博格已經登陸——或者至少，研究人員已經在地球上發現了它們的對應物。分析美國西部泥濘地點的樣本的科學家們發現了新型 DNA 結構，這些結構似乎像虛構的《星際迷航》“博格”外星人一樣，從環境中的微生物中搜尋並“同化”基因，博格外星人會同化其他物種的知識和技術。
這些超長的 DNA 鏈，科學家們以這些外星人的名字命名，加入了一個由多種遺傳結構組成的集合——例如環狀質粒——被稱為染色體外元件 (ECE)。大多數微生物都有一到兩條染色體，編碼它們的主要遺傳藍圖。但它們可以攜帶許多不同的 ECE，並且經常在它們之間共享。這些 ECE 攜帶非必需但有用的基因，例如抗生素耐藥性基因。
加州大學伯克利分校的地球微生物學家 Jill Banfield 說，博格是一種以前未知的、獨特的且“絕對令人著迷”的 ECE 型別。她和她的同事在 bioRxiv 伺服器上釋出的預印本中描述了他們對這些結構的發現。這項工作尚未經過同行評審。
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前所未見
博格是“與以前見過的任何結構都不同的”DNA 結構，德克薩斯大學奧斯汀分校的微生物學家 Brett Baker 說。其他科學家也同意這一發現令人興奮，但質疑博格是否真的獨一無二，並指出它們與其他大型 ECE 之間存在相似之處。
中國科學院北京分院的微生物學家黃力說，近年來，“人們已經習慣了 ECE 領域的驚喜”。“然而，博格的發現無疑豐富了 ECE 的概念，令該領域的許多人著迷。”
它們巨大的尺寸，長度在 60 萬到約 100 萬個 DNA 鹼基對之間，是博格與其他許多 ECE 區分開來的一個特徵。事實上，Banfield 說，博格非常巨大，以至於它們達到了宿主微生物主要染色體長度的三分之一。
Banfield 研究微生物如何影響碳迴圈——包括甲烷（一種強效溫室氣體）的產生和降解——並且在 2019 年 10 月，她和她的同事前往加利福尼亞溼地尋找含有參與碳迴圈基因的 ECE。在那裡，他們發現了第一個博格，後來又從科羅拉多州和加利福尼亞州的這個地點和類似地點鑑定了 19 種不同的型別。
博格似乎與古菌有關，古菌是不同於細菌的單細胞微生物。具體而言，Banfield 和她的團隊發現的博格與甲烷氧化古菌屬有關，該屬可以消化和破壞甲烷。Banfield 說，博格基因似乎也參與了這個過程。
科學家們還無法在實驗室中培養甲烷氧化古菌——這對許多微生物來說是一個持續的挑戰——因此，該團隊關於博格可能被古菌用於甲烷處理的結論是僅基於序列資料。
華盛頓州西雅圖系統生物學研究所的系統生物學家 Nitin Baliga 說：“他們做出了一個有趣的觀察結果。”但他警告說，當研究人員像 Banfield 的團隊那樣篩選許多基因組片段並將它們拼接在一起時，可能會出錯。他補充說，在培養的甲烷氧化古菌中發現博格對於使這一發現被認為是確鑿的至關重要。
成本和收益
Banfield 和同事說，假設博格是真實存在的，那麼維持如此龐大的 ECE 對於甲烷氧化古菌來說將是昂貴的，因此 DNA 結構必須提供一些好處。為了瞭解這可能是什麼，研究人員分析了數百個博格基因的序列，並將它們與已知的基因進行了比較。
Banfield 說，博格似乎容納了整個代謝過程所需的許多基因，包括消化甲烷。她將這些集合描述為“工具箱”，可能會增強甲烷氧化古菌的能力。
那麼是什麼使博格成為博格呢？除了它們驚人的尺寸外，博格還具有幾個結構特徵：它們是線性的，而不是像許多 ECE 那樣是環狀的；它們在鏈的兩端都有映象重複序列；並且它們在假定的基因內部和基因之間都有許多其他重複序列。
Baliga 說，單獨來看，博格的這些特徵可以與其他大型 ECE 中看到的特徵重疊，例如某些嗜鹽古菌中的元件，因此博格的新穎性在這個階段仍然值得商榷。阿根廷相簿曼微生物工業過程試驗工廠的微生物學家 Julián Rafael Dib 說，博格也類似於在土壤棲息的放線菌中發現的巨型線性質粒。
Banfield 反駁說，雖然博格的個別特徵以前也見過，“尺寸、組合和代謝基因負荷”才是使它們與眾不同的地方。她推測它們曾經是完整的微生物，並且被甲烷氧化古菌同化，方式與真核細胞透過同化自由生活的細菌而獲得產生能量的線粒體的方式非常相似。
曾在 Banfield 實驗室工作的 Baker 說，既然科學家們知道要尋找什麼，他們可能會透過篩選舊資料來找到更多的博格。他認為，自從預印本釋出以來，他可能已經在自己的基因資料庫中發現了一些候選者。
抵抗是徒勞的
Banfield 說，在分析博格基因組時，Banfield 和同事還看到了表明博格已經同化了來自不同來源的基因的特徵，包括主要的甲烷氧化古菌染色體。這種“同化”基因的潛力促使她的兒子在 2020 年感恩節晚餐時提出了“博格”這個名字。
Banfield 的團隊目前正在研究博格的功能及其 DNA 重複序列的作用。重複序列對微生物很重要：不同結構的重複序列 CRISPR 是來自病毒的遺傳密碼片段，微生物將其整合到自己的 DNA 中以“記住”病原體，以便它們將來能夠防禦病原體。
CRISPR 及其相關蛋白一直是生物技術的福音，因為它們已被改造為強大的基因編輯技術——暗示博格基因組也可能產生有用的工具。Banfield 說：“它可能像 CRISPR 一樣重要和有趣，但我認為這將是一件新事物。”她正在與她的預印本合著者、加州大學 CRISPR 基因編輯技術的先驅 Jennifer Doudna 合作進行未來的研究。
研究人員看到的博格的一個潛在應用可能是幫助對抗氣候變化。促進含有博格的微生物的生長可能可以減少土壤棲息古菌產生的甲烷排放，這些排放量全球每年總計約 10 億噸。Banfield 說，在天然溼地這樣做是有風險的，但在農業場所可能是合適的。因此，作為第一步，她的團隊現在正在加利福尼亞州的水稻田中尋找博格。
本文經許可轉載，最初於 2021 年 7 月 16 日首次發表。