Геномный остров ( GI ) — это часть генома , которая имеет доказательства горизонтального происхождения . [1] Этот термин обычно используется в микробиологии , особенно в отношении бактерий . GI может кодировать множество функций, может участвовать в симбиозе или патогенезе и может помогать адаптации организма. Существует множество подклассов GI, основанных на функции, которую они предоставляют. [2] Например, GI, связанный с патогенезом, часто называют островом патогенности (PAI), в то время как GI, которые содержат много генов устойчивости к антибиотикам, называются островами устойчивости к антибиотикам. Тот же GI может встречаться у отдаленно родственных видов в результате различных типов горизонтального переноса генов (трансформация, конъюгация, трансдукция). Это можно определить с помощью анализа состава оснований, а также оценок филогении .
Были разработаны различные программы предсказания геномных островов. Эти инструменты можно в целом сгруппировать в методы, основанные на последовательностях, и методы, основанные на сравнительной геномике /филогении.
Методы, основанные на последовательностях, зависят от естественного изменения, которое существует между составом последовательности генома разных видов. Геномные области, которые показывают аномальный состав последовательности (например, смещение нуклеотидов или смещение кодонов), предполагают, что эти области могли быть горизонтально перенесены. Две основные проблемы с этими методами заключаются в том, что ложные прогнозы могут возникать из-за естественного изменения в геноме (иногда из-за высокоэкспрессированных генов) и что горизонтально перенесенная ДНК будет улучшаться (изменяться в геноме хозяина) с течением времени; следовательно, ограничивая прогнозы только недавно приобретенными GI.
Методы, основанные на сравнительной геномике, пытаются идентифицировать регионы, которые показывают признаки того, что они были горизонтально перенесены, используя информацию от нескольких родственных видов. Например, геномный регион, который присутствует у одного вида, но отсутствует у нескольких других родственных видов, предполагает, что регион мог быть горизонтально перенесен. Альтернативные объяснения таковы: (i) регион присутствовал у общего предка, но был утрачен у всех других сравниваемых видов, или (ii) регион отсутствовал у общего предка, но был приобретен посредством мутации и отбора у вида, у которого он все еще встречается. Аргумент в пользу множественных делеций региона будет усилен, если есть доказательства от внешних групп, что регион присутствовал у общего предка, или если филогения подразумевает, что потребуется относительно немного фактических событий делеции. Аргумент в пользу приобретения через мутацию будет усилен, если известно, что вид с регионом существенно разошелся с другими видами, или если рассматриваемый регион небольшой. Правдоподобность (i) или (ii) была бы изменена, если бы выборка таксона исключила многие вымершие виды, которые могли обитать в данном регионе, и особенно если бы вымирание коррелировало с наличием данного региона.
Одним из примеров метода, который объединяет несколько наиболее точных методов прогнозирования GI, является IslandViewer. [3]
У бактерий многие системы секреции типа III и типа IV расположены на геномных островах. Эти «острова» характеризуются большим размером (>10 Кб ), частой ассоциацией с генами, кодирующими тРНК , и другим содержанием G+C по сравнению с остальной частью генома. Многие геномные острова фланкированы повторяющимися структурами и несут фрагменты других мобильных элементов, таких как фаги и плазмиды . Некоторые геномные острова, включая те, которые соседствуют с интегративными и конъюгативными элементами (ICE), могут спонтанно вырезать себя из хромосомы и могут быть переданы другим подходящим реципиентам. [4] В то время как вырезание зависит от присутствующего аппарата ICE, интеграция приписывается интегразам, присутствующим на геномных островах.