Диссертация (1145825), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Остров патогенности – это участокгенома, который был приобретен в результате горизонтального переноса генов икодирует различные факторы патогенности [85]. К факторам патогенностиобычно относят: токсины, адгезины, инвазины, системы секреции и другие [44].Мобильные генетические элементы могут быть отнесены к островампатогенности, если они обладают следующими признаками [66]:1) Наличием генов патогенности.2) Присутствием в патогенных штаммах и отсутствием в менее патогенных тогоже или близкородственных видов.3) Отличием G+C состава по сравнению с G+C составом хромосомы бактерии.4) Большими размерами хромосомных областей от 10 до 200 т.н.п. (часто больше30 т.н.п.).5) Фланкированием прямыми или инвертированными повторами.6) Ассоциированностью с генами тРНК на границе.
Локусы тРНК могутпредставлять мишени для хромосомной интеграции этих элементов.7) Наличием IS элементов, интеграз, транспозаз, ориджинов репликации плазмид.Острова патогенности разделяют на острова и островки в зависимости отразмеров. Размер островов патогенности составляет от 10-20 до 200 т.н.п., аостровков – от 1 до 10 т.н.п. [5; 15].Помимо островов патогенности в научной литературе встречается термин«геномные острова». На геномных островах локализованы гены, которые могутпригодиться бактерии при определенных условиях окружающей среды. Геномныеострова могут облегчать колонизацию экологической ниши, но, при измененииокружающей среды, те же самые острова могут проявлять себя как истинныеострова патогенности, способствуя развитию инфекционного процесса [44].26По мнению Hacker J., геномные острова, которые увеличивают адаптивныевозможности микроорганизмов, могут называться FI островами (островами,улучшающими «фитнес») [65].
FI острова делят на различные типы в зависимостиот образа жизни бактерий (его ниши). FI острова, которые помогаютмикроорганизмам выживать в окружающей среде или существовать каксапрофиты в хозяине, рассматриваются как экологические острова и сапрофитныеострова соответственно (рисунок 2). Симбиотические острова – тип FI, которыеспособствуют позитивному взаимодействию с хозяином [65]. По мнению другихавторов, в зависимости от состава геномные острова делят на островаметаболизма и острова лекарственной устойчивости.
Горизонтальный переносгенов, происходящий за счет геномных островов, играет важную роль в эволюциибактерий [56].В штамме Streptococcus suis серотипа 2 обнаружили новый геномный островразмером 105 т.п.н., включающий в себя бактериоцин низин и систему ТА,которые вносят вклад в бактериальную адаптацию и вирулентность другихпатогенных бактерий [31].Рисунок 2 – Типы геномных островов у бактерий [65]В литературе используется еще и другой термин – хромосомные острова.Хромосомные острова – это дискретные сегменты, приобретенные путем27горизонтального переноса генов, обычно фланкированные прямыми повторами ине имеющие жизненно-важных генов [93].
В штамме SF370 Streptococcus pyogenesбыл обнаружен хромосомный остров, подобный профагу. К этой группе острововтакже относится остров патогенности Staphylococcus aureus (SaPI) [99; 114].Резюмируя опубликованные литературные данные, касающиеся острововпатогенности можно прийти к заключению, что такие термины, как геномныеострова, хромосомные острова, FI острова и сами острова патогенности, являютсяразными определениями одного и того же мобильного генетического элемента.Если изучаемый остров содержит гены патогенности, то более правильноназывать его островом патогенности, если нет, то более оправдано использоватьдругие термины, конкретизирующие его функцию.Hacker и коллеги показали, что острова патогенности в ряде случаев несопряжены с патогенностью, при возникновении в них делеции, приводящей кформированию непатогенного фенотипа.делецииявляютсягенетическимАвторы предположили, что такиемеханизмоммодуляциибактериальнойвирулентности [40].Острова патогенности обнаружены как у грамотрицательных, так и уграмположительных бактерий.
У грамотрицательных бактерий данные мобильныегенетическиеэлементыприсутствуютвгеномеуропатогенныхиэнтеропатогенных штаммов E. coli, штаммов Yersinia pestis, Salmonellatyphimurium, Helicobacter pylori, Pseudomonas aeruginosa, Shigella spp, Vibriocholera, Neisseria meningitides и N. gonorrhoeae [66; 111]. Острова патогенностиобнаружены у следующих грамположительных бактерий: Clostridium difficile,Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Streptococcuspyogenes, S. agalactiae, S.
pneumonia [66; 111].Усальмонеллобнаруженыдваостровапатогенности,накоторыхлокализованы две системы секреции III типа: SPI-1 и SPI-2. Остров патогенностиSPI-1 принимает участие в инвазии, а SPI-2 – ассоциирован с выживаниембактерий внутри фагоцитирующих клеток [8].28У вирулентных штаммов Helicobacter pylori в геноме часто обнаруживаетсяостров патогенности cag (цитотоксин-ассоциированные гены).
cag PAI размером40 т.п.н. несет 32 гена, фланкированных прямыми повторами. На нем такжелокализованы гены системы секреции IV типа и целый набор генов токсинов [22].У Streptococcus suis обнаружен 89К PAI, наличие которого у штаммовассоциировалось с двумя вспышками синдрома токсического шока в Китае в 1998и 2005 годах. Размер 89К PAI составляет 89 т.п.н. В составе островаидентифицированы гены zeta токсина, 3 АВС транспортера, 2 двухкомпонентныесигнальные системы трансдукции, 3 различных компонентов системы секрецииIV типа, прямые повторы (attL, attR) (рисунок 3). Остров прилегает к 3’ концу 50Sрибосомногогена,которыйявляетсягеном«домашнегохозяйства»микроорганизма.
