Migrarea elementelor genetice ale bacteriilor. Elemente genetice mobile ale procariotelor: stratificarea „societății” vagabonzilor și a locuințelor. Mutații la bacterii
Încercările de a secvența genomul unei bacterii uriașe cu sulf Achromatium oxaliferum a dat un rezultat paradoxal: s-a dovedit că fiecare celulă bacteriană conține nu unul, ci mulți genomi diferiți. Nivelul diversității genetice intracelulare A. oxaliferum comparabil cu diversitatea unei comunități bacteriene cu mai multe specii. Aparent, cromozomi diferiți se înmulțesc în diferite părți ale citoplasmei, care este subdivizată de incluziuni mari de calcit în multe compartimente (compartimente) care comunică slab. Un rol important în menținerea diversității genetice interne îl au numeroase elemente genetice mobile care facilitează transferul genelor de la cromozom la cromozom. Autorii descoperirii sugerează că selecție naturalăîn acest organism unic, nu este atât la nivelul celulelor, ci la nivelul compartimentelor individuale din cadrul unei celule gigantice.
1 Bacterii misterioase
Bacterie uriașă cu sulf Achromatium oxaliferum a fost descoperit în secolul al XIX-lea, dar biologia sa rămâne încă misterioasă - în mare parte pentru că acromația nu poate fi cultivată în laborator. Celulele de acromație pot avea o lungime de până la 0,125 mm, ceea ce o face cea mai mare dintre bacteriile de apă dulce (există bacterii cu sulf și mai mari în mări, cum ar fi Thiomargarita, care este descris în știri Cei mai vechi embrioni precambrieni s-au dovedit a fi bacterii? , „Elemente”, 15.01.2007).
Achromatium oxaliferum trăiește în sedimentele de fund ale lacurilor proaspete, unde apare de obicei la limita zonelor de oxigen și anoxice, dar pătrunde și în straturile complet anoxice. Alte soiuri (sau specii) de acromație trăiesc în izvoarele minerale și în sedimentele sărate ale mlaștinilor de maree.
Acromația își obține energia prin oxidarea hidrogenului sulfurat, mai întâi la sulf (care este stocat sub formă de granule în citoplasmă), iar apoi la sulfați. El este capabil să repare carbon anorganic, dar poate absorbi compusi organici. Nu este clar dacă este capabil să gestioneze doar metabolismul autotrof sau dacă are nevoie de hrănire organică.
O caracteristică unică a acromației este prezența a numeroase incluziuni mari de calcit coloidal în celulele sale (Fig. 1). De ce bacteriile au nevoie de acest lucru și ce rol joacă carbonatul de calciu în metabolismul său nu este cunoscut cu exactitate, deși există ipoteze plauzibile (V. Salman et al., 2015. Bacteriile mari de sulf acumulate de calcit din gen Acromatiumîn Sippewissett Salt Marsh).
Citoplasma acromației se înghesuie în golurile dintre granulele de calcit, care de fapt o subîmpart în multe compartimente (compartimente) comunicante. Deși compartimentele nu sunt complet izolate, schimbul de materie între ele, aparent, este dificil, mai ales că procariotele au sisteme de transport intracelular activ mult mai slabe decât eucariotele.
Și acum s-a dovedit că granulele de calcit nu sunt singura caracteristică unică a acromației. Și nici măcar cel mai uimitor. Într-un articol publicat în jurnal Comunicarea naturii, biologii germani și britanici au raportat rezultate paradoxale în încercările de a citi genomurile celulelor individuale A. oxaliferum de pe fundul sedimentelor lacului Stechlin din nord-estul Germaniei. Aceste rezultate sunt atât de neobișnuite încât este dificil să crezi în ele, deși aparent nu există motive pentru a ne îndoi de fiabilitatea lor: munca a fost efectuată metodologic cu foarte multă atenție.
2. Confirmarea poliploidiei
Deși acromația, așa cum sa menționat deja, se referă la bacterii necultivabile, acest inconvenient este parțial compensat de dimensiunea gigantică a celulelor. Ele sunt clar vizibile la un microscop cu lumină chiar și la o mărire mică și pot fi prelevate manual din mostre de sedimente de fund (trecute anterior printr-un filtru pentru a îndepărta particulele mari). Acesta este modul în care autorii au colectat materiale pentru studiul lor. Celulele A. oxaliferum sunt acoperite cu un înveliș organic, pe suprafața căruia sunt plin de diverși conviețuitori - bacterii mici. Toată această microbiotă concomitentă a fost spălată cu grijă de celulele selectate pentru a reduce proporția de ADN străin din probe.
