Происхождение перевода

Источник переноса ( oriT ) — это короткая последовательность длиной от 40 до 500 пар оснований [1] [2] , необходимая для переноса ДНК от донора грамотрицательной бактерии к реципиенту во время бактериальной конъюгации . [3] [4] [5] Перенос ДНК является критическим компонентом для устойчивости к противомикробным препаратам в бактериальных клетках [6] , а структура и механизм oriT в плазмидной ДНК комплементарны ее функции в бактериальной конъюгации. Первый oriT , который был идентифицирован и клонирован, был на конъюгативной плазмиде RK2 (IncP), что было сделано Гвинеем и Хелински в 1979 году. [7]

Структура

Последовательность ДНК

Регионы oriT играют центральную роль в процессе переноса ДНК от донора к реципиенту и содержат несколько важных областей, которые облегчают этот процесс:

  1. сайт nic : место, где разрезается раскрученная плазмидная ДНК; обычно сайт-специфичен. [4] [8] [9]
  2. Инвертированная повторяющаяся последовательность: сигнализирует об окончании репликации донорской ДНК и отвечает за частоту переноса, мобилизацию плазмиды и формирование вторичной структуры ДНК. [3] [8] [10]
  3. AT-богатая область: важна для раскрытия цепи ДНК и расположена рядом с инвертированными повторяющимися последовательностями. [1] [3] [5] [8] [11] [12]

ORIt — это некодирующая область бактериальной ДНК. [13] Благодаря своей важной роли в инициировании бактериальной конъюгации, ORIT является как ферментативным субстратом, так и участком распознавания для белков релаксазы . [1] [13] [14] Релаксосомы имеют вспомогательные факторы, специфичные для ORIT , которые помогают им идентифицировать и связываться с ORIT . [1] Выше участка ORIT находится терминирующая последовательность. [5]

Рисунок 1 ▲ Область последовательности oriT на плазмидной ДНК .

oriT в основном действуют цис - образно, что обеспечивает более эффективный перенос ДНК. [5] [12] [15]

Рисунок 2 ▲ Две бактериальные клетки, подвергающиеся бактериальной конъюгации . (1) релаксаза и геликаза связываются с плазмидой ( F-фактор ) в точке начала переноса ( OriT ). Хеликаза раскручивает плазмидную ДНК, а релаксаза прикрепляется к цепи переносимой ДНК . (3) Релаксаза переносит цепь переносимой ДНК через пили , соединяющие две бактериальные клетки. (4) Оставшаяся цепь перематывается с комплементарной цепью ДНК. (5) Релаксаза соединяет два конца транспортируемой ДНК в кольцевую плазмиду . (6) Релаксаза отсоединяется от плазмиды. (7) Новая плазмидная ДНК перематывается с комплементарной цепью ДНК.

Механизм и функция бактериальной конъюгации

В начале бактериальной конъюгации донорская клетка вырабатывает пили и подает сигнал соседней реципиентной клетке о необходимости тесного контакта. Эта идентификация подходящей реципиентной клетки начнет процесс формирования пары для спаривания. [1] [16] Этот процесс объединения двух клеток задействует систему секреции типа IV , белковый комплекс, который образует канал передачи между донором и реципиентом, начиная формирование релаксационного комплекса, известного как релаксосома в oriT . [ 13]

Последовательность oriT плазмиды служит как точкой распознавания, так и субстратом для ферментов в релаксосоме, [13] поэтому первый шаг бактериальной конъюгации происходит в сайте nicn области oriT плазмиды. [4] [14] Ферменты релаксазы , также известные как ДНК-трансферазы, часть комплекса релаксосомы , катализируют расщепление специфичной для цепи и сайта фосфодиэфирной связи в сайте nicn и являются специфичными для каждой плазмиды. [17] Эта реакция представляет собой трансэтерификацию , в результате которой образуется разорванная двухцепочечная ДНК с 5'-концом, связанным с остатком тирозина в релаксазе. [4] [5] [14] [17] Затем релаксаза перемещается к 3'-концу цепи, чтобы раскрутить ДНК в плазмиде. [17]

Другая цепь плазмиды, которая не была разрезана релаксазой, является матрицей для дальнейшего синтеза ДНК-полимеразой . [17]

Как только релаксаза снова достигает расположенного выше участка oriT , где находится инвертированный повтор , процесс завершается воссоединением концов плазмиды и высвобождением одноцепочечной плазмиды в реципиенте. [5] [15] [18]

Приложения

Генная инженерия

Конъюгация позволяет переносить целевые гены многим реципиентам, включая дрожжи , [19] клетки млекопитающих , [20] [21] и диатомовые водоросли . [22]

Диатомовые водоросли могут быть полезными хозяевами плазмид, поскольку они обладают потенциалом для автотрофного производства биотоплива и других химикатов. [22] Существуют некоторые методы генетического переноса для диатомовых водорослей, но они медленнее по сравнению с бактериальной конъюгацией. Разрабатывая плазмиды для диатомовых водорослей P. tricornutum и T. pseudonana на основе последовательностей для дрожжей и разрабатывая метод конъюгации от E. coli к диатомовым водорослям, исследователи надеются продвинуть генетическую манипуляцию в диатомовых водорослях. [22]

