stringtranslate.com

Генная кассета

В биологии генная кассета — это тип мобильного генетического элемента , который содержит ген и сайт рекомбинации . Каждая кассета обычно содержит один ген и, как правило, очень мала; порядка 500–1000 пар оснований . Они могут существовать включенными в интегрон или свободно в виде кольцевой ДНК. [1] Генные кассеты могут перемещаться внутри генома организма или переноситься в другой организм в окружающей среде посредством горизонтального переноса генов . Эти кассеты часто несут гены устойчивости к антибиотикам . Примером может служить кассета kanMX , которая придает бактериям устойчивость к канамицину ( антибиотику ) .

Интегроны

Интегроны — это генетические структуры бактерий , которые экспрессируют и способны приобретать и обмениваться генными кассетами. Интегрон состоит из промотора , сайта прикрепления и гена интегразы , который кодирует сайт-специфическую рекомбиназу [2] Описано три класса интегронов. [1] Мобильные единицы, которые вставляются в интегроны, являются генными кассетами. [2] Для кассет, которые несут один ген без промотора, вся серия кассет транскрибируется с соседнего промотора внутри интегрона. [3] Предполагается, что генные кассеты вставляются и вырезаются через кольцевой промежуточный продукт. [4] Это будет включать рекомбинацию между короткими последовательностями, обнаруженными на их концах и известными как 59-основные элементы (59-be), которые могут быть не длиной 59 оснований. 59-be представляют собой разнообразное семейство последовательностей, которые функционируют как сайты распознавания для сайт-специфической интегразы (фермента, ответственного за интеграцию генной кассеты в интегрон), которые располагаются ниже последовательности, кодирующей ген. [5]

Разнообразие и распространенность

Способность генетических элементов, таких как генные кассеты, вырезать и вставлять в геномы приводит к появлению очень похожих участков генов в отдаленно родственных организмах. Три класса интегронов схожи по структуре и идентифицируются по тому, где происходят вставки и с какими системами они совпадают. Интегроны класса 1 наблюдаются в разнообразной группе бактериальных геномов и, вероятно, все происходят от одного общего предка. Распространенность интегрона сформировала эволюцию бактерий, позволяя быстро переносить гены, которые являются новыми для организма, такие как гены устойчивости к антибиотикам. [6]

Генная инженерия

В генной инженерии генная кассета представляет собой манипулируемый фрагмент ДНК, несущий и способный экспрессировать один или несколько интересующих генов между одним или несколькими наборами сайтов рестрикции . Его можно переносить из одной последовательности ДНК (обычно на векторе ) в другую, «вырезая» фрагмент с помощью рестриктаз и «вставляя» его обратно в новый контекст. Векторы, содержащие интересующий ген, обычно также несут ген устойчивости к антибиотикам, называемый селективным маркером, для легкой идентификации клеток, которые успешно интегрировали вектор в свой геном.

Чтобы ввести вектор в целевую клетку, необходимо вывести состояние компетентности клетки. Это состояние индуцируется в лаборатории путем инкубации клеток с хлоридом кальция перед кратковременным тепловым шоком или путем электропорации . Это делает клетки более восприимчивыми к вставляемой плазмиде. После добавления плазмиды клетки выращивают в присутствии антибиотика для подтверждения поглощения и экспрессии новых генетических элементов.

Использование систем CRISPR/Cas9 показало успешность встраивания генов в геномы эукариот. [7] Хотя модификация CRISPR все еще находится в зачаточном состоянии, имеются существенные доказательства ее использования в сочетании с другими методами для создания высокопроизводительных (HTP) систем редактирования генома. [8] Генетическая инженерия бактерий для производства различных промышленных продуктов, включая биотопливо и специальные химикаты/нутрицевтики, является основной областью исследований. [9]

Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — это перенос генетических элементов между клетками, отличный от родительского наследования. ГПГ отвечает за большую часть распространения устойчивости к антибиотикам среди бактерий. [10] Генные кассеты, содержащие гены устойчивости к антибиотикам или другие факторы вирулентности, такие как экзотоксины, могут передаваться от клетки к клетке через фаг, трансдукцию , забираться из окружающей среды, трансформацию , [11] или путем бактериальной конъюгации. [12] Способность переносить генные кассеты между организмами сыграла большую роль в эволюции прокариот. Многие комменсальные организмы, такие как E. coli , регулярно несут одну или несколько генных кассет, которые передают устойчивость к антибиотикам. [13] Горизонтальный перенос генетических элементов от непатогенных комменсалов к неродственным видам приводит к появлению высоковирулентных патогенов, которые могут нести несколько генов устойчивости к антибиотикам. Растущая распространенность устойчивости создает сложные вопросы для исследователей и врачей.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Hall, RM; Collis, CM (1995). «Мобильные генные кассеты и интегроны: захват и распространение генов с помощью сайт-специфической рекомбинации». Молекулярная микробиология . 15 (4): 593–600. doi : 10.1111/j.1365-2958.1995.tb02368.x . PMID  7783631.
  2. ^ ab Rapa RA, Labbate M (2013). "Функция интегрон-ассоциированных генных кассет у видов Vibrio: вершина айсберга". Frontiers in Microbiology . 4 : 385. doi : 10.3389/fmicb.2013.00385 . PMC 3856429. PMID  24367362 . 
  3. ^ Коллис, CM; Холл, RM (1995-01-01). «Экспрессия генов устойчивости к антибиотикам в интегрированных кассетах интегронов». Антимикробные агенты и химиотерапия . 39 (1): 155–162. doi :10.1128/aac.39.1.155. ISSN  0066-4804. PMC 162502. PMID  7695299 . 
  4. ^ Коллис, Кристина М.; Холл, Рут М. (1992-10-01). «Генные кассеты из области вставки интегронов вырезаются как ковалентно замкнутые круги». Молекулярная микробиология . 6 (19): 2875–2885. doi :10.1111/j.1365-2958.1992.tb01467.x. ISSN  1365-2958. PMID  1331702. S2CID  24986780.
  5. ^ Холл, Р. М.; Брукс, Д. Э.; Стокс, Х. В. (1991-08-01). «Сайт-специфическая вставка генов в интегроны: роль 59-основного элемента и определение точки рекомбинационного кроссинговера». Молекулярная микробиология . 5 (8): 1941–1959. doi :10.1111/j.1365-2958.1991.tb00817.x. ISSN  0950-382X. PMID  1662753. S2CID  23447071.
  6. ^ Джиллингс, Майкл (январь 2017 г.). «Интегроны класса 1 как инвазивные виды». Current Opinion in Microbiology . 38 : 10–15. doi : 10.1016/j.mib.2017.03.002. PMID  28414952.
  7. ^ Институт Броуда
  8. ^ Аида, Томоми; Накаде, Шота; Сакума, Тецуши; Идзу, Яёи; Оиси, Аю; Мочида, Кейджи; Исикубо, Харуми; Усами, Такако; Айзава, Хиденори (01 января 2016 г.). «Включение генной кассеты в клетках и зиготах млекопитающих с помощью усиленного MMEJ». БМК Геномика . 17 (1): 979. doi : 10.1186/s12864-016-3331-9 . ISSN  1471-2164. ПМК 5126809 . ПМИД  27894274. 
  9. ^ Чакраборти, Дебкумар; Гупта, Гаганджот; Каур, Балджиндер (2016-12-01). «Метаболическая инженерия E. coli top 10 для производства ванилина через катаболический путь FA и оптимизация биопроцессов с использованием RSM». Экспрессия и очистка белка . 128 : 123–133. doi :10.1016/j.pep.2016.08.015. PMID  27591788.
  10. ^ Gyles, C.; Boerlin, P. (2014-03-01). «Горизонтально перенесенные генетические элементы и их роль в патогенезе бактериальных заболеваний». Veterinary Pathology . 51 (2): 328–340. doi : 10.1177/0300985813511131 . ISSN  1544-2217. PMID  24318976. S2CID  206510894.
  11. ^ Домингес, Сара; Хармс, Клаус; Фрике, В. Флориан; Джонсен, Пол Дж.; Сильва, Габриэла Дж. да; Нильсен, Кааре Магне (2012-08-02). «Естественная трансформация облегчает передачу транспозонов, интегронов и генных кассет между бактериальными видами». PLOS Pathogens . 8 (8): e1002837. doi : 10.1371/journal.ppat.1002837 . ISSN  1553-7374. PMC 3410848. PMID 22876180  . 
  12. ^ Sun, J (1 августа 2010 г.). «Оригинальная статья: Характеристика двух новых генных кассет, Dfra27 и Aada16, в изоляте Vibrio Cholerae Non-O1, Non-O139 из Китая». Клиническая микробиология и инфекция . 16 (8): 1125–1129. doi : 10.1111/j.1469-0691.2009.03060.x . PMID  19906273.
  13. ^ Kheiri, Roohollah; Akhtari, Leili (2016-01-01). "Устойчивость к противомикробным препаратам и массивы генных кассет интегронов у комменсальных Escherichia coli из человеческих и животных источников в IRI". Gut Pathogens . 8 (1): 40. doi : 10.1186/s13099-016-0123-3 . ISSN  1757-4749. PMC 5006490 . PMID  27582900. 

Внешние ссылки