În primul rând, cercetătorii au colorat celulele acromatice cu un colorant fluorescent special pentru ADN, pentru a înțelege cât de mult material genetic este în celulă și cum este distribuit. S-a dovedit că moleculele de ADN nu sunt limitate la nicio zonă a citoplasmei, ci formează multe (în medie, aproximativ 200 pe celulă) acumulări locale în golurile dintre granulele de calcit (Fig. 1, b, d).
Având în vedere tot ce se știe până în prezent despre bacteriile mari și organizarea lor genetică, acest fapt este deja suficient pentru a considera că este dovedit că A. oxaliferum este un poliploid, adică fiecare dintre celulele sale conține nu una, ci multe copii ale genomului.
Cu toate acestea, retrospectiv, este deja clar că o astfel de celulă procariotă uriașă nu s-ar descurca cu o singură copie. Pur și simplu nu ar fi suficient să furnizezi întregii celule transcrierile necesare pentru sinteza proteinelor.
Judecând după faptul că clusterele de ADN diferă în intensitatea fluorescenței, aceste clustere conțin cel mai probabil un număr diferit de cromozomi. Aici este necesar să se facă o rezervare că, de obicei, întregul genom al unei celule procariote este situat pe un cromozom inel. Pentru acromatium, acest lucru nu a fost dovedit, dar este foarte probabil. Prin urmare, pentru simplitate, autorii folosesc termenul „cromozom” ca sinonim pentru termenul „o copie a genomului”, iar noi vom proceda la fel.
În această etapă, nu s-a descoperit încă nimic senzațional. S-au dus vremurile în care toată lumea credea că procariotele au întotdeauna sau aproape întotdeauna un singur cromozom circular în fiecare celulă. Astăzi, multe specii de bacterii poliploide și arhee sunt deja cunoscute (vezi Elemente, 14.06.2016).
3. Metagenomul unei comunități multispecice - într-o singură celulă
Miracolele au început când autorii au început să izoleze ADN-ul din celulele selectate și spălate și să secvențieze. Din 10.000 de celule s-a obținut un metagenom (vezi Metagenomics), adică un set (aproximativ 96 de milioane) de fragmente aleatorii secvențiate scurte de cromozomi (citește) aparținând unor indivizi diferiți și împreună dând o idee despre diversitatea genetică a unei populații.
Cercetatorii au inceput apoi sa secventieze ADN-ul din celule individuale. În primul rând, fragmente ale genei 16s-ARNr au fost izolate din 27 de celule, conform cărora se obișnuiește să se clasifice procariotele și prin care se determină de obicei prezența uneia sau alteia specii microbiene în proba analizată. Aproape toate fragmentele izolate au aparținut acromației (adică au coincis aproximativ cu secvențele ARNr-16s ale acromației deja disponibile în bazele de date genetice). De aici rezultă că ADN-ul studiat nu a fost contaminat cu materialul genetic al unor bacterii străine.
Sa dovedit că fiecare celulă A. oxaliferum, spre deosebire de marea majoritate a altor procariote, conține nu una, ci mai multe variante (alele) diferite ale genei 16s-rARN. Este dificil să se determine numărul exact de variante, deoarece micile diferențe pot fi explicate prin erori de secvențiere și dacă numai fragmente foarte diferite sunt considerate „diferite”, atunci se pune întrebarea, cât costă trebuie să fie foarte diferite. Folosind cele mai stricte criterii, s-a dovedit că în fiecare celulă există aproximativ 4-8 alele diferite ale genei 16s-rARN, iar aceasta este estimarea minimă, dar de fapt, cel mai probabil, există mai multe. Acest lucru contrastează puternic cu situația caracteristică altor procariote poliploide, în care, de regulă, aceeași variantă a unei anumite gene se află pe toți cromozomii unei celule.
Mai mult, s-a dovedit că alelele genei 16s-ARNr sunt prezente în aceeași celulă A. oxaliferum, formează adesea ramuri foarte îndepărtate unele de altele pe un arbore genealogic comun al tuturor variantelor acestei gene găsite (mai devreme și acum) în A. oxaliferum. Cu alte cuvinte, alelele 16s-ARNr dintr-o celulă nu sunt mai mult legate între ele decât alelele luate la întâmplare din celule diferite.
