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細菌的生命之鑰：哪些基因是絕對必需的？
在深奧的生命科學領域中，科學家們一直在探索細菌等微生物所需的必要基因。這些基因被視為生命的基石，對於細菌在特定環境中生長與繁殖是必不可少的。然而，某個基因的必需性卻常常取決於其生活的環境。例如，若細菌的唯一能量來源是澱粉，則廠碼(基因)用來消化澱粉就變得至關重要。近期，系統性的研究致力於識別那些在各式條件下仍然必不可少的基因，或許這能為我們揭示生命行為的深層機制。
研究顯示，細菌生存所必需的基因數量大約是在250到300之間。
這些基因主要負責三項基本功能：遺傳信息處理、細胞膜結構以及能量產生。它們的功能確保了細胞的基本代謝過程能夠順利運作，包括DNA的複製、基因轉錄成為蛋白質、基本細胞結構的維護，以及細胞內外物質的運輸過程。相較於單細胞生物，多細胞生物的必需基因數量往往更多，這些基因往往涉及到細胞之間的溝通及發展過程。
對於病毒而言，其必需基因則主要與遺傳信息的處理及維護相關。與多數單細胞生物不同，病毒缺乏許多代謝所需的必需基因，使得它們必須「劫持」宿主的代謝系統來生存。大多數基因並非必需，但可以提供選擇優勢及增強適應性，因此，絕大多數基因實際上不是必需的，在大多數情況下，許多基因的刪除並不會產生明顯影響。
細菌的全基因組研究
目前，一個主要方法來鑑定細菌的必需基因是透過基因的定向刪除和隨機突變。定向刪除是指系統性地從基因組中完全刪除已被註解的單個基因，而隨機突變則是透過轉位子隨機插入基因組中的多個位置，以干擾目標基因的功能。這樣的插入突變體若能生存並生長，就代表插入的基因並非生存所必需的。
例如，藉由CRISPR技術，基因的必需性也能透過基因表達的抑制來確認。
基於全基因組實驗研究及系統生物學分析，研究者們建立了基因必需性數據庫，預測超過4000種細菌的必需基因。這些豐富的數據協助科學家更深入了解細菌的代謝需求及其如何適應不斷變化的環境。
真核生物的基因必需性
在酵母菌Saccharomyces cerevisiae中，有15-20%的基因被確認為必需基因。在另一種酵母菌Schizosaccharomyces pombe中，已建構了98.4%的四千九百多個蛋白質編碼基因的功能性缺失突變，其中1260個被證實為必需。然而，在其他多細胞生物如哺乳類的研究中，由於技術挑戰，顯示的結果不夠明確，但在一些模式生物中如線蟲C. elegans、果蠅及斑馬魚等已開發出各種方法進行基因必需性分析。
病毒與基因必需性
研究進一步顯示，病毒如人類巨細胞病毒所需的41個必需基因多數集結於病毒基因組的中間部分，而隨機的非必需基因則多在兩端。這樣的結果反映出不同類型的生物對於基因的依賴性有著顯著差異。
通過合成致死性分析與條件必需性概念，我們能夠了解到基因的功能並不僅有一種可能。
在這些研究中，有學者提出了合成致死性與條件必需性這兩個概念，前者指的是某些基因在單獨突變時不會致死，但當兩者都突變時會導致細胞死亡的現象；而後者則是某些基因在特定環境下才會變得必要，這又帶出了基因對環境適應性的重要性。
基因的重複與替代代謝途徑
許多基因在基因組內會出現重複，而這些重複可能會導致某些基因變得非必需。此外，一些生物可能會發展出替代的代謝途徑來合成相同的產物，導致原本被視為必要的基因在特定條件下卻不再被視為必需。
整體而言，基因的必需性涉及到環境因素、基因的重複以及生物體的進化路徑，這讓我們不禁思考，如果基因的必要性是如此脆弱，那麼在未來的研究中，基因與環境之間的關係將會變得更加複雜，我們是否能夠完全揭示基因所承載的生命奧秘呢?
