Кассета гена - Gene cassette

А генная кассета это тип мобильный генетический элемент который содержит ген и рекомбинация сайт. Каждая кассета обычно содержит один ген и имеет тенденцию быть очень маленькой; порядка 500–1000 пар оснований. Они могут существовать включенными в интегрон или свободно в виде кольцевой ДНК.[1] Кассеты генов могут перемещаться внутри генома организма или передаваться другому организму в окружающей среде через горизонтальный перенос генов. Эти кассеты часто содержат устойчивость к антибиотикам гены. Примером может быть kanMX кассета, которая дает канамицин (ан антибиотик ) сопротивление на бактерии.

Интегроны

Основная статья: Интегрон

Интегроны - это генетические структуры в бактерии которые экспрессируют и способны приобретать и обмениваться генными кассетами. Интегрон состоит из промоутер, сайт прикрепленных файлов и интегрировать ген, который кодирует специфичный для сайта рекомбиназа[2] Описаны три класса интегронов.[1] Подвижные единицы, которые вставляются в интегроны, представляют собой генные кассеты.[2] Для кассет, которые несут один ген без промотора, вся серия кассет записано от соседнего промотора внутри интегрона.[3] Предполагается, что генные кассеты вставляются и вырезаются через кольцевой промежуточный продукт.[4] Это будет включать рекомбинацию между короткими последовательностями, обнаруженными на их концах и известными как 59 оснований (59-be), которые могут не иметь длины 59 оснований. 59-be представляют собой разнообразное семейство последовательностей, которые функционируют как сайты узнавания для сайт-специфической интегразы (фермента, ответственного за интеграцию генной кассеты в интегрон), которые расположены ниже кодирующей последовательности гена.[5]

Разнообразие и распространенность

Способность генетических элементов, таких как генные кассеты, вырезать и вставлять в геномы, приводит к появлению очень похожих участков генов у отдаленно родственных организмов. Три класса интегронов похожи по структуре и идентифицируются по тому, где происходят вставки и с какими системами они совпадают. Интегроны класса 1 наблюдаются в разнообразной группе бактериальных геномов и, вероятно, все являются потомками одного общего предка. Распространенность интегрона повлияла на эволюцию бактерий, позволив быстро перенести новые для организма гены, например гены устойчивости к антибиотикам.[6]

Генная инженерия

В генная инженерия, генная кассета представляет собой управляемый фрагмент ДНК, несущий и способный экспрессировать один или несколько представляющих интерес генов между одним или несколькими наборами сайты ограничения. Его можно перенести из одной последовательности ДНК (обычно на вектор ) другому, «вырезав» фрагмент с помощью рестрикционные ферменты и «вставить» его обратно в новый контекст. Векторы, содержащие интересующий ген, обычно несут ген устойчивости к антибиотикам, чтобы также легко идентифицировать клетки, которые успешно интегрировали вектор в свой геном.

Чтобы ввести вектор в целевую ячейку, состояние компетентность должен быть выведен на ячейку. Это состояние вызывается в лаборатории путем инкубации клеток с хлоридом кальция перед кратковременным тепловым шоком или путем электропорация. Это делает клетки более восприимчивыми к вставляемой плазмиде. После добавления плазмиды клетки выращивают в присутствии антибиотика для подтверждения поглощения и экспрессии новых генетических элементов.

Использование систем CRISPR / Cas9 показало успех во внедрении генов в геномы эукариот.[7] Хотя модификация CRISPR все еще находится в зачаточном состоянии, есть существенные доказательства использования в сочетании с другими методами для создания систем редактирования генома с высокой пропускной способностью (HTP).[8] Генная инженерия бактерий для производства различных промышленных продуктов, включая биотопливо и специальные химические вещества / нутрицевтики, является важной областью исследований.[9]