În cele din urmă, autorii au efectuat secvențierea totală a ADN-ului din șase celule individuale. Aproximativ 12 milioane de fragmente aleatorii (citituri) au fost citite pentru fiecare celulă. Într-o situație normală, acest lucru ar fi mai mult decât suficient pentru a folosi programe speciale de calculator pentru a asambla din citiri, folosind părțile lor suprapuse, șase genomi individuale de foarte înaltă calitate (adică citite cu acoperire foarte mare, vezi Acoperire).
Dar nu a fost cazul: deși aproape toate citirile aparțineau indiscutabil acromației (amestecul de ADN străin era neglijabil), fragmentele citite au refuzat categoric să fie asamblate în genoame. O analiză ulterioară a clarificat motivul eșecului: s-a dovedit că fragmentele de ADN izolate din fiecare celulă aparțin de fapt nu unuia, ci multor genomi destul de diferiți. De fapt, ceea ce autorii au obținut din fiecare celulă individuală nu este un genom, ci metagenom. Astfel de seturi de citiri sunt de obicei obținute prin analizarea nu a unui organism, ci a întregii populații, care are și un nivel ridicat de diversitate genetică.
Această concluzie a fost confirmată în mai multe moduri independente. În special, sunt cunoscute zeci de gene care sunt aproape întotdeauna prezente în genomii bacterieni într-o singură copie (gene marker cu o singură copie). Aceste gene marker cu o singură copie sunt utilizate pe scară largă în bioinformatică pentru a verifica calitatea ansamblului genomului, a estima numărul de specii din probele metagenomice și alte sarcini similare. Deci, în genomul (sau „metagenomul”) celulelor individuale A. oxaliferum majoritatea aceste gene sunt prezente ca mai multe copii diferite. Ca și în cazul ARNr 16s, alelele acestor gene cu o singură copie găsite în aceeași celulă nu sunt în general mai legate între ele decât sunt alelele din celule diferite. Nivelul diversităţii genetice intracelulare s-a dovedit a fi comparabil cu nivelul diversităţii întregii populaţii, estimat pe baza unui metagenom de 10.000 de celule.
Metagenomica modernă are deja metode care fac posibilă izolarea fragmentelor din multe fragmente eterogene de ADN găsite într-o probă care, cel mai probabil, aparține aceluiași genom. Dacă există suficiente astfel de fragmente, atunci o parte semnificativă a genomului și chiar un genom complet poate fi asamblată din ele. În acest fel, un nou supertip de arhee, asgardarchei, a fost recent descoperit și caracterizat în detaliu (vezi Descris un nou supertip de arhee, căruia îi aparțin strămoșii eucariotelor, „Elementele”, 16.01.2017). Autorii au aplicat aceste metode la „metagenomul” celulelor individuale. A. oxaliferum. Acest lucru a făcut posibilă identificarea în fiecare „metagenom” a 3-5 seturi de fragmente genetice, cel mai probabil corespunzând genomilor circulari individuali (cromozomi). Sau, mai degrabă, fiecărui astfel de set corespunde unui întreg grup de genomi similari. Numărul de genomi diferiți din fiecare celulă A. oxaliferum probabil mai mult de 3-5.
Nivelul diferențelor dintre genomi prezente în aceeași celulă A. oxaliferum, corespunde aproximativ cu interspecii: bacteriile cu acest nivel de diferențe, de regulă, aparțin unor specii diferite ale aceluiași gen. Cu alte cuvinte, diversitatea genetică prezentă în fiecare celulă individuală A. oxaliferum, comparabil nici măcar cu o populație, ci cu o comunitate cu mai multe specii. Dacă ADN-ul dintr-o singură celulă de acromație ar fi analizat folosind metode moderne de metagenomică „orb”, fără a ști că tot acest ADN provine dintr-o singură celulă, atunci analiza ar arăta fără ambiguitate că mai multe tipuri de bacterii sunt prezente în probă.
4. Transfer intracelular de gene
Deci, la A. oxaliferum a descoperit un tip de organizare genetică fundamental nou, de-a dreptul nemaiauzit. Desigur, descoperirea ridică o mulțime de întrebări și, mai ales, întrebarea „cum poate fi asta?!”
