Диссертация (1145825), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Например, в геномах непатогенныхбактерий были обнаружены определенные факторы патогенности, ранеесчитавшиеся уникальными только для патогенов, такие как системы секреции IIIи VI типов [96]. Здесь важно подчеркнуть, что патогенность оппортунистическихбактерий опосредована мобильными генетическими элементами, такими какбактериофаги и плазмиды [79]. По-видимому, мобильные генетические элементытакже способствуют возникновению новых патогенных бактерий.191.2 Мобильные генетические элементыСовокупностьвсехпрокариотическихклетокбиосферыназываютГлобальным Микробиомом (Global Microbiome). Микробиом может содержать 4-6x 1030 клеток [129].
Микробный Пангеном (Pangenome), кодирующий фенотипыглобального микробиома, представляет собой набор генов всех геномов всехпрокариот биосферы [57]. Гены, локализованные на мобильных генетическихэлементах микробиома, составляют часть Пангенома, названного Мобиломом(Mobilome). Высокий уровень горизонтального переноса генов происходит междуорганизмами:1) с похожими типами;2) с похожим G+C составом;3) с занимающими одинаковые ниши в окружающей среде [57; 101; 123].В то время как эволюционные изменения и отличие G+C состава могутограничивать горизонтальный перенос генов, существуют механизмы дляпреодоления этих барьеров [42], посредством горизонтального переноса генымогут передаваться отдаленно родственным организмам [57]. Широкое и частобесконтрольное использование антибиотиков оказывает огромное влияние намобильныекомпонентыбактериальногоПангенома.Возможно,размерыМобилома, входящего в состав Пангенома, будут увеличиваться за счет всебольшей локализации генов на мобильных элементах [57].1.2.1 Виды мобильных генетических элементов и способы их передачиПрогресс эволюции определяется увеличением «фитнеса» организма.«Фитнес» рассматривается как совокупность свойств, которые увеличиваютвыживаемость,распространенностьи/илипередачуорганизмавнутриспецифической экологической ниши [65].
Мобильные генетические элементывносят свой вклад в эволюционные изменения, они могут увеличивать «фитнес»бактерии.20К мобильным генетическим элементам относятся:1) Плазмиды.2) Бактериофаги.3) Инсерционные последовательности.4) Транспозоны.5) Интегроны.Плазмиды – это внехромосомные генетические элементы, которые способнык независимой от хромосомы репликации и передаются от клетки к клетке приконтакте.Бактериофаги – это вирусы, которые либо приводят к гибели бактерий, либовстраиваются в их геном. Они могут участвовать в горизонтальном переносегенов бактерий.Инсерционные последовательности (IS-элементы) – короткие ДНК сегментыдлинойот800перераспределению.до2500н.п.,БольшинствокоторыеIS-элементовспособствуютсодержатгеномномутерминальныеинвертированные повторы от 10 до 40 н.п. Эти инвертированные повторы могутслужить субстратом для гомологичной рекомбинации.
Горизонтальный переносIS-элементов между видами осуществляется бактериофагами и плазмидами [59].Инсерционные элементы могут находиться на фланках более сложныхтранспозонов. Помимо инвертированных повторов транспозоны также содержатгены устойчивости к антибиотикам [12].Интегроны представляют собой большое семейство генетических элементов,которые способны захватывать генные кассеты. Широкое распространениеинтегронов в бактериальных хромосомах указывает на то, что они могут игратьопределенную роль в распределении информации между бактериями в одной итой же экологической нише [67].Перенос генетической информации может быть осуществлен следующимиспособами:1) Трансформация.2) Конъюгация.213) Трансдукция.В процессе трансформации из окружающей среды в клетку попадаютмолекулы ДНК и встраиваются в геном.
В результате клетка приобретает новыесвойства.При конъюгации осуществляется перенос молекул ДНК из однойклетки в другую с помощью конъюгационного канала. F-плазмиды могутпередавать, например, гены устойчивости к антибиотикам. Во время трансдукциигенетическая информация попадает в клетку с частицей бактериофага [11].Конъюгативный транспорт генов может быть осуществлен с помощьюсистемы секреции IV типа. Она является переносчиком ДНК и/или белка черезклеточную стенку [21; 50; 108; 125].Система секреции IV типа разделена на несколько подгрупп IVA, IVB и IVC.Ранее система секреции IV типа была описана только у грамотрицательныхмикроорганизмов, однако недавно была обнаружена и у грамположительных [58;130]. Система секреции IV типа была обнаружена на острове патогенностиStreptococcus suis.
Ее обозначили как систему секреции IVC типа. Системасекреции IVC типа состоит из четырех компонентов VirB1, VirB4, VirB6, VirD4.VirB1 представляет собой трансгликозилазу, которая деградирует пептидогликанснаружи мембраны бактерии и может уменьшить сопротивление секрециисубстрата. Компоненты VirB4 и VirD4 являются АТФазами, необходимыми дляснабжения энергией процессов транслокации субстратов и сборки аппарата. VirB6вносит вклад в сборку секретируемого канала через клеточную мембрану(рисунок 1).
