Genová kazeta - Gene cassette
A genová kazeta je typ mobilní genetický prvek který obsahuje gen a rekombinace stránky. Každá kazeta obvykle obsahuje jeden gen a bývá velmi malá; řádově 500–1000 párů bází. Mohou existovat začleněné do integron nebo volně jako kruhová DNA.[1] Genové kazety se mohou pohybovat v genomu organismu nebo se mohou přenášet do jiného organismu v prostředí horizontální přenos genů. Tyto kazety se často přenášejí odolnost proti antibiotikům geny. Příkladem může být kanMX kazeta, která uděluje kanamycin (an antibiotikum ) odpor na bakterie.
Integrony
Integrony jsou genetické struktury v bakterie které exprimují a jsou schopné získávat a vyměňovat genové kazety. Integron se skládá z a promotér, místo pro připojení a integráza gen, který kóduje a specifické pro web rekombináza[2] Jsou popsány tři třídy integronů.[1] Mobilní jednotky, které se vkládají do integronů, jsou genové kazety.[2] U kazet, které nesou jediný gen bez promotoru, je celá řada kazet přepsal ze sousedního promotoru v rámci integronu.[3] Předpokládá se, že genové kazety budou vloženy a vyříznuty pomocí kruhového meziproduktu.[4] To by zahrnovalo rekombinaci mezi krátkými sekvencemi nalezenými na jejich koncích a známými jako 59 základních prvků (59-be) - což nemusí být 59 bází dlouhé. 59-be jsou rozmanitá rodina sekvencí, které fungují jako rozpoznávací místa pro místně specifickou integrázu (enzym odpovědný za integraci genové kazety do integronu), které se vyskytují po směru od sekvence kódující gen.[5]
Rozmanitost a prevalence
Schopnost genetických prvků, jako jsou genové kazety, excidovat a vložit se do genomů vede k velmi podobným genovým oblastem, které se objevují ve vzdáleně příbuzných organismech. Tři třídy integronů mají podobnou strukturu a jsou identifikovány podle místa, kde dochází k inzercím a se kterými systémy se shodují. Integrony třídy 1 jsou vidět v rozmanité skupině bakteriálních genomů a pravděpodobně jsou všechny potomky jednoho společného předka. Prevalence integronu formovala bakteriální evoluci umožněním rychlého přenosu genů, které jsou do organismu nové, jako jsou geny rezistence na antibiotika.[6]
Genetické inženýrství
v genetické inženýrství, genová kazeta je manipulovatelný fragment DNA nesoucí a schopný exprimovat jeden nebo více požadovaných genů mezi jednou nebo více sadami restrikční weby. Může být přenesen z jedné sekvence DNA (obvykle na a vektor ) do jiného „vyříznutím“ fragmentu pomocí restrikční enzymy a „vložit“ jej zpět do nového kontextu. Vektory obsahující požadovaný gen typicky nesou gen rezistence na antibiotikum také pro snadnou identifikaci buněk, které úspěšně integrovaly vektor do svého genomu.
Chcete-li vložit vektor do cílové buňky, stav odborná způsobilost musí být na buňce odvozeno. Tento stav je indukován v laboratoři inkubací buněk s chloridem vápenatým před krátkým tepelným šokem nebo elektroporace. Díky tomu jsou buňky náchylnější k vloženému plazmidu. Jakmile byl přidán plazmid, jsou buňky pěstovány v přítomnosti antibiotika, aby se potvrdila absorpce a exprese nových genetických prvků.
Použití systémů CRISPR / Cas9 prokázalo úspěch při vkládání genů do eukaryotických genomů.[7] I když je modifikace CRISPR stále v plenkách, existují významné důkazy o použití v kombinaci s jinými technikami k výrobě systémů pro úpravu genomu s vysokou propustností (HTP).[8] Hlavní oblastí výzkumu je genetické inženýrství bakterií pro výrobu různých průmyslových produktů, včetně biopaliv a speciálních chemikálií / nutraceutik.[9]
Horizontální přenos genů
Horizontální přenos genů (HGT) je přenos genetických prvků mezi jinými buňkami než rodičovským dědictvím. HGT je zodpovědný za velkou část šíření antibiotické rezistence mezi bakteriemi.[10] Genové kazety obsahující geny rezistence na antibiotika nebo jiné faktory virulence, jako jsou exotoxiny, lze přenášet z buňky do buňky pomocí fága, transdukce, převzato z prostředí, proměna,[11] nebo bakteriální konjugací.[12] Schopnost přenášet genové kazety mezi organismy hrála velkou roli ve vývoji prokaryot. Mnoho komenálních organismů, jako např E-coli, pravidelně skrývat jednu nebo více genových kazet, které přenášejí rezistenci na antibiotika.[13] Horizontální přenos genetických prvků z nepatogenních komenzálů do nepříbuzných druhů vede k vysoce virulentním patogenům, které mohou přenášet mnohonásobná rezistence na antibiotika geny. Rostoucí prevalence rezistence vytváří pro vědce a lékaře náročné otázky.