Nu vom lua în considerare varianta cea mai neinteresantă, și anume că toate acestea sunt rezultatul unor erori grosolane făcute de cercetători. Dacă da, vom afla destul de curând: Comunicarea naturii- jurnalul este serios, alte echipe vor dori să repete studiul, așa că este puțin probabil ca o infirmare să întârzie să apară. Este mult mai interesant să discutăm situația pe ipoteza că studiul a fost efectuat cu atenție și rezultatul este de încredere.
În acest caz, trebuie mai întâi să încercați să aflați motivele detectate A. oxaliferum diversitate genetică intracelulară fără precedent: cum se formează, de ce persistă și cum reușește microbul însuși să supraviețuiască în acest proces. Toate aceste întrebări sunt foarte dificile.
În toate celelalte procariote poliploide studiate până în prezent (inclusiv arheea iubitoare de sare cunoscută cititorilor „Elementelor”) Haloferax volcanii) toate copiile genomului prezente în celulă, indiferent câte ar fi, sunt foarte asemănătoare între ele. Nimic nu se aseamănă cu diversitatea intracelulară colosală găsită în A. oxaliferum, nu sunt observate. Și acesta nu este în niciun caz un accident. Poliploidia oferă procariotelor o serie de avantaje, dar contribuie la acumularea necontrolată de mutații dăunătoare recesive, care în cele din urmă pot duce la dispariție (pentru mai multe detalii, vezi știrea Poliploidia strămoșilor eucarioți - cheia înțelegerii originii mitozei și meiozei, „Elementele”, 06/14/2006).
Pentru a evita acumularea de încărcare mutațională, procariotele poliploide (și chiar plastidele poliploide ale plantelor) utilizează în mod activ conversia genelor - o variantă asimetrică a recombinării omoloage, în care două alele nu își schimbă locul, trecând de la cromozom la cromozom, ca în trecerea, iar una dintre alele este înlocuită cu alta. Acest lucru duce la unificarea cromozomilor. Datorită conversiei genice intensive, mutațiile dăunătoare sunt fie rapid „suprascrise” de versiunea necoruptă a genei, fie intră într-o stare homozigotă, apar în fenotip și sunt respinse prin selecție.
La A. oxaliferum Conversia genelor și unificarea cromozomilor, cel mai probabil, au loc și ele, dar nu la scara întregii celule, ci la nivelul „compartimentelor” individuale - goluri între granulele de calcit. Prin urmare, diferite variante ale genomului se acumulează în diferite părți ale celulei. Autorii au verificat acest lucru prin colorarea selectivă a diferitelor variante alelice ale genei 16s-rARN (vezi Fluorescent in situ hibridizare). S-a dovedit că în diferite părți ale celulei, concentrația diferitelor variante alelice diferă cu adevărat.
Cu toate acestea, acest lucru este încă insuficient pentru a explica cel mai înalt nivel de diversitate genetică intracelulară găsit în A. oxaliferum. Autorii văd cauza sa principală în ratele ridicate de mutageneză și rearanjamentele genomice intracelulare. Comparația fragmentelor de cromozomi din aceeași celulă a arătat că acești cromozomi, aparent, duc o viață foarte turbulentă: mută constant, rearanjează și schimbă părți. La A. oxaliferum din Lacul Stechlin, numărul de elemente genetice mobile este mult crescut în comparație cu alte bacterii (inclusiv cele mai apropiate rude - acromații din mlaștini sărate, în care nivelul diversității intracelulare, judecând după datele preliminare, este mult mai scăzut). Activitatea elementelor transpozabile contribuie la rearanjamentele genomice frecvente și la transferul segmentelor de ADN de la un cromozom la altul. Autorii chiar au inventat un termen special pentru aceasta: „transferul de gene intracelulare” (iGT), prin analogie cu toate transferurile de gene orizontale cunoscute (HGT).
Una dintre cele mai clare dovezi ale rearanjamentelor frecvente în cromozomi A. oxaliferum- o ordine diferită a genelor în diferite versiuni ale genomului, inclusiv în cadrul aceleiași celule. Chiar și în unele operoni conservatori (se modifică rar în cursul evoluției), genele individuale sunt uneori localizate în secvențe diferite pe cromozomi diferiți în cadrul aceleiași celule.
