博格已经登陆——或者至少，研究人员已经在地球上发现了它们的对应物。分析美国西部泥泞地点的样本的科学家们发现了新型 DNA 结构，这些结构似乎像虚构的《星际迷航》“博格”外星人一样，从环境中的微生物中搜寻并“同化”基因，博格外星人会同化其他物种的知识和技术。
这些超长的 DNA 链，科学家们以这些外星人的名字命名，加入了一个由多种遗传结构组成的集合——例如环状质粒——被称为染色体外元件 (ECE)。大多数微生物都有一到两条染色体，编码它们的主要遗传蓝图。但它们可以携带许多不同的 ECE，并且经常在它们之间共享。这些 ECE 携带非必需但有用的基因，例如抗生素耐药性基因。
加州大学伯克利分校的地球微生物学家 Jill Banfield 说，博格是一种以前未知的、独特的且“绝对令人着迷”的 ECE 类型。她和她的同事在 bioRxiv 服务器上发布的预印本中描述了他们对这些结构的发现。这项工作尚未经过同行评审。
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前所未见
博格是“与以前见过的任何结构都不同的”DNA 结构，德克萨斯大学奥斯汀分校的微生物学家 Brett Baker 说。其他科学家也同意这一发现令人兴奋，但质疑博格是否真的独一无二，并指出它们与其他大型 ECE 之间存在相似之处。
中国科学院北京分院的微生物学家黄力说，近年来，“人们已经习惯了 ECE 领域的惊喜”。“然而，博格的发现无疑丰富了 ECE 的概念，令该领域的许多人着迷。”
它们巨大的尺寸，长度在 60 万到约 100 万个 DNA 碱基对之间，是博格与其他许多 ECE 区分开来的一个特征。事实上，Banfield 说，博格非常巨大，以至于它们达到了宿主微生物主要染色体长度的三分之一。
Banfield 研究微生物如何影响碳循环——包括甲烷（一种强效温室气体）的产生和降解——并且在 2019 年 10 月，她和她的同事前往加利福尼亚湿地寻找含有参与碳循环基因的 ECE。在那里，他们发现了第一个博格，后来又从科罗拉多州和加利福尼亚州的这个地点和类似地点鉴定了 19 种不同的类型。
博格似乎与古菌有关，古菌是不同于细菌的单细胞微生物。具体而言，Banfield 和她的团队发现的博格与甲烷氧化古菌属有关，该属可以消化和破坏甲烷。Banfield 说，博格基因似乎也参与了这个过程。
科学家们还无法在实验室中培养甲烷氧化古菌——这对许多微生物来说是一个持续的挑战——因此，该团队关于博格可能被古菌用于甲烷处理的结论是仅基于序列数据。
华盛顿州西雅图系统生物学研究所的系统生物学家 Nitin Baliga 说：“他们做出了一个有趣的观察结果。”但他警告说，当研究人员像 Banfield 的团队那样筛选许多基因组片段并将它们拼接在一起时，可能会出错。他补充说，在培养的甲烷氧化古菌中发现博格对于使这一发现被认为是确凿的至关重要。
成本和收益
Banfield 和同事说，假设博格是真实存在的，那么维持如此庞大的 ECE 对于甲烷氧化古菌来说将是昂贵的，因此 DNA 结构必须提供一些好处。为了了解这可能是什么，研究人员分析了数百个博格基因的序列，并将它们与已知的基因进行了比较。
Banfield 说，博格似乎容纳了整个代谢过程所需的许多基因，包括消化甲烷。她将这些集合描述为“工具箱”，可能会增强甲烷氧化古菌的能力。
那么是什么使博格成为博格呢？除了它们惊人的尺寸外，博格还具有几个结构特征：它们是线性的，而不是像许多 ECE 那样是环状的；它们在链的两端都有镜像重复序列；并且它们在假定的基因内部和基因之间都有许多其他重复序列。
Baliga 说，单独来看，博格的这些特征可以与其他大型 ECE 中看到的特征重叠，例如某些嗜盐古菌中的元件，因此博格的新颖性在这个阶段仍然值得商榷。阿根廷图库曼微生物工业过程试验工厂的微生物学家 Julián Rafael Dib 说，博格也类似于在土壤栖息的放线菌中发现的巨型线性质粒。
Banfield 反驳说，虽然博格的个别特征以前也见过，“尺寸、组合和代谢基因负荷”才是使它们与众不同的地方。她推测它们曾经是完整的微生物，并且被甲烷氧化古菌同化，方式与真核细胞通过同化自由生活的细菌而获得产生能量的线粒体的方式非常相似。
曾在 Banfield 实验室工作的 Baker 说，既然科学家们知道要寻找什么，他们可能会通过筛选旧数据来找到更多的博格。他认为，自从预印本发布以来，他可能已经在自己的基因数据库中发现了一些候选者。
抵抗是徒劳的
Banfield 说，在分析博格基因组时，Banfield 和同事还看到了表明博格已经同化了来自不同来源的基因的特征，包括主要的甲烷氧化古菌染色体。这种“同化”基因的潜力促使她的儿子在 2020 年感恩节晚餐时提出了“博格”这个名字。
Banfield 的团队目前正在研究博格的功能及其 DNA 重复序列的作用。重复序列对微生物很重要：不同结构的重复序列 CRISPR 是来自病毒的遗传密码片段，微生物将其整合到自己的 DNA 中以“记住”病原体，以便它们将来能够防御病原体。
CRISPR 及其相关蛋白一直是生物技术的福音，因为它们已被改造为强大的基因编辑技术——暗示博格基因组也可能产生有用的工具。Banfield 说：“它可能像 CRISPR 一样重要和有趣，但我认为这将是一件新事物。”她正在与她的预印本合著者、加州大学 CRISPR 基因编辑技术的先驱 Jennifer Doudna 合作进行未来的研究。
研究人员看到的博格的一个潜在应用可能是帮助对抗气候变化。促进含有博格的微生物的生长可能可以减少土壤栖息古菌产生的甲烷排放，这些排放量全球每年总计约 10 亿吨。Banfield 说，在天然湿地这样做是有风险的，但在农业场所可能是合适的。因此，作为第一步，她的团队现在正在加利福尼亚州的水稻田中寻找博格。
本文经许可转载，最初于 2021 年 7 月 16 日首次发表。