Ген рибосомного белка 50S имеет гомологию с геном тРНК наострове грамотрицательных бактерий [17].Рисунок 3 – Организация 89K PAI у Streptococcus suis и потенциальный механизмего встраивания в геном [58]Интеграза, локализованная на PAI 89K, участвует в процессе вырезаниягенетического элемента из хромосомы с помощью специального фермента, приэтом образуется циклическая форма [58]. Передача инициируется релаксазой,которая распознает специфическую последовательность (oriT).
Образуя «ник»,фермент индуцирует репликацию по типу катящегося кольца. Связывающийбелок взаимодействует с релаксазой, которая ковалентно связывается с 5’ концом29одноцепочечноймолекулыДНКипроводиткомплексбелок-ДНКпоконъюгационному каналу, образованному системой секреции IVC типа [36].На этом же острове патогенности обнаружен ген, кодирующий гемолизинподобный белок. Он играет важную роль в экспрессии секретируемого бактериейгемолизина [73].В штамме Sz35246 Streptococcus eque ssp.
zooepidemicus обнаружено четыреострова патогенности. Три острова содержат ТА системы, а четвертый – системурестрикции-модификации.Данныеострова,помнениюавторов,могутспособствовать адаптации штаммов к стрессовым условиям и защите отчужеродной ДНК [76].Гены, локализованные на островах патогенности, часто рассматриваются какмолекулярные маркеры для выявления бактериальных штаммов с высокойвирулентностью [98; 102]. Это лишний раз доказывает, что острова патогенностииграют важную роль в патогенезе инфекционных заболеваний бактериальнойприроды [28].1.3.2 Острова патогенности стрептококков группы ВАнализ известных геномных последовательностей штаммов СГВ позволилвыявитьнесколькоострововпатогенностипрактическиувсехпросеквенированных штаммов.
Например, в геноме штамма СГВ V серотипаидентифицировано 15 островов, а в геноме штамма III серотипа – 14 [33; 49; 54].Другие авторы полагают, что не все из 14 островов удовлетворяют критериямистинных островов патогенности. По мнению Herbert и соавторов только 4острова (I, VI, X и XII) из 14 предполагаемых могут соответствовать критериямистинных островов. В литературе не обнаружено ассоциации между наличиемостровов и штаммами, вызывающими те или иные заболевания. Возможно,существует корреляция между наличием острова X и сепсисом новорожденных сранним началом, а также между островом VI и сепсисом новорожденных споздним началом [51].30Ген gbs1073/sag1038 острова IX ассоциируют с инвазивными неонатальнымиштаммами из Нидерландов, а гены gbs1313/sag1246 (scpB) острова XII иgbs1987/sag2029 острова XIII – с колонизирующими штаммами из Нидерланд[48].Анализ острова патогенности XII показал, что на нем локализованы гены:транспозазы, ДНК полимеразы, экзонуклеазы, интегразы, релаксазы, геликазы,scpB, lmb, гены оперона, необходимого для ферментирования лактозы [54].Herbert и соавторы сравнили остров патогенности XII у штаммов NEM316 и2603V/R и выявили, что существуют отличия на 5’ конце острова, тогда как 3’конец острова, содержащий гены scpB и lmb, консервативен.
Авторы определилиналичие генов sag1246 (gbs1313) и sag1233 (gbs1306) у 39 штаммов СГВ. Генsag1233 (gbs1306) был обнаружен у всех штаммов, а ген sag1246 (gbs1313)отсутствовал у 5 из 39 штаммов. На 5’ конце острова локализованы гены sspB1 иsspB1a в штаммах NEM316 и 2603V/R соответственно.
По мнению авторов,остров патогенности XII имеет мозаичную структуру [51]. Часть генов островапатогенности XII штамма 2603V/R имеют высокую степень гомологии с генамиострова патогенности 89К Streptococcus suis [17]. По другим литературнымданным, гены scpB и lmb находятся на сложном транспозоне (см. главу 1.2.2) [47;69].Brochet с соавторами полагают, что гены, локализованные между геномgbs1314 и геном gbs1374, кодирующим рибосомный белок, входят в составинтегративного конъюгативного элемента, фланкированного повторами [77].В результате полногеномного секвенирования штаммов СГВ был обнаруженряд генов, локализованных только в геноме определенного штамма.
Например,137 генов присутствовали только в геноме штамма NEM316, 61 ген – в штаммеH36B, 47 генов – в штамме 2603V/R, 35 генов – в штамме COH1, 31 ген – вштамме 515, 20 генов – в штамме CjB111, 14 генов – в штамме A909, 13 генов – вштамме 18RS21. Многие штаммо-специфические гены локализованы на геномныхостровах, которые не имеют классических черт островов патогенности, нофланкированы инсерционными элементами и характеризуются атипичнымнуклеотидным составом [52].31В штамме 09mas018883 СГВ локализованы 7 предсказанных геномныхостровов [53].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