Figura 2 prezintă schematic principalele mecanisme pe care, potrivit autorilor, le creează și le întrețin nivel inalt diversitatea genetică intracelulară în A. oxaliferum.
5. Selecția intracelulară
Rearanjamente frecvente, transfer de gene intracelulare, o rată mare de mutageneză – chiar dacă toate acestea pot explica cumva diversitatea genetică intracelulară ridicată (și cred că nu poate, vom vorbi despre asta mai jos), rămâne neclar cum reușește acromația să rămână viabilă în astfel de condiții. La urma urmei, marea majoritate a mutațiilor și rearanjamentelor non-neutre (care influențează fitness-ul) trebuie să fie dăunătoare! Procariotele poliploide au deja o tendință crescută de a acumula încărcătură mutațională și, dacă permitem și rate ultra-înalte de mutageneză, devine complet de neînțeles cum poate exista o astfel de creatură precum acromația.
Și aici autorii au prezentat o ipoteză cu adevărat inovatoare. Ei sugerează că selecția naturală în acromație operează nu atât la nivelul celulelor întregi, ci la nivelul compartimentelor individuale - goluri slab comunicante între granulele de calcit, în fiecare dintre care, probabil, se înmulțesc propriile variante ale genomului.
La prima vedere, presupunerea poate părea sălbatică. Dar dacă te gândești bine, de ce nu? Pentru a face acest lucru, este suficient să presupunem că fiecare cromozom (sau fiecare grup local de cromozomi similari) are o „rază de acțiune” limitată, adică proteinele codificate în acest cromozom sunt sintetizate și funcționează în principal în imediata sa vecinătate și nu sunt agitate uniform în întreaga celulă. Cel mai probabil, așa cum este. În acest caz, acele compartimente în care se află cromozomii mai reușiți (conținând un minim de mutații dăunătoare și maxime benefice) își vor replica cromozomii mai repede, vor fi mai mulți, vor începe să se răspândească în interiorul celulei, deplasând treptat copiile mai puțin reușite ale genomului din compartimentele învecinate. Este posibil să ne imaginăm așa ceva.
6. Diversitatea genetică intracelulară are nevoie de mai multe explicații
Ideea selecției intracelulare intensive a genomului, care răspunde la o întrebare (de ce acromația nu se stinge la o rată atât de mare de mutageneză), creează imediat o altă problemă. Faptul este că, datorită unei astfel de selecții, copiile mai reușite (replicare mai rapidă) ale genomului trebuie să forțeze copiile mai puțin reușite în interiorul celulei, inevitabil. coborândîn timp ce diversitatea genetică intracelulară. Cea pe care am vrut să o explicăm de la bun început.
Mai mult, este clar că diversitatea genetică intracelulară trebuie să scadă brusc cu fiecare diviziune celulară. Diferiți cromozomi se află în compartimente diferite, prin urmare, în timpul diviziunii, fiecare celulă fiică va primi nu toate, ci doar câteva dintre variantele genomului pe care le are celula mamă. Acest lucru este vizibil chiar și în Fig. 2.
Selecția intracelulară plus compartimentarea genomilor sunt două mecanisme puternice care ar trebui să reducă diversitatea internă atât de rapid încât nicio rată de mutageneză imaginabilă (compatibilă cu viața) nu îi poate rezista. Astfel, diversitatea genetică intracelulară rămâne inexplicabilă.
Discuând rezultatele obținute, autorii se referă în mod repetat la munca noastră, care este descrisă în știrea Poliploidia strămoșilor eucarioți este cheia înțelegerii originii mitozei și meiozei. În special, ei menționează că este foarte benefic pentru procariotele poliploide să facă schimb de material genetic cu alte celule. Cu toate acestea, ei cred că schimbul genetic intercelular nu joacă un rol important în viața Achromatium. Acest lucru este justificat de faptul că, deși genele pentru absorbția ADN-ului din mediul extern (transformare, vezi Transformare) au fost găsite în metagenomul Achromatium, nu există gene pentru conjugare (vezi Conjugare bacteriană).
