Интегрони: генетични елементи и предаване на антибиотична резистентност
Интегронът е вид транспозон — подвижен генетичен елемент. Това е двукомпонентна генетична система, която се среща при бактериите, а може би и в по-широк мащаб. Интегроните представляват едно от основните обяснения защо резистентността към антибиотици се разпространява толкова бързо сред бактериалните популации: те събират и подреждат отделни гени за резистентност и други функции и често са част от плазмидите или хромозомите, които лесно се пренасят между клетки. Въпреки че първоначално са описани поради ролята си в разпространението на функции е антибиотици, интегроните могат да пренасят и други бактериални белези), които дават адаптивно предимство.
Структура и основни компоненти
Интегронът има няколко характерни части, които работят заедно:
- Интеграза (intI) — ензим, кодиращ се от интегрона, който улавя и вгражда генните касети посредством сайт-специфична рекомбинация. (Описанието на този ензим е свързано с ензим, споменат по-горе.)
- Място за вмъкване (attI) — специфично място в генома, където се интегрират касетите.
- Промотор (Pc) — участък пред касетите, който стимулира експресията на гените в касетите; неговата сила и разположение определят колко силно и в какъв ред се изразяват включените гени.
- Генни касети — малки подвижни единици, обикновено съдържащи един ген и характерен сайт за рекомбинация (attC). Касетите често носят гени за резистентност.
Как работят интегроните
Транспозоните и интегроните действат като „молекулярни складове“ за гени: транспозоните са елементите за улавяне и експресия на малките подвижни елементи, известни като генни касети, на мястото им и ги карат да работят. Обикновено всяка касета има само един ген и специфично място за рекомбинация. Касетите често носят ДНК, кодираща ензими, които неутрализират или разграждат антибиотика — например β-лактамази, модифициращи аминогликозиди ензими или друг тип модификатори на лекарствената молекула. По същество интегразата разпознава сайтът attC на касетата и attI в интегрона и осъществява вграждане или изрязване чрез рекомбинация; след това промоторът Pc штурмува изразяването на вградените гени.
„Интегрон“ описва такава структура както когато няма касети, така и когато има интегрирани касети. Касетите могат да бъдат вмъкнати на мястото, могат да бъдат изрязани и могат да бъдат подложени на хоризонтален трансфер на гени, особено ако интегронът е вграден в мобилен носител (например плазмид или транспозон).
Клинично и еволюционно значение
Интегроните сами по себе си често не са „подвижни“ в смисъла на цялостно преместване между клетки, но когато са част от по-големи мобилни елементи, те стават мощен механизъм за хоризонтално разпространение на резистентност. Някои важни бележки:
- Клас 1 интегрони са най-често свързани с клинично значими мултирезистентни щамове (особено при грам-отрицателни бактерии като Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp.).
- Редът на касетите в интегрона влияе на нивото на експресия на всеки ген — касетите, разположени по-близо до промотора, обикновено се експресират по-силно.
- Интегрони ускоряват адаптацията чрез събиране на различни гени на едно място и позволяват бързо създаване на нови комбинации от резистентности.
Практически последици
Разбирането на интегроните има значение за общественото здраве: мониторингът на интегроните в болнични щамове и в околната среда помага да се проследи разпространението на резистентност. Мерки за ограничаване на разпространението включват рационална употреба на антибиотици, контрол на инфекциите, надзор и разработване на нови антимикробни стратегии и терапии, които да заобикалят или инхибират механизмите на резистентност.
В резюме, интегроните са ключови генетични „модули“ за бързо събиране и изразяване на гени (включително тези за антибиотична резистентност). Те действат чрез интегразно-медиирана рекомбинация, подреждат генни касети и често се разпространяват чрез мобилни вектори като плазмиди и транспозони — което ги прави важен фактор в еволюцията и клиничната динамика на бактериалната резистентност.
Въпроси и отговори
В: Какво е интеграл?
О: Интеронът е вид транспозон, който е подвижен генетичен елемент. Той се среща в бактериите, а вероятно и в по-широк мащаб, и е начинът, по който антибиотичната резистентност може да се предаде бързо.
В: Къде обикновено се срещат интеграните?
О: Интегроните обикновено се намират в плазмидите и хромозомите.
В: Каква е първата функция, открита за интеграните?
О: Първата функция, открита за интеграните, е антибиотичната резистентност.
В: Как работят генните касети с интеграните?
О: Генните касети обикновено имат само един ген и специфично място за рекомбинация, свързано с тях. Те носят ДНК, кодираща антибиотична резистентност, която кодира ензим, който разцепва (разрязва) молекулата на антибиотика. Първата част на интеграла съдържа ген, който кодира ензим за улавяне на касетите, докато втората част съдържа място в генома, където те могат да бъдат вмъкнати, както и промотор за стимулиране на експресията на свързаните с касетите гени.
Въпрос: Какво се случва, когато в един интеграл няма касети?
О: Когато в един интеграл няма касети, той продължава да описва такива структури, дори и без те да са интегрирани в него.
В: Могат ли генните касети да бъдат изрязани в рамките на интеграл?
О: Да, генните касети могат да бъдат изрязани от интеграла, ако е необходимо.
В: Възможен ли е хоризонтален пренос на гени в рамките на интегралите?
О Да, хоризонталният трансфер на гени е възможен в рамките на интегралите чрез използването на интегрираните им генни касети.