Одной из основных проблем при использовании бактериальной конъюгации в генной инженерии является то, что определенные селективные маркеры на плазмидах порождают бактерии, которые обладают устойчивостью к антибиотикам, таким как ампициллин и канамицин . [23]

Устойчивость к противомикробным препаратам

Взаимодействие между ДНК o riT и релаксазой обеспечивает устойчивость к противомикробным препаратам посредством горизонтального переноса генов (рисунок 1). [13] Различные области oriT в плазмидной ДНК содержат инвертированные повторы , с которыми могут связываться белки релаксазы. [3] Основными факторами, способствующими устойчивости к препаратам, являются мобильные геномные острова (MGI) или сегменты ДНК, которые встречаются в схожих штаммах бактерий и являются факторами диверсификации бактерий. [3] [24] MGI обеспечивают устойчивость к своим клеткам-хозяевам и посредством бактериальной конъюгации распространяют это преимущество на другие клетки. [3] Поскольку MGI бактериальных клеток имеют собственные последовательности oriT и находятся в непосредственной близости от генов релаксосом , они очень похожи на конъюгативные плазмиды, которые отвечают за распространенность устойчивости к препаратам среди бактериальных клеток. [3] Исследование MGI, проведенное в 2017 году, показало, что они способны самостоятельно интегрироваться в геном принимающих бактериальных клеток через int , ген, который кодирует фермент интегразу . После того, как oriT MGI обработаны релаксосомами, кодируемыми интегративными и конъюгативными элементами (ICE), MGI способны проникать в геном клеток-получателей и обеспечивать многообразие бактерий, что приводит к устойчивости к противомикробным препаратам. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde de la Cruz F, Frost LS, Meyer RJ, Zechner EL (январь 2010 г.). «Конъюгативный метаболизм ДНК у грамотрицательных бактерий». FEMS Microbiology Reviews . 34 (1): 18– 40. doi : 10.1111/j.1574-6976.2009.00195.x . PMID  19919603. S2CID  24003194.
  2. ^ Frost, LS (2009-01-01), «Конъюгация, Бактериальная», в Schaechter, Moselio (ред.), Encyclopedia of Microbiology (третье издание) , Oxford: Academic Press, стр.  517–531 , doi :10.1016/b978-012373944-5.00007-9, ISBN 978-0-12-373944-5, получено 2021-12-03
  3. ^ abcdefg Kiss J, Szabó M, Hegyi A, Douard G, Praud K, Nagy I и др. (2019). «Идентификация и характеристика oriT и двух генов мобилизации, необходимых для конъюгативного переноса геномного острова сальмонелл 1». Frontiers in Microbiology . 10 : 457. doi : 10.3389/fmicb.2019.00457 . PMC 6414798. PMID  30894848. 
  4. ^ abcd Howard MT, Nelson WC, Matson SW (ноябрь 1995 г.). «Поэтапная сборка релаксосомы в точке начала переноса плазмиды F». Журнал биологической химии . 270 (47): 28381– 28386. doi : 10.1074/jbc.270.47.28381 . PMID  7499340.
  5. ^ abcdef Lanka E, Wilkins BM (июнь 1995). «Реакции обработки ДНК при бактериальной конъюгации». Annual Review of Biochemistry . 64 (1): 141– 169. doi :10.1146/annurev.bi.64.070195.001041. PMID  7574478.
  6. ^ Gyles C, Boerlin P (март 2014). «Горизонтально перенесенные генетические элементы и их роль в патогенезе бактериальных заболеваний». Ветеринарная патология . 51 (2): 328– 340. doi : 10.1177/0300985813511131 . PMID  24318976. S2CID  206510894.
  7. ^ Guiney DG, Helinski DR (октябрь 1979). «Комплекс релаксации ДНК-белка плазмиды RK2: расположение сайт-специфического разрыва в области предполагаемого начала переноса». Molecular & General Genetics . 176 (2): 183– 189. doi :10.1007/BF00273212. PMID  393953. S2CID  23889133.
  8. ^ abc Франсия М.В., Варсаки А., Гарсильян-Барсия член парламента, Латорре А., Дринас С., де ла Крус Ф (февраль 2004 г.). «Схема классификации областей мобилизации бактериальных плазмид». Обзоры микробиологии FEMS . 28 (1): 79–100 . doi : 10.1016/j.femsre.2003.09.001 . ПМИД  14975531.
  9. ^ Zhang S, Meyer R (август 1997). «Релаксосомный белок MobC способствует мобилизации конъюгальной плазмиды, расширяя разделение цепей ДНК до места разрыва в начале переноса». Молекулярная микробиология . 25 (3): 509– 516. doi :10.1046/j.1365-2958.1997.4861849.x. PMID  9302013. S2CID  26826243.