În opinia mea, arhitectura genetică a acromației nu se referă la conjugare, ci la modalități mai radicale de amestecare a materialului genetic al diferiților indivizi, cum ar fi schimbul de cromozomi întregi și fuziunea celulară. Judecând după datele obținute, din punct de vedere genetic, celula A. oxaliferum este ceva asemănător cu un plasmodium sau sincitiu procariot, ca cele care se formează ca urmare a fuziunii multor celule diferite din punct de vedere genetic în mucegaiurile slime. Reamintim că acromația este o bacterie necultivată, așa că este posibil ca unele elemente ale ciclului său de viață (cum ar fi fuziunea periodică a celulelor) să scape de atenția microbiologilor.
În favoarea faptului că se formează diversitatea genetică intracelulară a acromației Nu intracelular, este evidenţiată de unul dintre principalele fapte descoperite de autori, şi anume, că alelele multor gene situate în aceeaşi celulă formează ramuri pe arborele filogenetic care sunt departe unele de altele. Dacă toată diversitatea intracelulară de alele s-ar fi formată în celulele care se reproduc clonal care nu schimbă genele între ele, atunci s-ar putea aștepta ca alelele dintr-o celulă să fie mai legate între ele decât alelele din celule diferite. Dar autorii au arătat în mod convingător că nu este cazul. În general, aș paria că fuziunea celulară este prezentă în ciclul de viață al acromației. Aceasta pare a fi cea mai economică și plauzibilă explicație pentru enorma diversitate genetică intracelulară.
În partea finală a articolului, autorii sugerează că arhitectura genetică a acromației poate arunca lumină asupra originii eucariotelor. Ei au spus-o astfel: Apropo, Markov și Kaznacheev au sugerat că, la fel ca acromația din Lacul Shtekhlin, celulele proto-eucariote ar putea muta rapid, diversificându-și cromozomii, bacteriile poliploide/arheile.". Foarte corect, dar am arătat și că o astfel de creatură nu ar putea supraviețui fără un schimb genetic interorganism intens. Să sperăm că cercetările ulterioare vor face lumină asupra misterelor rămase nerezolvate ale acromației.
La mijlocul anilor '70 ai secolului XX. elemente genetice mobile descoperite. Sunt segmente de ADN capabile de transpunere (mișcare) în cadrul aceluiași genom sau al unor genomi diferiți. După gradul de complexitate structurală, se disting trei tipuri de elemente genetice migratoare: elemente-IS (din engleză, secvență de inserție - secvențe de inserție), transpozoni (elemente Tn) și unii bacteriofagi, în special fagul Mu.
Cele mai simple structuri genetice capabile de transpunere sunt elementele IS. Dimensiunea lor este în medie de 750-1500 de perechi de baze (bp). Ele conțin doar genele care asigură propria lor mișcare. În structura elementelor IS, se disting o parte centrală și repetările terminale limitatoare (de flancare). În partea centrală, există gene care codifică sinteza proteinelor necesare transpoziției. Secțiunile terminale sunt reprezentate de secvențe de nucleotide repetate, lungi de 8-40 pb. Repetările au orientarea opusă una față de alta și se numesc repetiții inversate (inversate). Ei servesc semn distinctiv diverse elemente genetice migratoare.
Structura repetițiilor terminale determină dimensiunea dublărilor ADN (dublarea) la locurile de inserție a elementelor IS. Astfel, elementul IS 1 găsit în compoziția cromozomului E. coli-K12 este format din 768 bp, formând la capete repetări inversate lungi de 30 bp. fiecare. Fiecare element IS are propria sa secvență de nucleotide și poate fi inclus în ADN-ul bacteriilor, plasmidelor și fagilor în orice orientare, provocând inactivarea genelor structurale individuale și, ca urmare, mutații ale genomului sau perturbând funcțiile de reglare ale operonului. Un cromozom bacterian poate conține simultan mai multe copii ale aceluiași element IS. Mișcarea elementelor IS induce diferite tipuri de rearanjamente cromozomiale - duplicări, inversiuni, deleții.
Transpozoni sau elemente Tn - elementele genetice mobile conțin gene pentru proprietățile fenotipice ale bacteriilor și ale genelor
propria transpunere. Ei sunt capabili să pătrundă în diferite părți ale cromozomului sau în structurile genetice extracromozomiale. Transpozonii diferă de elementele IS într-o organizare mai complexă, iar unii conțin elemente IS în compoziția lor.
