牙Gulbenkian科学研究所的研究人员发表的一篇论文显示，他们发现大肠杆菌（Escherichia coli）有益性突变发生的频率比之前预想的要高出1000多倍。这一发现将有助于解释为什么细菌能迅速对抗生素发展出抗性。
这项研究的负责人Isabel Gordo和同事对大小不一的大肠杆菌菌落进行的研究发现，之前人们忽视了上千个突变。被漏掉的原因是由于有更好的突变将它们掩盖。
在像大肠杆菌这样的无性生殖的菌落里，适应性进化是一种胜者为王的模式：某个个体产生了一种使其在同类竞争中具有某种优势的特定突变时，该种个体的基因组就会在整个菌落里占统治地位，并且会进行一种选择性清洗（selective sweep）过程——该过程往往会使那些只能提供较小适应性的突变丢失。进化生物学家将这种现象称作无性干涉（clonal interference），并且推测某些有益的突变正是因此而发生丢失。
Gordo研究组发现，含有1000万个细胞菌落的突变与较小菌群（2万个细胞）相比，小菌落突变数是较大菌群的1000倍！
美国Wesleyan大学的生物学教授Frederick Cohan评价说，这项发现改变了他的思维方式，此前他从未想到大肠杆菌菌群里会有如此高的适应性突变率。他表示，存在这么多的突变表明参与的基因数可能达到了数千种。不过，华盛顿大学的进化理论学家Carl Bergstrom则表示，这项研究并没有弄清楚有益性突变与细菌发展抗生素抗性的定量关系。
Gordo表示，抗生素抗性往往不是通过突变而是通过转录基因组外的遗传因子来实现的，这对细菌来说是一种昂贵的代价，而有益性突变可能就是协助这个过程的发生。Gordo表示，接下来他们将会研究细菌对于抗生素和其它环境刺激的反应，并希望弄清在不同环境中这种突变效果的分配是否会发生大的变化。
大肠埃希氏菌(E. coli)通常称为大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，在相当长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。直到20世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症，它是一种普通的原核生物，是人类和大多数温血动物肠道中的正常茵群。但也有某些血清型的大肠杆菌可引起不同症状的腹泻，根据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为5类：致病性大肠杆菌(EPEC)、肠产毒性大肠杆菌(ETEC)、肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)、肠出血性大肠杆菌(E．I"IEC)、肠黏附性大肠杆菌(EAEC)。
大肠杆菌是革兰氏阴性短杆菌，大小0.5×1～3微米。周身鞭毛，能运动，无芽孢。能发酵多种糖类产酸、产气，是人和动物肠道中的正常栖居菌，婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，其代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长，减少蛋白质分解产物对人体的危害，还能合成维生素B和K，以及有杀菌作用的大肠杆菌素。正常栖居条件下不致病。但若进入胆囊、膀胱等处可引起炎症。在肠道中大量繁殖，几占粪便干重的1/3。兼性厌氧菌。在环境卫生不良的情况下，常随粪便散布在周围环境中。若在水和食品中检出此菌，可认为是被粪便污染的指标，从而可能有肠道病原菌的存在。因此，大肠菌群数（或大肠菌值）常作为饮水和食物（或药物）的卫生学标准。大肠杆菌的抗原成分复杂，可分为菌体抗原（O）、鞭毛抗原（H）和表面抗原（K），后者有抗机体吞噬和抗补体的能力。根据菌体抗原的不同，可将大肠杆菌分为150多型，其中有16个血清型为致病性大肠杆菌，常引起流行性婴儿腹泄和成人肋膜炎。大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料，如局限性转导就是1954年在大肠杆菌K12菌株中发现的。莱德伯格（Lederberg）采用两株大肠杆菌的营养缺陷型进行实验，奠定了研究细菌接合方法学上的基础，以及基因工程的研究。
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，主要寄生在大肠内。它侵入人体一些部位时，可引起感染，如腹膜炎、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛、呕吐、腹泻和发热。感染可能是致命性的，尤其是对孩子及老人。
