Integroni: gēnu kasešu mobilie elementi un antibiotiku rezistence
Integroni: kā gēnu kasetes mobilizē antibiotiku rezistenci — plazmīdas un hromosomas, ātra horizontāla pārnese un ietekme uz mikrobu izturību un sabiedrības veselību.
Integroni ir īpašas ģenētiskas sistēmas, kas baktērijām nodrošina spēju ātri uztvert, sakārtot un izteikt jaunus gēnus. Tos bieži saista ar kustību starp DNS molekulām, jo tie parasti atrodas uz plazmīdās vai ir iekļuvuši hromosomās, un tādējādi var veicināt horizontālai gēnu pārnesei. Lai gan integroni bieži tiek minēti kopā ar transpozona elementiem un tiek atrasti kā daļa no mobils ģenētisks elements, tie paši par sevi nav klasiskie transpozoni — drīzāk tie ir ģenētiska platforma, kas baktērijām ļauj akumulēt funkcijas un ātri reaģēt uz vides spiedienu, piemēram, rezistence pret antibiotikām. Integroni galvenokārt aprakstīti baktērijās un, iespējams, pastāv arī citos mikroorganismos.
Integronu galvenā īpašība ir spēja uzņemt mazus mobilus elementus — gēnu kasetes. Transpozoni un citi gēnu kustības mehānismi var palīdzēt šīm platformām izplatīties, tomēr pats integrons darbojas caur specifisku rekombināciju starp integrona vietu un kasetes atpazīšanas vietu. Katru kaseti parasti veido viens atvērts lasāmā rāmja DNS fragments (vien kā enzīmu, kas kodē, piemēram, rezistenci pret konkrētu antibiotiku) un speciāla rekombinācijas vieta (attC vieta), kas ļauj tās integrāciju vai izgriešanu.
Struktūras būtiskākās daļas ir: integrona integrāzes gēns (parasti intI), integrona rekombinācijas vieta attI un promotors, kas nodrošina kasetēs esošo gēnu ekspresiju. Parasti integrona integrāze ir gēns, kas kodē enzīmu, kurš veic vietspecifisku rekombināciju — tā integrē jaunas kasetes uz attI vai izgriež esošās. Kasetes bieži vien nav aprīkotas ar savu promotora secību, tāpēc to gēnu ekspresija ir atkarīga no integrona promotora; rezultātā kasetes, kas atrodas tuvāk promoteram, tiek izteiktas spēcīgāk.
Integroni var pastāvēt kā "tukši" platformu elementi (bez kasetēm) vai saturēt garas kasetu rindas — tie var uzņemt kaseti, to izgriezt vai pārvietot, un tādējādi radīt mainīgas kombinācijas. Integroni tiek aprakstīti gan gadījumos, kad kasešu nav, gan tad, kad tās ir integrētas: tie ir dinamiskas sistēmas, kas sekmē ātru adaptāciju un var pārnest ne tikai rezistences pazīmes).
Klīniskajā kontekstā īpaši nozīmīgas ir tā sauktās 1. klases integroni, kas bieži satur gēnus, kas rada rezistenci pret dažādām antibiotiku grupām (piem., aminoglikozīdu modifikācijas gēni kā aadA, trimetoprima rezistences gēni dfr un citi). Tomēr eksistē arī citas klases (2., 3. klase) un plaši izplatītie "superintegroni" (piem., Vibrio sugās), kuros var būt simtiem kasešu — tie kalpo kā liela ģenētiskā rezerves bibliotēka mikroorganisma adaptācijai.
Molekulārais mehānisms: integrona integrāze atpazīst kasetes rekombinācijas vietu attC un integrona attI vietu, veicot vietspecifisku rekombināciju. Tā kā kasetes parasti nesatur promotoru, to ekspresija ir atkarīga no integrona promotora aktivitātes; pārvietojoties kasetēm uz saraksta sākumu, tiek mainīts to ekspresijas līmenis. Tā integroni ļauj bakterijām pārkārtot kasetes secību atbilstoši selekcijas spiedienam.
Integronu loma antibiotiku rezistences izplatībā ir būtiska: integroni paātrina jauniegūto rezistences gēnu kombinēšanos, un, ja integrons atrodas uz plazmīdās vai transpozonos, tie var pārvietoties starp baktērijām un sugu robežām, tādējādi izplatot rezistence pret antibiotikām plašāk. Šo iemeslu dēļ integroni ir svarīgs elements mikrobioloģiskajā uzraudzībā un infekciju kontrolē.
Detekcija un uzraudzība: integronus un to kasešu kopas var noteikt ar PCR (piem., intI gēna amplifikācija) un sekvencēšanu, kas ļauj kartēt kasešu saturu un izsekojamu to izplatību. Zināšanas par integronu struktūru palīdz izprast rezistences gēnu pārvietošanos un attīstīt profilakses stratēģijas.
Profilakse un kontrole: lai mazinātu integronu starpniecīto rezistences izplatību, nepieciešama atbildīga antibiotiku lietošana klīnikās un lauksaimniecībā, stingra infekciju profilakse slimnīcās, kā arī monitorings un mikrobioloģiskā izpēte. Ilgtermiņā jēgpilna antibiotiku politika un starpdisciplināra pieeja palēninās selekciju, kas mudina integronus un bakteriālās populācijas akumulēt rezistences gēnus.
Kopsavilkumā: integroni ir elastīgas ģenētiska sistēma, kas baktērijām ļauj ātri iegūt un regulēt gēnus — tostarp tos, kas nodrošina rezistence pret antibiotikām. Tie paši par sevi nav vienkārši transpozoni, taču, sadarbojoties ar transpozoniem un mobilajiem ģenētiskajiem elementiem, integroni kļūst par spēcīgu faktoru antibiotiku rezistences izplatībā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir integrons?
A: Integrons ir transpozona veids, kas ir mobils ģenētisks elements. Tas ir sastopams baktērijās un, iespējams, arī plašāk, un tas ir veids, kā rezistence pret antibiotikām var ātri pāriet tālāk.
J: Kur parasti sastopami integroni?
A: Integronus parasti atrod plazmīdēs un hromosomās.
J: Kāda bija pirmā atklātā integronu funkcija?
A: Pirmā integrroniem atklātā funkcija bija rezistence pret antibiotikām.
J: Kā gēnu kasetes darbojas ar integroniem?
A: Gēnu kasetēm parasti ir tikai viens gēns un ar tām saistīta īpaša rekombinācijas vieta. Tajās ir DNS, kas kodē rezistenci pret antibiotikām, kas kodē enzīmu, kurš sašķeļ (sagriež) antibiotikas molekulu. Integrona pirmajā daļā ir gēns, kas kodē enzīmu kasešu uztveršanai, bet otrajā daļā ir vieta genomā, kur tās var ievietot, kā arī promotors, kas veicina ar kasetēm saistīto gēnu ekspresiju.
J: Kas notiek, ja integronā nav kasešu?
A: Ja integronā nav kasešu, tas joprojām apraksta šādas struktūras pat tad, ja tās nav integrētas tajā.
J: Vai gēnu kasetes var izgriezt no integrona?
A: Jā, vajadzības gadījumā gēnu kasetes var izgriezt no integrona iekšienes.
J: Vai integronos ir iespējama horizontāla gēnu pārnese?
A Jā, horizontāla gēnu pārnese ir iespējama integronos, izmantojot integrētās gēnu kasetes.
Meklēt