Transpozonii sunt împărțiți în două clase: A și B (Fig. 10.4). Transpozonii de clasa A (Tp 5) din partea centrală conțin gene structurale care determină proprietățile fenotipice, de exemplu, rezistența la antibiotice a bacteriilor, iar genele de transpoziție sunt conținute în repetări inversate terminale, care sunt elemente IS. Transpozonii din clasa B (Tp 3) conțin nu numai gene pentru trăsăturile fenotipice, ci și gene pentru transpunere în partea centrală. Repetările lor terminale sunt mult mai scurte și nu pot îndeplini funcțiile de transpunere. Aceste funcții sunt îndeplinite de două gene ale părții centrale. Diferențele dintre transpozonii de clasa A și clasa B constau și în mărimea duplicărilor formate atunci când sunt introduși în plasmide sau cromozomi: primii formează duplicări a 9 perechi de nucleotide, cei din urmă doar 5.
Orez. 10.4. Schema structurii transpozonilor de clasa A și clasa B: IP - repetări inversate; GT - gene de transpunere; HFP - gene pentru trăsăturile fenotipice
Transpozonii sunt mult mai mari decât elementele IS și au o medie de 3500-15000 de perechi de baze. Astfel, lungimea totală a transpozonului Tp 5 este de 5800 bp, din care 1500 bp fiecare. cade pe terminalul inversat se repetă. Tp 5 codifică pentru cinci proteine. Dintre acestea, o proteină codifică partea centrală și două proteine fiecare - se repetă terminal. Transposonul Tp 5 determină rezistența la kanamicină, neomicină și alte antibiotice înrudite.
Ca o consecință a mișcării transpozonilor, precum și a elementelor IS, pot exista diverse rearanjamente cromozomiale: deleții, inversiuni, translocații, duplicări. În plus, mișcarea transpozonilor între doi repliconi diferiți (două plasmide, sau o plasmidă și un cromozom) poate face ca acești repliconi să fuzioneze pentru a forma cointegrate. Recombinarea ulterioară specifică locului duce la separarea cointegratului în doi repliconi cu includerea unei copii a transpozonului în fiecare replicon. Reglarea transpoziției este realizată de genele MGE proprii și genele cromozomiale ale bacteriilor gazdă.
Fagul Mu temperat, izolat în 1963 dintr-o cultură de Vibrio cholerae, posedă și proprietăți MGE. Cu toate acestea, spre deosebire de elementele IS și transpozoni, nu conține nici secvențe de nucleotide drepte, nici inversate la capetele genomului. Repetările terminale ale fagului Mu sunt fragmente de ADN ale celulei gazdă în care s-a dezvoltat fagul. ADN-ul celular este atașat de genomul fagului în timpul reproducerii sale și se pierde în timpul integrării sale într-un nou sit. Abilitatea unică Fagul Mu este transferul de gene bacteriene în diferite părți ale cromozomului sau plasmidei celulei primitoare. Fagul Mu realizează o transpunere constantă pe parcursul întregului ciclu litic. Nu are specificitate pentru un locus cromozomial și se poate introduce spontan în diferite locuri de-a lungul întregului cromozom, provocând mutații în genele cromozomiale. Pentru activitatea sa ridicată de a induce mutații, a primit numele de Mu (din engleză, mutator).
În ciuda unor diferențe în organizarea structurală, proprietate comună MGE este capacitatea lor de a pătrunde în multe secțiuni ale ADN-ului cromozomial sau plasmidic, provocând mutații și diverse rearanjamente ale genelor. MGE-urile servesc, de asemenea, ca locații specifice pentru introducerea plasmidelor în cromozomi. Prin MGE, se realizează recombinarea între ADN-ul neomolog. Domeniul timp al omologiei este creat de MGE,
fiind inclus într-una sau alta parte a cromozomii sau plasmidei
ADN.
Migrarea elementelor genetice, inducerea rearanjamentelor genice și cromozomiale, contribuie semnificativ la redistribuire. informatii genetice, oferă bacteriilor avantaje selective în anumite condiții de existență, au un impact semnificativ asupra dezvoltării și evoluției speciilor microbiene.
genomului bacterian constă din elemente genetice capabile de autoreplicare, adică replicoane. Repliconurile sunt cromozom bacterianȘi plasmide.