Viz také
Reference
- ^ A b Hall, RM; Collis, CM (1995). „Mobilní genové kazety a integrony: Zachycení a šíření genů místně specifickou rekombinací“. Molekulární mikrobiologie. 15 (4): 593–600. doi:10.1111 / j.1365-2958.1995.tb02368.x. PMID 7783631.
- ^ A b Rapa RA, Labbate M (2013). „Funkce integrovaných genových kazet u druhů Vibrio: špička ledovce“. Hranice v mikrobiologii. 4: 385. doi:10.3389 / fmicb.2013.00385. PMC 3856429. PMID 24367362.
- ^ Collis, C. M .; Hall, R. M. (01.01.1995). „Exprese genů rezistence na antibiotika v integrovaných kazetách integronů“. Antimikrobiální látky a chemoterapie. 39 (1): 155–162. doi:10.1128 / aac.39.1.155. ISSN 0066-4804. PMC 162502. PMID 7695299.
- ^ Collis, Christina M .; Hall, Ruth M. (01.10.1992). "Genové kazety z oblasti inzerce integronů jsou vyříznuty jako kovalentně uzavřené kruhy". Molekulární mikrobiologie. 6 (19): 2875–2885. doi:10.1111 / j.1365-2958.1992.tb01467.x. ISSN 1365-2958.
- ^ Hall, R. M .; Brookes, D. E.; Stokes, H. W. (1991-08-01). „Site-specific insertion of genes into integrons: role of the 59-base element and determine of the recombination cross-over point“. Molekulární mikrobiologie. 5 (8): 1941–1959. doi:10.1111 / j.1365-2958.1991.tb00817.x. ISSN 0950-382X. PMID 1662753.
- ^ Gillings, Michael (leden 2017). "Integrony třídy 1 jako invazivní druhy". Současný názor v mikrobiologii. 38: 10–15. doi:10.1016 / j.mib.2017.03.002. PMID 28414952.
- ^ Široký institut
- ^ Aida, Tomomi; Nakade, Shota; Sakuma, Tetsushi; Izu, Yayoi; Oishi, Ayu; Mochida, Keiji; Ishikubo, Harumi; Usami, Takako; Aizawa, Hidenori (01.01.2016). „Vyřazení genové kazety v savčích buňkách a zygotech vylepšeným MMEJ“. BMC Genomics. 17 (1): 979. doi:10.1186 / s12864-016-3331-9. ISSN 1471-2164. PMC 5126809. PMID 27894274.
- ^ Chakraborty, Debkumar; Gupta, Gaganjot; Kaur, Baljinder (2016-12-01). „Metabolické inženýrství top 10 E. coli pro výrobu vanilinu prostřednictvím katabolické dráhy FA a optimalizace bioprocesu pomocí RSM“. Exprese a čištění proteinů. 128: 123–133. doi:10.1016 / j.pep.2016.08.015. PMID 27591788.
- ^ Gyles, C .; Boerlin, P. (01.03.2014). "Horizontálně přenesené genetické prvky a jejich role v patogenezi bakteriálního onemocnění". Veterinární patologie. 51 (2): 328–340. doi:10.1177/0300985813511131. ISSN 1544-2217. PMID 24318976.
- ^ Domingues, Sara; Harms, Klaus; Fricke, W. Florian; Johnsen, Pål J .; Silva, Gabriela J. da; Nielsen, Kaare Magne (02.08.2012). „Přirozená transformace usnadňuje přenos transpozonů, integronů a genových kazet mezi bakteriálními druhy“. PLOS patogeny. 8 (8): e1002837. doi:10.1371 / journal.ppat.1002837. ISSN 1553-7374. PMC 3410848. PMID 22876180.
- ^ Ne, J (1. srpna 2010). „Původní článek: Charakterizace dvou románových genových kazet, Dfra27 a Aada16, v izolátu Vibrio Cholerae Non-O1, Non-O139 z Číny“. Klinická mikrobiologie a infekce. 16 (8): 1125–1129. doi:10.1111 / j.1469-0691.2009.03060.x. PMID 19906273.
- ^ Kheiri, Roohollah; Akhtari, Leili (01.01.2016). „Antimikrobiální rezistence a pole kazet integronového genu v komenzální Escherichia coli z lidských a zvířecích zdrojů v IRI“. Střevní patogeny. 8 (1): 40. doi:10.1186 / s13099-016-0123-3. ISSN 1757-4749. PMC 5006490. PMID 27582900.
- Stokes, HW .; et al. (Listopad 1997). "Struktura a funkce 59bázových elementů rekombinačních míst spojených s mobilními genovými kazetami". Mol Microbiol. 26 (4): 731–45. doi:10.1046 / j.1365-2958.1997.6091980.x. PMID 9427403.
- Partridge, S; Tsafnat, G; Coiera, E; Iredell, J (2009). „Genové kazety a kazetová pole v integrovaných mobilních rezistencích“. Recenze mikrobiologie FEMS. 33 (4): 757–784. doi:10.1111 / j.1574-6976.2009.00175.x. PMID 19416365. Archivovány od originál dne 01.08.2011.