Острова патогенности ( PAI ), как они были названы в 1990 г., представляют собой отдельный класс геномных островов, приобретенных микроорганизмами посредством горизонтального переноса генов . [1] [2] Острова патогенности обнаружены как у животных, так и у патогенов растений. [2] Кроме того, PAI обнаружены как у грамположительных, так и у грамотрицательных бактерий . [2] Они передаются посредством горизонтального переноса генов, такого как перенос плазмидой , фагом или конъюгативным транспозоном . [3] Следовательно, PAI способствуют развитию микроорганизмов.
Один вид бактерий может иметь более одного PAI. Например, у сальмонеллы их минимум пять.
Аналогичная геномная структура ризобий называется островом симбиоза .
Характеристики
Островки патогенности (PAI) представляют собой кластеры генов , хромосомно или внехромосомно включенные в геном патогенных организмов, но обычно отсутствуют у непатогенных организмов того же или близкородственного вида. [2] [4] [5] Они могут быть расположены на бактериальной хромосоме, могут быть перенесены в плазмиду или могут быть обнаружены в геномах бактериофагов. [2] GC-содержание и кодон использование патогенности островов часто отличается от варианта остальной части генома , потенциально способствуя их обнаружения в пределах данной последовательности ДНК, если донор и получатель PAI не имеют аналогичные GC-содержание [2 ]
PAI представляют собой дискретные генетические единицы, фланкированные прямыми повторами, последовательностями вставки или генами тРНК, которые действуют как сайты для рекомбинации в ДНК. Могут также присутствовать гены скрытой мобильности, что указывает на их происхождение как на трансдукцию. [3] PAI фланкированы прямыми повторами; последовательность оснований на двух концах вставленной последовательности одинакова. Они несут функциональные гены, такие как интегразы , транспозазы , фагоцитоз, или часть последовательностей вставки , чтобы обеспечить возможность вставки в ДНК хозяина. [2] PAI часто связаны с генами тРНК , которые являются мишенями для этого события интеграции. [2] Их можно переносить как единое целое в новые бактериальные клетки, тем самым придавая вирулентность ранее доброкачественным штаммам. [4]
PAI, тип мобильного генетического элемента , может варьироваться от 10 до 200 т.п.н. и кодировать гены, которые вносят вклад в вирулентность соответствующего патогена. [2] Острова патогенности несут гены, кодирующие один или несколько факторов вирулентности, включая, помимо прочего , адгезины , системы секреции (например, систему секреции типа III ), токсины , инвазины , модуляны , эффекторы , суперантигены , системы захвата железа, о-антиген. синтез, сывороточная резистентность, протеазы иммуноглобулина А , апоптоз , синтез капсул и онкогенез растений через A. tumefaciens . [2]
Существуют различные комбинации регуляции с участием островов патогенности. Первая комбинация состоит в том, что остров патогенности содержит гены, регулирующие гены вирулентности, кодируемые PAI. [2] Вторая комбинация состоит в том, что остров патогенности содержит гены, регулирующие гены, расположенные за пределами острова патогенности. [2] Кроме того, регуляторные гены вне PAI могут регулировать гены вирулентности на острове патогенности. [2] Гены регуляции, обычно кодируемые на PAI, включают AraC-подобные белки и двухкомпонентные регуляторы ответа. [2]
PAI можно рассматривать как нестабильные участки ДНК, поскольку они подвержены делециям или мобилизации. [2] Это может быть связано со структурой PAI с прямыми повторами, последовательностями вставки и ассоциацией с тРНК, которая делает возможной делецию и мобилизацию на более высоких частотах. [3] Кроме того, делеции островков патогенности, встроенные в геном, могут привести к нарушению тРНК и впоследствии повлиять на метаболизм клетки. [4]
Примеры
- Р фимбрия остров содержит вирулентности факторов , такие как гемолизин, пили, цитотоксический фактор necrosing и уропатогенный специфический белок (USP). [6]
- Yersinia pestis, остров высокой патогенности I, имеет гены, регулирующие поглощение и хранение железа.
- Сайты Salmonella SP1 и SP2. [4]
- Остров патогенности плазмиды вирулентности Rhodococcus equi кодирует факторы вирулентности для пролиферации в макрофагах.
- SAPI семейство стафилококк патогенности островов, мобильных генетических элементов, кодируют суперантигенов , в том числе гена синдрома токсического шока токсина, и высвобождаться на высоких частотах специфическими бактериофагами . [7]
- Фаг, кодирующий токсин холеры Vibrio cholerae , токсин дифтерии Corynebacterium diphtheriae , нейротоксины Clostridium botulinum и цитотоксин синегнойной палочки . [3]
- H. pylori имеет два штамма, один из которых более вирулентен, чем другой, из-за наличия островапатогенности Cag . [3]
Рекомендации
- ^ Хакер, J; Бендер, Л; Отт, М; Вингендер, Дж; Лунд, Б; и другие. (1990). «Делеции хромосомных участков, кодирующих фимбрии и гемолизины, происходят in vivo и in vitro в различных внекишечных изолятах Escherichia coli». Microb. Патог . 8 (3): 213–25. DOI : 10.1016 / 0882-4010 (90) 90048-U . PMID 1974320 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о Хакер, Дж; Капер, Дж. Б. (2000). «Острова патогенности и эволюция микробов» . Annu Rev Microbiol . 54 : 641–679. DOI : 10.1146 / annurev.micro.54.1.641 . PMID 11018140 . S2CID 1945976 .
- ^ а б в г д Хакер, Дж .; Blum-Oehler, G .; Muhldorfer, I .; Чапе, Х. (1997). «Островки патогенности вирулентных бактерий: структура, функции и влияние на микробную эволюцию» . Молекулярная микробиология . 23 (6): 1089–1097. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.1997.3101672.x . PMID 9106201 . S2CID 27524815 .
- ^ а б в г Гройсман Э (1996). «Острова патогенности: эволюция бактерий в квантовых скачках». Cell . 87 (5): 791–794. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 81985-6 . PMID 8945505 . S2CID 173554 .
- ^ Kaper JB, Hacker J, ред. 1999. Острова патогенности и другие элементы мобильной вирулентности. Вашингтон, округ Колумбия: Am. Soc. Microbiol. 1-11.
- ^ Накано М. и др. 2001 Структурное и последовательное разнообразие острова патогенности уропатогенной Escherichia coli, кодирующей белок USP.
- ^ Линдси, Дж. А; Рузин А; Росс, ВЧ; Курепина, Н; Новик, Р.П. (июль 1998 г.). «Ген токсина шока переносится семейством мобильных островков патогенности у Staphylococcus aureus» . Молекулярная микробиология . 29 (2): 527–43. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.1998.00947.x . PMID 9720870 . S2CID 30680160 .
Внешние ссылки
- BAC определение патогенности