Integronai: bakterijų genų kasetės ir antibiotikų atsparumo sistema
Integronai: kaip bakterijų genų kasetės perduoda antibiotikų atsparumą — mechanizmai, grėsmė sveikatai ir kovos strategijos. Sužinokite svarbiausius faktus.
Integronas yra transpozonas – judrus genetinis elementas, sudarytas iš kelių nuosekliai veikiančių dalių, aptinkamas daugiausia bakterijose, bet gali būti ir kitose mikroorganizmų grupėse. Integronai yra svarbi genetinė sistema, kuri leidžia bakterijoms greitai kaupti ir perduoti atsparumą antibiotikams. Juos randa tiek plazmidėse, tiek chromosomose. Nors pirmoji žinoma integronų funkcija buvo atsparumo antibiotikams plitimas, integronai gali perduoti ir kitus bakterijų požymius).
Integroną sudaro dvi pagrindinės dalys:
- Genas, koduojantis specialų fermentą – integrazę (IntI). Šis fermentas vykdo vietinę, vietomis specifinę rekombinaciją, fiksuodamas arba išstumdamas genų kasetes.
- Speciali įterpimo vieta (attI) ir promotorius, esantis genome, kuris kontroliuoja su kasetėmis susijusių genų raišką. Integrono sąvoka taikoma tiek „tuštiems“ integronams (be kasetų), tiek tiems, kuriuose yra viena ar daugiau įterptų kasetų.
Genų kasetės yra mažos, mobilios DNR struktūros, dažniausiai talpinančios vieną geną ir rekombinacijos vietą (pvz., attC). Dauguma kasetėse esančių genų neturi savo promotoriaus ir todėl jų ekspresija priklauso nuo integrono promotoriaus. Dėl šios priežasties kasetės, esančios arčiau promotoriaus, dažniausiai yra stipriau išreikštos nei tolimesnės – tai turi reikšmės, kai kasetės koduoja skirtingą atsparumą keliems antibiotikams.
Kaip integronai platinasi ir koduoja atsparumą
Integronai patys savaime nėra visada mobilūs, tačiau jie dažnai įeiną į didesnes mobilių elementų struktūras (pvz., transpozonus ar plazmides), todėl kasetės ir visa integrono sistema gali būti horizontaliai perduodamos tarp bakterijų. DNR, kurią neša kasetės, dažnai koduoja fermentus arba modifikacines enzimas, pvz., beta-laktamazes, aminoglikozidų modifikatorius, kurie aktyviai neutrinalizuoja arba pakeičia antibiotiko veikimą.
Integronų įvairovė ir reguliacija
- Yra keli integronų tipai: klinikiniai (pvz., klasės 1, 2, 3) ir didesni „superintegronai“, aptinkami tam tikrose rūšyse (pvz., Vibrio genties bakterijose). Klasė 1 integronai – dažniausiai susiję su daugelio ligų sukėlėjais ir polirezistentiškomis plazmidėmis.
- Integrazės aktyvumas gali būti reguliuojamas bakterijos streso atsaku (pvz., SOS atsaku). Tam tikri antimikrobiniai vaistai gali netiesiogiai skatinti integrazės raišką ir kasetės pergrupavimą, taip padidinant genų mainus ir atsparumo greitą išplitimą.
Praktinė reikšmė ir prevencijos priemonės
Integronai turi didelę reikšmę visuomenės sveikatai, nes suteikia bakterijoms greitą evoliucinį pranašumą – galimybę rinkti ir perduoti kelių antibiotikų atsparumo genus vienoje vietoje. Dėl to formuojasi daugiavaistinės (multirezistentės) bakterijos, sunkinančios gydymą. Siekiant išvengti plitimo, svarbu:
- atsakingai naudoti antibiotikus (antibiotikų vartojimo valdymas);
- taikyti infekcijų kontrolės priemones sveikatos priežiūros įstaigose;
- stebėti rezistencijos žemėlapius ir atlikti molekulinius tyrimus (pvz., intI geno PCR, sekoskaitą, metagenomiką) infekcijų priežastims identifikuoti.
Tyrimai ir diagnostika
Molekuliniai metodai leidžia aptikti integronų buvimą (pvz., intI genai) ir nustatyti kasetes bei jų turinį. Sekoskaita atskleidžia kasetėse esančius atsparumo genus, jų tvarką ir galimas perdavimo grandines (plazmidės, transpozonai). Tokia informacija padeda suprasti, kaip atsparumo rinkiniai plinta klinikinėse ir aplinkos populiacijose.
Apibendrinant, integronai yra efektyvi genų „surinkimo ir raiškos“ sistema, kuri prisideda prie bakterijų adaptacijos ir plačiai prisideda prie antibiotikų atsparumo problemos. Kadangi jie dažnai susiję su mobiliaisiais elementais, stebėjimas, atsakingas antibiotikų naudojimas ir infekcijų kontrolė yra svarbūs žingsniai ribojant jų plitimą.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra integronas?
A.: Integronas yra transpozono rūšis, t. y. mobilus genetinis elementas. Jis aptinkamas bakterijose, o galbūt ir plačiau, ir tai yra būdas, kuriuo atsparumas antibiotikams gali būti greitai perduodamas.
K: Kur paprastai randami integronai?
A: Integronai paprastai aptinkami plazmidėse ir chromosomose.
K: Kokia buvo pirmoji atrasta integronų funkcija?
A.: Pirmoji atrasta integronų funkcija buvo atsparumas antibiotikams.
K: Kaip genų kasetės veikia su integronais?
A: Genų kasetės paprastai turi tik vieną geną ir su juo susijusią specifinę rekombinacijos vietą. Jose yra atsparumą antibiotikams koduojanti DNR, kuri koduoja fermentą, skaldantį (pjaustantį) antibiotiko molekulę. Pirmoje integrono dalyje yra genas, kuris koduoja fermentą, skirtą kasetėms užfiksuoti, o antroje dalyje yra vieta genome, kur jos gali būti įterptos, taip pat promotorius, skatinantis su kasete susijusių genų raišką.
K: Kas atsitinka, kai integrone nėra kasečių?
A: Kai integrone nėra kasečių, jis vis tiek aprašo tokias struktūras, net jei jos į jį neintegruotos.
K: Ar galima iš integrono iškirpti genų kasetes?
A: Taip, jei reikia, genų kasetės gali būti iškirptos iš integrono.
K: Ar galimas horizontalus genų perdavimas integronų viduje?
A Taip, horizontalus genų perdavimas įmanomas integronų viduje naudojant integruotas genų kasetes.
Ieškoti