Система секреции IVC типа может увеличивать патогенностьбактерий и участвовать во введении бактериальных белков в клетки хозяина [58;130].22Рисунок 1 – Система секреции IVC типа [58]В отсутствие селективного давления бактерии склонны к элиминации генов,приобретенных в процессе горизонтального переноса. Для того чтобы избежатьэтого,мобильныегенетическиеэлементысодержатсистемы,которыеспособствуют их стабильному существованию в микробной популяции, - системытоксин-антитоксин [91]. Другой функцией системы токсин-антитоксин являетсяпрограммируемая гибель клеток в условиях голодания или других стрессов [7].Различные стрессы инактивируют антитоксин, что приводит к гибели пораженнойклетки [39].Системы токсин-антитоксин (системы ТА) делят на типы на основанииингибиторного эффекта антитоксина:1) Тип I – антитоксин представляет собой РНК, которая связывается с мРНКтоксина.2) Тип II – антитоксин представляет собой белок, который, связываясьнепосредственно с токсином, нейтрализует его.3) Тип III – антитоксин представляет собой РНК, которая взаимодействует сбелком токсина.4) Тип IV – антитоксин представляет собой белок, который препятствуетсвязыванию токсина с его мишенью (а не прямое связывание с токсином).5) Тип V – антитоксин представляет собой белок, который разрезает мРНКтоксина [89].23Самой распространенной системой стабилизации мобильных генетическихэлементов является система токсин-антитоксин II типа [91].
К системе токсинантитоксин II типа относится система epsilon/zeta.Системы ТА кодируются как плазмидными, так и хромосомными генами.Теоретически, гены системы, локализованные на хромосомах, могут обладатьдостаточной гомологией с генами системы, расположенными на плазмидах. Припотере плазмиды, бактерия погибнет в связи с тем, что токсин более стабилен,чем антитоксин. Антитоксин системы ТА, кодируемый хромосомой, позволитклетке выжить, несмотря на потерю плазмиды, т.е.
будет действовать как «antiaddiction» модуль [127].Политературнымданным,zetaтоксинпревращаетнеобходимыйстроительный материал клеточной стенки (УДФ-N-ацетилглюкозамин) в форму(УДФ-N-ацетилглюкозамин-3-фосфат),котораяпрепятствуетобразованиюнормальной клеточной стенки, вызывая искривление бактериальной формы, чтоделает бактерию уязвимой к гидростатическому давлению. Zeta токсиныявляются ферментами, которые отравляют бактерии путем ингибиции синтезапептидогликана. По мнению ряда авторов, это свойство токсинов может бытьиспользовано при создании новых антибиотиков [18].Существует еще одна система, которая функционирует подобно системе ТА.Она называется системой абортивной инфекции.
Данная система обеспечиваетзащиту популяции бактерий от бактериофагов, способствуя «альтруистическомусамоубийству» инфицированной бактерии [120].1.2.2 Мобильные генетические элементы стрептококков группы ВК мобильным генетическим элементам СГВ относят генетические структуры,способные или реплицироваться автономно от хромосомы, или перемещаться погеному, или передаваться другим микроорганизмам. У стрептококков группы Вбыла обнаружена плазмида pIP501, которая посредством конъюгации можетпередаваться очень широкому кругу микроорганизмов, включая Streptomyces и E.24coli [60; 78; 125].
Гены области tra, локализованные на плазмиде pIP501, имеютсходства с генами системы секреции IV типа грамотрицательных организмов, аименно TraE - VirB4, TraG - VirB1 и TraJ - VirD4 и необходимы длягоризонтального переноса плазмиды [121; 125]. Авторы предполагают, что TraG(VirB1) локально открывает пептидогликан, обеспечивая вставку системысекреции IV типа в клеточную стенку грамположительных бактерий [125]. Наплазмиде pIP501 может быть локализована система секреции IVC типа, так какфункции генов области tra напоминают функции компонентов этой системы.В полностью просеквенированных геномах 8 штаммов Streptococcusagalactiae были обнаружены 35 интегративных конъюгативных элементов,локализованных в 15 различных локусах [77].Гены scpB и lmb находятся на сложном транспозоне [47; 69].Вероятно,данный генетический элемент мог быть приобретен от Streptococcus pyogenesпутем горизонтального переноса генов.
Отсутствие гена scpB в штаммах,выделенных от коров, указывает на то, что ни одна из способностей С5апептидазы не является существенной для колонизации или инфицирования тканейкрупного рогатого скота [45; 81].В геноме СГВ после гена scpB может быть локализован IS-элемент IS1548или интрон II группы. Не обнаружено изолятов СГВ, в которых присутствовалибы оба элемента вместе.
Авторы предполагают, что эти элементы находятся вразличных филогенетических линиях СГВ [59]. Существует 3 варианта геномнойорганизации данного участка:1) Между генами scpB и lmb локализован интрон II группы – GBSi1;2) Между генами scpB и lmb – IS-элемент IS1548;3) Между генами scpB и lmb – отсутствуют оба элемента [59].В геноме штамма 2603V/R обнаружен предполагаемый конъюгативныйтранспозон, который локализован на участке SAG1247-SAG1299 и несет геныэффлюкса кадмия и резистентности к ртути [33].Кмобильнымгенетическимэлементамтакжеотносятсяпатогенности, кодирующие различные факторы патогенности.острова251.3 Острова патогенности1.3.1 Общая характеристика островов патогенностиПатогенные организмы часто отличаются от непатогенных родственныхвидов наличием островов патогенности [44].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
