Мобильные элементы в геномах прокариот.

IS-элементы – это сегменты ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка локализации в другой. IS – элементы содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения – транспозиции.

IS-элементы — инсерционные последовательности длиной 700–1800 п.н., содержащие ОРС одного-двух белков, необходимых для перемещения (в частности, ген рекомбиназы/транспозазы), а также промотор транскрипции. IS-элементы ограничены короткими инвертированными концевыми повторами (10–40 п.н.) и обычно фланкированы прямыми повторами (2–12 п.н.), возникающими из-за удвоения ДНК-мишени в области интеграции элемента. Несмотря на то, что IS-элементы не кодируют каких-либо фенотипических признаков, их внедрение часто вызывает инсерционные мутации или же изменяет экспрессию генов в непосредственной близости от места внедрения. Внедрение двух копий IS-элемента на небольшом расстоянии друг от друга может вызывать делеции заключённого между ними наследственного материала, а присутствие копии в составе другого репликона может вести к образованию коинтегратов этих репликонов (гомологичной рекомбинации). IS-элементы очень широко представлены в хромосомах и МГЭ.

Транспозон – сегмент ДНК, обладающий теми же свойствами, что и IS – элементы, но содержащие также гены, не имеющие непосредственного отношения к транспозиции (гены устойчивостик антибиотикам, тяжелым металлам, гены токсинов, гены ферментов утилизации ксенобиотиков).

Tn-элементы (собственно транспозоны) помимо генов, ответственных за перемещение, несут детерминанты устойчивости к тяжёлым металлам, антибиотикам, УФ, гены факторов патогенности, ферментов утилизации ксенобиотиков и т.п. «Начинка» фланкирована инвертированными повторами из 35–48 п.н. (у Tn 3 -семейства) или двумя идентичными IS-элементами в прямой или обратной ориентации (составные транспозоны, например, Tn 5 и Tn 10); как и в случае IS-элементов, характерно удвоение ДНК-мишени (небольшие прямые повторы). Транспозоны, как правило, внедряются в плазмидную и хромосомную ДНК, используя репликативный (копия — и в доноре, и в реципиенте) или консервативный (вырезание из донора — встраивание в реципиент) механизмы транспозиции, опосредованные собственной транспозазой (TnpA), а в случае Tn 3 -семейства — и резолвазой (TnpR), разрешающей формирующиеся при транспозиции коинтеграты. В составных транспозонах за перемещение отвечает транспозаза, кодируемая лишь одним IS-элементом, второй элемент обычно дефектен. Внедрение транспозонов, как и IS-элементов, оказывает мутагенное и рекомбиногенное действие на ДНК-мишень [10]. Многие Tn-элементы могут автономно перемещаться не только в пределах одного генома, встраиваясь в случайные места, но и между бактериями. Конъюгативные транспозоны обладают собственным (видимо, плазмидного происхождения) tra -опероном. В отличие от классических транспозонов, использующих при интеграции сериновую рекомбиназу (резолвазу/инвертазу) или DD-E-рекомбиназу (транспозазу), конъюгативные транспозоны (Tn 916 из Enterococcus faecalis, Tn 5253 из Streptococcus pneumoniae, CTnDOT из Bacteroides) «приручили» подобную λ-фаговой тирозиновую рекомбиназу (специфичность интеграции зависит от хозяина). Описаны также мобилизуемые транспозоны, содержащие ген рекомбиназы, oriT и mob -систему (Non-replicating Bacteroides Units — NBU1 и NBU2, Tn 4555, Tn 4451, Tn 4453) или только oriT (Tn 5398) и использующие аппарат переноса конъюгативных плазмид или других транспозонов [3].

Mu- подобный фаг Умеренный бактериофаг E.coli, Pseudomonas aeruginosa, Shigella dysenteriaeназываемый Мu, по своему поведению сходен с транспозонами или IS-элементами. Геном Мu представляет собой дуплексную ДНК длиной около 39 т. п. н. с концевыми инвертированными (несовершенными) повторами длиной примерно 20 п. н., которые фланкированы сегментами ДНК E.coli. После инфицирования Mu-ДНК встраивается в хромосому Е. сoli; при этом в месте встраивания происходит дупликация участка длиной 5 п. н. и образуется стабильный лизоген. Mu-подобные фаги — умеренные бактериофаги γ-протеобактерий, сложнейшие транспозоны, которые помимо генов транспозиции/интеграции несут детерминанты сборки фаговых частиц и имеют внеклеточную форму существования. При первичной интеграции в геном инфицированной клетки используют механизм консервативной транспозиции, а при переходе из лизогенной стадии (профага) к литической — репликативную транспозицию. Интеграция фага Mu происходит в случайные сайты, провоцируя инсерционный мутагенез, с дупликацией 5 п.н. ДНК-мишени. При развитии литического сценария множественные копии фага вызывают фрагментацию хромосомы, что способствует упаковке в фаговые капсиды и последующей трансдукции не только вирусной ДНК, но и ближайших фрагментов ДНК-мишени. Иногда фрагменты хромосомы при упаковке в капсид полностью заменяют фаговую ДНК [11].