从剖腹产到化疗，抗生素使许多现代医学成为可能，因为它可以防止细菌感染。这就是为什么越来越多的细菌对这些药物的耐药性如此令人担忧。联合国估计，到2050年，耐药细菌感染每年将夺去多达1000万人的生命，是目前死亡人数的两倍多。
对付这种抗药性的一个问题是，科学家对它是如何产生的还没有完全了解。一种方法基本上是随机的:一种特定细菌的偶然突变可能会降低某种药物的致命性。如果这种细菌在一定剂量的治疗中存活下来，它的后代将继承同样的抵抗力。但是细菌耐药性传播的速度意味着这并不是故事的全部。“我一直觉得还有其他的进化机制。而且可能更强大，”新加坡国立大学的约翰·陈说。
在《细胞》杂志的一篇论文中，陈博士和他的同事们发现了一种这样的机制。它的重点不是细菌本身，也不是已知的感染它们的病毒，而是更基本的遗传寄生虫，它们依次利用这些病毒。
众所周知，细菌可以将基因水平传递给其他不相关的细菌，也可以垂直传递给它们的后代。一些通过被称为质粒的DNA小环交换。另一些则通过噬菌体传播，噬菌体是一种专门感染细菌的病毒。当噬菌体附着在细菌上时，它的DNA迫使细菌复制更多的病毒，直到它破裂。有时，细菌DNA的小片段可能被错误地包含在新病毒中。如果它们感染了另一种细菌，搭便车的DNA最终会整合到新宿主的基因组中。但是这种“转导”也不能完全解释细菌进化出耐药性的速度。这种情况很少发生，即使发生，也只会转移一小块DNA。
2018年，陈博士发现了另一种机制，即侧向转导。当噬菌体不是立即杀死宿主，而是将自己的基因组整合到猎物的基因组中时，就会发生这种情况。当噬菌体复制时，它们从细菌的基因组中读取自己的基因，但有时也会抓取邻近细菌DNA的长片段的拷贝，它们携带这些拷贝来感染新的宿主。
陈博士认为噬菌体可以通过这种方式窃取宿主基因组的四分之一。他估计，横向转导比其他机制快数千倍，使其成为微生物耐药性的主要驱动因素。实际上，这意味着以前没有接触过抗生素的细菌可以在几分钟内获得耐药性所需的基因。
但故事并没有就此结束。陈医生检查了金黄色葡萄球菌，这种细菌通常是无害的，但偶尔也会引起严重的疾病。其基因组的特定部分，称为“致病性岛”(或SaPIs)，似乎表现得像遗传寄生虫;这些DNA片段自私地复制，不顾宿主的健康。从某种意义上说，这使它们成为比病毒更原始的复制因子。
不给糖就捣蛋
当作为SaPI宿主的细菌细胞被噬菌体感染时，SaPI可以命令细胞产生一种叫做小转移酶的蛋白质。这类似于攻击噬菌体的蛋白质作为信号，开始将其DNA打包到新产生的噬菌体中。这种生化技巧可以导致新的噬菌体完全不是用病毒DNA包装的，而是用长段细菌基因组包装的。“它完全取代了噬菌体基因组，”陈博士说。
产生的噬菌体仍然能够感染新的细菌。但当它们这样做时，它们传递的是细菌基因，而不是病毒基因——这可能是有用的。虽然横向转导只有在噬菌体将其DNA编织到宿主DNA中时才能发生，但SaPIs可以在没有发生这种情况的情况下劫持噬菌体。“我认为这对我们如何理解细菌基因组的进化有着巨大的影响，”科罗拉多大学的布雷克·杜尔科普说，他没有参与这项研究。
这种机制存在的确切原因尚不清楚。如果sapi真的是自私的复制者，那么劫持病毒就给了它们一种传播和延续自己的方式。陈博士提出了一种可能性，即从长远来看，用新的、有用的基因来强化寄主也可能保护寄生虫。“如果你的主人在竞争中被打败，你也会死，”他说。因此，如果噬菌体和SaPIs能够用最新的基因技术武装宿主细菌，它们就更有可能成功。
毫无疑问，所有这些都会引起进化遗传学家的兴趣。但这对公共卫生研究人员来说也是有用的信息。一个问题是每种机制有多重要。而且，由于sapi只影响金黄色葡萄球菌，另一项研究将确定其他细菌是否有基因等同物。最后，噬菌体本身的抗菌特性意味着它们越来越多地被认为是抗生素的替代品。了解它们是如何被更小的寄生虫劫持的将是明智的。
