在污水處理廠的渾濁水流中,一場無聲的「基因快遞」正在上演。數以萬計的微生物通過神秘的基因交換網路,悄悄傳遞著耐藥性「武器」、污染物分解「技能包」,甚至人工合成的生物元件。這種被稱為水平基因轉移(horizontal gene transfer)的現象,如同微生物界的暗網交易,長久以來讓研究人員難以追蹤——直到一項突破性技術讓細菌學會用rna寫「日記」,揭開了這場隱秘盛宴的全景圖。3月18日《nature biotechnology》發表的研究「information storage across a microbial community using universal rna barcoding」,研究團隊開發出劃時代的「rna分子墨水」。他們設計的催化rna(cat-rna)能在微生物的16s核糖體rna(rrna)上刻下特殊標記,就像給每個基因包裹貼上隱形追蹤碼。當大腸桿菌攜帶這種「活體記錄儀」進入污水微生物群落後,研究人員通過測序發現:20個不同微生物目的成員參與了基因交換,其中60%的變形菌門(proteobacteria)微生物展現出驚人的「社交活躍度」。更令人驚嘆的是,某些稀有物種的基因接收強度竟達到常見菌株的4.3萬倍,揭示出微生物界隱藏的「超級連接者」。這項技術突破傳統方法局限,無需培養微生物或複雜操作,直接讀取環境樣本中的rna記憶。研究團隊通過設計正交標記系統,首次實時對比了兩種質粒的傳播路徑——廣宿主型pbbr1如同「聯邦快遞」覆蓋187個菌種,而窄宿主型cole1則像「社區快遞」,在假單胞菌群中的成功率直降40%。這種分子級監控精度,為遏制抗生素耐葯基因傳播、設計生物安全載體提供了全新可能。從污水處理廠到人體腸道,從深海熱泉到極低冰蓋,這項讓微生物自主記錄基因流動的技術,正在改寫我們理解生命互動的範式。它不僅是環境監測的「量子躍遷」,更預示著合成生物學的新紀元——未來,或能編程微生物在特定環境下自動書寫生態日誌,為地球生命網路繪製動態基因地圖。
kalvapalle, p.b., staubus, a., dysart, m.j. et al. information storage across a microbial community using universal rna barcoding. nat biotechnol (2025). https://doi.org/10.1038/s41587-025-02593-0