一项新的研究揭示了细胞外囊泡在海洋微生物间横向基因转移中的重要作用。这一发现挑战了人们对基因交换机制的现有看法，并提出了"受保护的胞外 DNA"（peDNA）这一新名词，以涵盖病毒以外的多种基因载体，为未来在各种生态系统中的研究指明了新方向。

细胞外囊泡对海洋中横向基因转移的贡献比以前想象的要大得多。

海洋中充满了微生物，它们进行着动态的遗传物质交换。这一过程被称为水平基因转移（HGT），在众多物种的进化过程中发挥着关键作用，也是细菌抗药性传播的一个关键因素。传统上，人们认为这种基因交换主要是通过直接的细胞接触、自由漂浮的 DNA 或病毒进行的。

不来梅马克斯-普朗克海洋微生物研究所的苏珊娜-埃尔德曼领导的一项研究现在表明，所谓的胞外囊泡对海洋中遗传信息的传递也非常重要，因此对海洋中最小的居民的生活也非常重要。

病毒、GTA、EV：微小而数量众多

大多数病毒都很微小。在每一滴海水中都能发现多达 1000 万个病毒。它们不仅能将自己的遗传物质（基因组）打包，还能将宿主的部分 DNA（即它们感染的生物体的 DNA）传送到其他细胞中。

研究病毒极具挑战性。海水样本必须通过孔径仅为 0.2 微米（比人的头发丝粗约小 300 倍）的过滤器过滤，才能将病毒与细胞分离。除病毒外，这些过滤后的样本还含有所谓的基因转移剂（GTAs）和细胞外囊泡（EVs）。

在这项研究中，不来梅马克斯-普朗克研究所的研究人员还在北海赫尔戈兰岛附近采集了水样。图片来源：Silvia Vidal / 马克斯-普朗克海洋微生物研究所

GTAs 是专门包裹宿主 DNA 的病毒样颗粒，EVs 是由膜包裹的小囊泡，会从宿主的细胞表面脱离。这些 EVs 可包含多种分子。除了酶、营养物质和 RNA 外，它们还经常运输 DNA 片段。

Erdmann 和她的团队现在已经证明，与之前的假设不同，过滤海水样本中有大量宿主 DNA 没有被病毒转运。证明这一点极其复杂。不莱梅马克斯-普朗克研究所马克斯-普朗克古菌病毒学研究小组组长埃德曼解释说："在测序（即读出宿主DNA）之后，我们再也无法辨别它是如何进入我们的样本中的。但没有任何特征可以将序列归属于特定的运输机制"。

为了解决这个问题，研究人员使用了一个技巧。第一步，他们将每个 DNA 序列分配给其最初来源的宿主。然后，他们尽可能确定每个宿主的主要运输机制--即通过病毒、GTA 或 EV。这样，他们就能为特定的 DNA 序列分配一种潜在的运输机制。

埃德曼说："结果令人吃惊：显然，很大一部分 DNA 不是通过传统途径运输的，而是通过细胞外囊泡运输的。"

不仅仅是废物

"长期以来，细胞外囊泡一直被视为细胞废物。直到最近 15 年，科学家们才得以展示它们对细胞的各种功能。我们的研究清楚地强调了细胞外囊泡在细胞间交换遗传物质方面发挥的基本作用，"埃德曼研究小组的博士生、该研究的第一作者多米尼克-吕克金（Dominik Lücking）解释说，该研究现已发表在《ISME通讯》（ISME Communications）杂志上。

因此，作者建议改变术语。Lücking说："传统上，从0.2微米馏分中提取DNA并测序时，我们谈论的是病毒组，即富含病毒的元基因组。然而，这样我们就忽略了这部分中其他非病毒样颗粒的多样性，如EVs。因此，我们建议将这一部分称为'受保护的细胞外DNA'，或peDNA。"

本文介绍的研究为今后在海洋及其他所有生态系统中开展 peDNA 研究奠定了基础。Erdmann 说："新的命名法将使我们能够更清楚地谈论病毒体一词未涵盖的机制和过程。"

未来的研究可以以这项研究为指导，评估细胞外囊泡在土壤、淡水系统或人类肠道等其他环境中的作用。"鉴于横向基因转移在许多生态系统中的重要作用，我们确信在未来的道路上还会有更多的惊喜。"