Горизонтальный перенос генов

Основная статья: Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) - это перенос генетических элементов между клетками, кроме родительского наследования. HGT ответственен за большую часть распространения устойчивости к антибиотикам среди бактерий.[10] Кассеты генов, содержащие гены устойчивости к антибиотикам или другие факторы вирулентности, такие как экзотоксины, могут передаваться от клетки к клетке через фаг, трансдукция, взятые из окружающей среды, трансформация,[11] или бактериальной конъюгацией.[12] Способность переносить кассеты генов между организмами сыграла большую роль в эволюции прокариот. Многие комменсальные организмы, такие как Кишечная палочка, регулярно содержат одну или несколько кассет генов, которые передают устойчивость к антибиотикам.[13] Горизонтальный перенос генетических элементов от непатогенных комменсалов к неродственным видам приводит к появлению высоковирулентных патогенов, которые могут переносить множественная устойчивость к антибиотикам гены. Растущая распространенность резистентности ставит сложные вопросы перед исследователями и врачами.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Холл, РМ; Коллис, CM (1995). «Мобильные генные кассеты и интегроны: захват и распространение генов посредством сайт-специфической рекомбинации». Молекулярная микробиология. 15 (4): 593–600. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1995.tb02368.x. PMID  7783631.
  2. ^ а б Рапа Р.А., Лаббате М (2013). «Функция интегрон-ассоциированных генных кассет у видов Vibrio: верхушка айсберга». Границы микробиологии. 4: 385. Дои:10.3389 / fmicb.2013.00385. ЧВК  3856429. PMID  24367362.
  3. ^ Collis, C.M .; Холл, Р. М. (1995-01-01). «Экспрессия генов устойчивости к антибиотикам в интегрированных кассетах интегронов». Противомикробные препараты и химиотерапия. 39 (1): 155–162. Дои:10.1128 / aac.39.1.155. ISSN  0066-4804. ЧВК  162502. PMID  7695299.
  4. ^ Коллис, Кристина М .; Холл, Рут М. (1992-10-01). «Кассеты генов из области вставки интегронов вырезаются в виде ковалентно замкнутых кругов». Молекулярная микробиология. 6 (19): 2875–2885. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1992.tb01467.x. ISSN  1365-2958.
  5. ^ Холл, Р. М .; Брукс, Д. Э .; Стоукс, Х. В. (1 августа 1991 г.). «Сайт-специфическая вставка генов в интегроны: роль 59-основного элемента и определение точки кроссовера рекомбинации». Молекулярная микробиология. 5 (8): 1941–1959. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1991.tb00817.x. ISSN  0950-382X. PMID  1662753.
  6. ^ Жиллингс, Майкл (январь 2017 г.). «Интегроны класса 1 как инвазивные виды». Текущее мнение в микробиологии. 38: 10–15. Дои:10.1016 / j.mib.2017.03.002. PMID  28414952.
  7. ^ Broad Institute
  8. ^ Аида, Томоми; Накаде, Шота; Сакума, Тетсуши; Идзу, Яёи; Оиси, Аю; Мочида, Кейджи; Исикубо, Харуми; Усами, Такако; Аидзава, Хиденори (01.01.2016). «Удар генной кассеты в клетках и зиготах млекопитающих с помощью усиленного MMEJ». BMC Genomics. 17 (1): 979. Дои:10.1186 / s12864-016-3331-9. ISSN  1471-2164. ЧВК  5126809. PMID  27894274.
  9. ^ Чакраборти, Дебкумар; Гупта, Гаганжот; Каур, Балджиндер (01.12.2016). «Метаболическая инженерия 10 лучших E. coli для производства ванилина через катаболический путь FA и оптимизация биопроцессов с использованием RSM». Экспрессия и очистка белков. 128: 123–133. Дои:10.1016 / j.pep.2016.08.015. PMID  27591788.
  10. ^ Gyles, C .; Бурлин, П. (2014-03-01). «Горизонтально перенесенные генетические элементы и их роль в патогенезе бактериальных заболеваний». Ветеринарная патология. 51 (2): 328–340. Дои:10.1177/0300985813511131. ISSN  1544-2217. PMID  24318976.
  11. ^ Домингес, Сара; Хармс, Клаус; Фрике, У. Флориан; Johnsen, Pål J .; Сильва, Габриэла Х. да; Нильсен, Кааре Магне (2012-08-02). «Естественная трансформация облегчает перенос транспозонов, интегронов и генных кассет между видами бактерий». Патогены PLOS. 8 (8): e1002837. Дои:10.1371 / journal.ppat.1002837. ISSN  1553-7374. ЧВК  3410848. PMID  22876180.
  12. ^ Вс, Дж (1 августа 2010 г.). «Оригинальная статья: характеристика двух новых генных кассет, Dfra27 и Aada16, в изоляте холерного вибриона не-O1 и не-O139 из Китая». Клиническая микробиология и инфекции. 16 (8): 1125–1129. Дои:10.1111 / j.1469-0691.2009.03060.x. PMID  19906273.
  13. ^ Хейри, Рухолла; Ахтари, Лейли (01.01.2016). «Устойчивость к противомикробным препаратам и массивы кассет интегронных генов в комменсальной Escherichia coli из источников человека и животных в IRI». Кишечные патогены. 8 (1): 40. Дои:10.1186 / s13099-016-0123-3. ISSN  1757-4749. ЧВК  5006490. PMID  27582900.

внешняя ссылка