Суперинтегроны бактерий семейства Vibrionaceae
Суперинтегрон V. cholerae имеет протяженность, равную 126 тпн, и содержит 179 генных кассет с 214 ORF [ Mazel, 1998 , Heidelberg, 2000 ], что свидетельствует о включении в некоторые кассеты более одной ORF. Лишь некоторые из кассет (всего 4) предположительно связаны с антибиотикорезистентностью [ Rowe-Magnus, 2002 ]. Среди остальных только у ряда генных кассет была установлена связь с определенными метаболическими функциями - кодированием сульфатсвязывающего белка, психрофильной липазы, фермента рестрикции, бактериоцина, а у двух других - с кодированием некоторых факторов патогенности, таких как термостабильный токсин ( ген sto ) и ген mrhA гемоагглютинина [ Rowe-Magnus, 2002 , Mazel, 1998 , Clark, 2000 , Barker, 1994 ]. Большинство же кассетных генов или не имели гомологов в базе данных, или редкие найденные гомологи являлись неидентифицированными ORF вирусного, бактериального или эукариотического происхождения. Разное происхождение генных кассет подтверждалось также отличиями в составе G+С-оснований и использовании кодонов [ Mazel, 1998 ].
Структурная организация суперинтегрона холерного вибриона не отличается от таковой MRIs . Однако между суперинтегроном и MRIs имеется ряд различий. Во-первых, MRIs содержат обычно менее шести генных кассет, самый большой из них содержал 8 кассет. Находящийся в составе хромосомы холерного вибриона суперинтегрон содержит сотни кассет. Во-вторых, кассеты MRIs обычно связаны с генами резистентности к антибиотикам, тогда как кассетные гены суперинтегрона кодируют в основном неизвестные функции. В-третьих, MRIs обычно связаны с мобильными генетическими элементами, в то время как суперинтегрон стационарно связан с хромосомой, о чем свидетельствуют данные о совместной эволюции гена интегразы и генома хозяина. Наконец, еще одно отличие касается attC-сайтов , которые у MRIs варьируют по длине и последовательностям нуклеотидов, а у суперинтегрона attC-сайты (получившие название VCR , от Vibrio cholerae repeat elements) являются консервативными и видоспецифичными.
Каждая кассета, находящаяся в составе хромосомного суперинтегрона, представляет собой структуру, состоящую из 1-го ORF , фланкированной прямыми повторами элемента VCR , с несколькими исключениями, когда кассеты содержали небольшие опероны. VCR-элементы имеют протяженность, равную 124 пн, и отличаются крайне высокой консервативностью. Сравнительный анализ их последовательностей обнаружил до 95-97% гомологии между ними. В то же время по своей структурной организации большинство VCR не отличаются от attC-сайтов генных кассет интегронов 1-3 классов и имеют в 5'- и 3'-концах инвертированные консенсусные последовательности RYYYAAC и GTTRRRY, где R - пурин, Y - пиримидин. Эти последовательности играют важную роль в рекомбинационных процессах [ Clark, 2000 , Barker, 1994 , Rowe-Magnus, 2001 ].
Генные кассеты суперинтегрона существуют также в виде автономных нереплицирующихся структур, содержащих 1-н ORF и одну последовательность VCR, которые с помощью интеграз вновь могут быть внедрены в состав как собственного, так и других интегронов. Например, интеграза MRI класса 1, IntI1 , способна осуществлять рекомбинацию между attI1-сайтом и VCR- сайтами кассет суперинтегрона V. cholerae, а также другими attC-сайтами генных кассет самого разного происхождения, причем IntI1-зависимые рекомбинационные процессы происходят одинаково эффективно как в клетках холерного вибриона, так и в других бактериях [ Biskri, 2005 ]. Эти данные явились достаточным основанием для предположения, объясняющего происхождение различий в attC-сайтах генных кассет MRIs, суть которого сводится к тому, что каждый отличающийся сайт attC в MRIs ведет свое происхождение от одного из множества существующих суперинтегронов [ Mazel, 1998 , Barker, 1994 ].
Сравнение наборов кассет из суперинтегронов V. metschnikovii , V. fisheri и V. cholerae показало, что большинство кассет, найденных в суперинтегроне одного вида бактерий, не встречается в суперинтегроне другого вида, т.е. кассетные ряды разных суперинтегронов отличаются видоспецифичностью [ Rowe-Magnus, 2003 ]. Так, ни одна из 19 уникальных генных кассет V. fisheri не была найдена в других видах вибрионов и только 6 из 32 кассет V. metschnikovii имеют "двойников" в суперинтегроне V. cholerae. Две из кассет-"двойников" V. metschnikovii были полностью секвенированы и их последовательности сравнены с гомологичными кассетами V. cholerae. Оказалось, что два семейства кассет проявляют разные степени сходства в ORF и attC-частях: у одной пары гомологов ORF практически не отличались между собой (94% гомологии), в то время как фланкирующие их attC-сайты имели сходство лишь на 62-63%. Вторая пара кассет-"двойников" проявляла примерно одинаковую степень дивергенции в обеих частях кассет. Эти данные рассматриваются как доказательство того, что часть кассет собирается в интегронах путем объединения ORF со специфичными для данного вида и интегрона attC-сайтами, в то время как другие кассеты, по-видимому, имели общего предшественника и в разных видах оказались благодаря горизонтальному переносу.
Сайты attC генных кассет разных видов вибрионов отличаются протяженностью и степенью гомологии в нуклеотидных последовательностях, хотя их структурная организация имеет большое сходство.
Видоспецифичность состава генных кассет может служить доказательством их роли в приспособлении бактерий разных видов к определенным условиям существования, а также свидетельством того, что процесс сборки большинства кассет происходит независимо внутри каждого вида. Обнаружение в составе практически каждого суперинтегрона незначительного числа кассет с attC-сайтами других интегронов указывает на их чужеродное происхождение.