  10. ^ Scherzinger E, Lurz R, Otto S, Dobrinski B (январь 1992 г.). «In vitro расщепление двух- и одноцепочечной ДНК плазмидными белками мобилизации, кодируемыми RSF1010». Nucleic Acids Research . 20 (1): 41– 48. doi : 10.1093 /nar/20.1.41. PMC 310323. PMID  1738602. 
  11. ^ Coupland GM, Brown AM, Willetts NS (июнь 1987 г.). «Происхождение переноса (oriT) конъюгативной плазмиды R46: характеристика с помощью анализа делеций и секвенирования ДНК». Molecular & General Genetics . 208 ( 1– 2): 219– 225. doi :10.1007/BF00330445. PMID  3039307. S2CID  11985769.
  12. ^ ab Fu YH, Tsai MM, Luo YN, Deonier RC (февраль 1991 г.). «Анализ делеций локуса oriT плазмиды F». Журнал бактериологии . 173 (3): 1012– 1020. doi :10.1128/jb.173.3.1012-1020.1991. PMC 207219. PMID  1991706 . 
  13. ^ abcde Zrimec J, Lapanje A (январь 2018 г.). «Структура ДНК в точке начала переноса плазмиды указывает на ее потенциальный диапазон переноса». Scientific Reports . 8 (1): 1820. Bibcode :2018NatSR...8.1820Z. doi :10.1038/s41598-018-20157-y. PMC 5789077 . PMID  29379098. 
  14. ^ abc Byrd DR, Matson SW (сентябрь 1997 г.). «Никование путем переэтерификации: реакция, катализируемая релаксазой». Молекулярная микробиология . 25 (6): 1011– 1022. doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.5241885.x . PMID  9350859. S2CID  35753372.
  15. ^ ab Lee CA, Grossman AD (октябрь 2007 г.). «Идентификация источника переноса (oriT) и ДНК-релаксазы, необходимых для конъюгации интегративного и конъюгативного элемента ICEBs1 Bacillus subtilis». Журнал бактериологии . 189 (20): 7254– 7261. doi :10.1128/JB.00932-07. PMC 2168444. PMID  17693500 . 
  16. ^ Арутюнов Д, Фрост ЛС (июль 2013). "F conjugation: back to the beginning". Plasmid . Специальный выпуск на основе International Society for Plasmid Biology Meeting: Santander 2012. 70 (1): 18– 32. doi :10.1016/j.plasmid.2013.03.010. PMID  23632276.
  17. ^ abcd Гуаш А., Лукас М., Монкалиан Г., Кабесас М., Перес-Луке Р., Гомис-Рют FX и др. (декабрь 2003 г.). «Распознавание и обработка происхождения транспортной ДНК конъюгативной релаксазой TrwC». Структурная биология природы . 10 (12): 1002–1010 . doi : 10.1038/nsb1017. PMID  14625590. S2CID  27050728.
  18. ^ Frost LS, Ippen-Ihler K, Skurray RA (июнь 1994). «Анализ последовательности и генных продуктов области переноса полового фактора F». Microbiological Reviews . 58 (2): 162– 210. doi :10.1128/mr.58.2.162-210.1994. PMC 372961 . PMID  7915817. 
  19. ^ Heinemann JA, Sprague GF (июль 1989). «Бактериальные конъюгативные плазмиды мобилизуют перенос ДНК между бактериями и дрожжами». Nature . 340 (6230): 205– 209. Bibcode :1989Natur.340..205H. doi :10.1038/340205a0. PMID  2666856. S2CID  4351266.
  20. ^ Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V (февраль 2001 г.). «Генетическая трансформация клеток HeLa с помощью Agrobacterium». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1871– 1876. Bibcode : 2001PNAS ...98.1871K. doi : 10.1073/pnas.98.4.1871 . PMC 29349. PMID  11172043. 
  21. ^ Waters VL (декабрь 2001 г.). «Конъюгация между бактериальными и млекопитающими клетками». Nature Genetics . 29 (4): 375– 376. doi :10.1038/ng779. PMID  11726922. S2CID  27160.
  22. ^ abc Karas BJ, Diner RE, Lefebvre SC, McQuaid J, Phillips AP, Noddings CM и др. (апрель 2015 г.). «Дизайнерские эписомы диатомовых водорослей, доставленные путем бактериальной конъюгации». Nature Communications . 6 (1): 6925. Bibcode :2015NatCo...6.6925K. doi :10.1038/ncomms7925. PMC 4411287 . PMID  25897682. 
  23. ^ Лопаткин А. Дж., Мередит Х. Р., Шримани Дж. К., Пфайффер К., Дюрретт Р., Ю Л. (ноябрь 2017 г.). «Сохранение и устранение плазмидной устойчивости к антибиотикам». Nature Communications . 8 (1): 1689. Bibcode :2017NatCo...8.1689L. doi :10.1038/s41467-017-01532-1. PMC 5698434 . PMID  29162798. 
  24. ^ ab Carraro N, Rivard N, Burrus V, Ceccarelli D (2017-03-04). «Мобильные геномные острова, различные стратегии распространения множественной лекарственной устойчивости и других адаптивных признаков». Mobile Genetic Elements . 7 (2): 1– 6. doi :10.1080/2159256X.2017.1304193. PMC 5397120. PMID  28439449 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Происхождение_перевода&oldid=1194531073"