Интегроны: структура и основные свойства
Интегроны представляют собой природные системы горизонтального переноса генов, обладающие способностью к захвату фрагментов чужеродной ДНК, и, как теперь стало очевидно, играющие ключевую роль в распространении генов устойчивости к лекарственным препаратам, а также в эволюции бактериальных геномов [ Rowe-Magnus, 2002 , Nemergut, 2004 ]. Исследование интегронов переживает настоящий бум. Об этом можно судить по лавинообразному увеличению числа публикаций, посвященных изучению разнообразия интегронов и генных кассет , их функционированию и путям распространения среди клинических штаммов бактерий.
В настоящее время все известные интегроны принято делить на две группы:
- интегроны множественной устойчивости (MRI) , обычно входящие в состав мобильных элементов и
- суперинтегроны (SI) [ Mazel, 1998 ], которые были обнаружены в хромосомах протеобактерий самых различных систематических групп: Vibrionaceae , Shewanella , Xanthomonas , Pseudomonas , Nitrosomonas [ Rowe-Magnus, 2002 ].
Важнейшим свойством интегронов является их способность интегрировать и экспрессировать новые гены. Интегроны состоят из двух частей: интегронной платформы и, так называемых, генных кассет или кассетных генов [ Nemergut, 2004 ] ( рис. 4 А). Генные кассеты образуют уникальное семейство мелких мобильных элементов, состоящих лишь из открытой рамки считывания, лишенной собственного промотора, и сайта рекомбинации attC , также называемого 59-be (сокращенное от 59-base element) [ Recchia, 1997 ]. Кассеты могут существовать в двух формах: как свободные кольцевые молекулы, не способные к репликации, или быть интегрированными в attI-сайт какого-либо интегрона [ Recchia, 1997 ].
В настоящее время известно более сотни разнообразных кассет, входящих в состав различных MR интегронов [ Holmes, 2003 ]. Более 70 различных кассет содержат гены, определяющие устойчивость к большинству классов антибиотиков, используемых в медицине: к аминогликозидам, бета-лактамам, хлорамфениколу, триметоприму, эритромицину и рифампицину [ Partridge, 2002 ]. Кроме того, известны кассеты, в основном в составе суперинтегронов , кодирующие другие гены с адаптивными функциями, в частности, определяющие вирулентность бактерий [ Rowe-Magnus, 2002 ].
Интегронная платформа содержит ген интегразы, относящейся к семейству тирозиновых рекомбиназ, сильный промотор Pant и первичный сайт рекомбинации, называемый attI-сайтом ( рис. 4 Б) [ Rowe-Magnus, 2002 , Holmes, 2003 ]. Интеграза осуществляет сайт-специфическую рекомбинацию между гомологичными последовательностями кор-сайтов в составе attI и attС , что приводит к инсерции генной кассеты в интегронную платформу за промотором Pant, после чего интегрированная кассета может экспрессироваться с Pant [ Rowe-Magnus, 2002 ]. Следует особо подчеркнуть, что, поскольку подавляющее большинство генных кассет не имеет собственного промотора, то их экспрессия может осуществляться только после включения в состав интегронной платформы [ Recchia, 1997 ]. Часто в состав интегрона включены несколько кассет, и все они экспрессируются с промотора Pant [ Nemergut, 2004 ].
Подробнее о структуре attI и attС сайтов и механизмах интеграции и экспрессии генных кассет см. обзор [ Ильина, 2001 ].
К настоящему времени подробно описано 5 классов интегронов множественной устойчивости. Гомология их белков интегразы составляет 45- 58% [ Rowe-Magnus, 2002 ]. Кроме того, с помощью вырожденных праймеров обнаружены в образцах грунтов из рудников 14 ранее неизвестных генов интегразы и 11, ассоциированных с ними и ранее неизвестных, кассет [ Nemergut, 2004 ], что свидетельствует о том, что интегроны широко распространены в природе и весьма разнообразны. Необходимо отметить, что имеются данные о том, что, по крайней мере, некоторые кассеты могут включаться в платформу интегразами разных классов [ Rowe-Magnus, 2002 ]. Известны также кассеты, входящие в состав как интегронов множественной лекарственной устойчивости, так и суперинтегронов [ Rowe-Magnus, 2002 ].
