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微生物如何运用外部DNA改变自身基因？揭开细胞变革的秘密！
微生物不仅是地球上最古老的生物之一，它们还具有令人惊叹的能力，能够透过一种名为转化的过程，从周围环境中吸收外部DNA，从而改变自身的遗传特性。这一过程被称为「细胞的能力」，可以分为自然能力和人工能力。自然能力是细菌在自然环境下自然而然具有的能力，而人工能力则是指通过实验室中的特定处理使细胞能够暂时变得可透过DNA的能力。这种能力不仅让细菌快速适应外界环境的变化，还帮助它们进行DNA修复。
自然能力的发现，可以追溯到1928年，当时的科学家弗雷德里克·格里菲斯展示了某些已死亡的病原菌细胞能够转变相关的非病原细胞。
自那以后，科学家发现，这种「转化因子」实际上是纯粹的DNA，这一发现成为了DNA携带遗传信息的首次有力证据。至今，自然能力已在多种细菌中获得了深入的研究，特别是
在实验室中，研究者通常会提供DNA，这些DNA可以是基因工程片段或质粒。在DNA进入细胞后，它可能被降解为核苷酸，这些核苷酸可以用于DNA复制和其他代谢功能。
DNA一旦进入细胞内部，可能会被其DNA修复酶重新组合进入细胞的基因组。如果这一重新组合改变了细胞的基因型，则这个细胞就被认为已经被转化。在几乎所有自然具备能力的细菌中，细胞外丝状体的一部分—the type IV pili—能够结合细胞外的双股DNA。然后，这些DNA通过多组件蛋白复合物被跨膜转移，这过程是由DNA一股的降解所驱动的。进入细胞内的单股DNA会被一种保守性蛋白质DprA结合，随后它会将DNA载入RecA，这是一个通过经典DNA修复途径介导同源重组的蛋白。
在自然能力的调控上，通常情况下，这一过程是严密监管的，经常是在养分短缺或不利条件下被触发。然而，具体的诱导信号和调控机制在不同物种之间存在很大变异。
科学家们发现了一些转录因子能够调控能力，例如sxy（也称为tfoX），其表达受到5'非编码RNA元件的调控。同时，具备产生孢子的细菌在触发孢子的条件下，通常也会同时出现有能力转化的细菌。因此，在包含孢子细胞的培养物或菌落中，经常也会发现有能力的细胞。大多数自然具备能力的细菌会以大致相等的效率吸收所有的DNA分子，但一些细菌家族，如Neisseriaceae和Pasteurellaceae，则倾向于优先吸收含有吸收信号序列的DNA片段。
根据一个假说，细菌的转化可以在增加遗传多样性方面扮演与高等生物性别相似的角色。尽管理论上讨论这一过程的隐忧依旧存在，但高成本的全局蛋白合成开关使得这样的假说面临挑战。
此外，DNA作为食物的假说也引起了科学界的关注。根据这一假说，细胞透过吸收DNA来获得核苷酸，这些核苷酸不仅对DNA和RNA合成至关重要，还能节省合成成本。实际上，某些天然具备能力的细菌还会将核酸酶分泌到周围环境中，以获取这些来自环境DNA的自由核苷酸。
不同物种的DNA摄取机制存在复杂的交互作用，而这些交互可能与选择性重组或机械效率吸收有关。当然，随着对DNA损伤的研究进一步深入，我们发现，在逆境中诱发能力的细菌在面对DNA损伤时，能够更好地存活，这表明自然能力和转化可能在DNA修复中发挥着重要作用。
细菌基因组的复合性提供了大量证据，表明能力引起的横向基因转移对于促进遗传多样性至关重要，这也是进化的基础。
微生物通过外部DNA改变自身实质上揭示了细胞如何在不断变化的环境中生存与繁衍的秘密。然而，面对这种转化的前景，您认为微生物的这一能力会如何影响未来的科学研究和生物技术的发展?
