像大多数细菌一样，霍乱弧菌一直处于病毒的持续攻击之下。为了生存，细菌会装备自身的抗病毒免疫系统。此前的研究表明，霍乱弧菌携带一个称为“固着染色体整合子”（SCI）的大型遗传元件。该结构包含数百个被称为“基因盒”的小型可移动DNA单元，它们排列成一个长阵列，就像一串珍珠。

虽然许多基因盒的功能尚不清楚，但约有10%编码抗病毒免疫系统。然而，这些基因大多位于阵列的远端，并保持沉默。目前的主流模型认为，基因盒可以通过内部重排来激活，但在过去六十多年里，在大流行的霍乱弧菌谱系中尚未观察到此类重排。

这就提出了一个关键问题：如果内部重排很罕见，那么由基因盒编码的免疫系统是如何被激活的？新的基因盒又是如何进入阵列的？

为了解决这个问题，由EPFL分子微生物学实验室的Melanie Blokesch领导的一个团队研究了SCI是否可能从进入细胞的外部遗传物质中捕获基因盒。该团队发表在《Science》上的研究提供了新的见解。

实验室中测试DNA摄取

这一过程的一个关键特征是“自然感受态”，即细菌从周围环境中摄取游离DNA的能力。当霍乱弧菌在几丁质表面（甲壳类动物外壳中的一种聚合物，在水生环境中含量丰富）上生长时，它会变得具有自然感受态。

在实验室中，研究团队通过在几丁质上培养细菌，并提供来自不同霍乱弧菌菌株或其他弧菌物种的DNA，来模拟这些条件。然后，他们追踪新获得的基因盒是否被插入到SCI阵列的第一个位置。

水平转移占主导

在这项工作中，研究人员证明，霍乱弧菌可以有效地从细胞外DNA中获取新的SCI基因盒。在水生栖息地中，当细菌细胞被病毒、抗菌化合物或细菌武器杀死时，DNA会被释放出来。附近具有感受态的细菌可以摄取这些DNA，并将选定的片段整合到自己的SCI中。

“一个粗略的类比是：想象你的祖母去世了，作为告别礼物，她把她一个世纪前对抗西班牙流感所建立的免疫力传递给你，立即保护你免受同一种病毒的侵害。这难道不是很神奇吗？这基本上就是我们展示的霍乱弧菌能够做的事情，”Blokesch说。

研究团队还表明，插入到这个位置的基因盒是有功能的。几种防御系统提供了针对感染弧菌的病毒——称为弧菌噬菌体（vibriophage）的保护。

一个静态的大流行谱系

一个重要例外出现了。在大流行的霍乱弧菌7PET谱系中，SCI基本上保持静态。作者提出，这反映了该谱系对人类相关生态位的适应。然而，如果大流行菌株遇到能够实现SCI基因盒获取的环境条件，它们可以扩展其抗病毒防御能力。

“这种可能性很重要，因为目前正在探索基于弧菌噬菌体的方法来预防流行地区的霍乱，而这种进化灵活性最终可能会影响这些策略的有效性，”Blokesch说。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Laurie Righi et al, Competence-mediated DNA uptake diversifies Vibrio cholerae sedentary chromosomal integrons, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aed0645.