Informațiile ereditare sunt stocate în bacterii sub forma unei secvențe de nucleotide ADN, care determină secvența de aminoacizi dintr-o proteină. Fiecare proteină are propria sa genă, adică o secțiune discretă a ADN-ului, care diferă prin numărul și specificitatea secvenței de nucleotide.
cromozom bacterian Este reprezentat de o moleculă de ADN dublu catenar de formă circulară. Dimensiunile cromozomului bacterian în diverși reprezentanți ai regatului Procariote varia. Cromozomul bacterian formează un nucleoid compact celula bacteriana. Cromozomul bacterian are un set haploid de gene. Codifică funcțiile vitale ale celulei bacteriene.
Plasmide bacteriile sunt molecule de ADN dublu catenar. Ele codifică funcții care nu sunt esențiale pentru viața unei celule bacteriene, dar care oferă bacteriei avantaje atunci când intră în conditii nefavorabile existenţă.
Proprietățile microorganismelor, ca orice alte organisme, sunt determinate de acestea genotip, adică totalitatea genelor unui individ. Termenul „genom” în relație cu microorganismele este aproape sinonim cu conceptul de „genotip”.
Fenotip este rezultatul interacțiunii dintre genotip și mediu, adică manifestarea genotipului în condiții specifice de habitat. Fenotipul microorganismelor, deși depinde de mediu inconjurator, dar este controlată de genotip, deoarece natura și gradul modificărilor stenotipice posibile pentru o celulă dată sunt determinate de un set de gene, fiecare dintre acestea fiind reprezentată de o anumită regiune a moleculei de ADN.
În centrul variabilității constă fie o modificare a răspunsului genotipului la factorii de mediu, fie o schimbare a genotipului în sine ca urmare a mutației genei sau recombinării lor. În acest sens, variabilitatea fenotipică este împărțită în ereditară și neereditară.
Variabilitatea neereditară (de mediu, modificare) se datorează influenței factorilor intra și extracelulari asupra manifestării genotipului. Când factorul care a determinat modificarea este eliminat, aceste modificări dispar.
Variabilitatea ereditară (genotipică) asociată cu mutații - variabilitate mutațională. Mutația se bazează pe modificări ale secvenței nucleotidelor din ADN, pierderea lor completă sau parțială, adică are loc o rearanjare structurală a genelor, care se manifestă fenotipic sub forma unei trăsături modificate.
Variabilitatea ereditară asociată recombinărilor se numește variabilitate de recombinare.
elemente genetice mobile.
Compoziția genomului bacterian, atât în cromozomul bacterian, cât și în plasmide, include elemente genetice mobile. Elementele genetice mobile includ secvențe de inserție și transpozoni.
Inserare (inserție) secvențe Elementele IS sunt regiuni ADN care se pot deplasa în ansamblu de la un site de replicon la altul, precum și între repliconi. Ele conțin doar acele gene care sunt necesare pentru propria lor mișcare - transpoziție: gena care codifică enzima transpoziție, asigurarea procesului de excludere a elementului IS din ADN și integrarea acestuia într-un nou locus și o genă care determină sinteza unui represor care reglează întregul proces de mișcare.
O caracteristică distinctivă a elementelor IS este prezența la capetele secvenței de inserție repetări inversate. Aceste repetări inversate sunt recunoscute de enzimă transpoziza. Transposaza efectuează rupturi monocatenar în catenele de ADN situate pe ambele părți ale elementului mobil. Copia originală a elementului IS rămâne în locația sa inițială, în timp ce duplicatul său replicat este mutat în noua locație.
Mișcarea elementelor genetice mobile este denumită în mod obișnuit recombinare replicativă sau ilegitimă. Cu toate acestea, spre deosebire de cromozomul și plasmidele bacteriene, elementele genetice mobile nu sunt repliconi independenți, deoarece replicarea lor este un element integral de replicare a ADN-ului repliconului în care se află.
Sunt cunoscute mai multe varietăți de elemente IS, care diferă ca mărime și prin tipurile și numărul de repetări inversate.
transpozoni- acestea sunt segmente de ADN care au aceleași proprietăți ca și elementele IS, dar au gene structurale, adică gene care asigură sinteza moleculelor care au o proprietate biologică specifică, cum ar fi toxicitatea, sau oferă rezistență la antibiotice.
Deplasându-se de-a lungul repliconului sau între repliconi, elementele genetice mobile provoacă:
1. Inactivarea genelor acelor secțiuni de ADN în care acestea, deplasându-se, sunt integrate.
2. Formarea de deteriorare a materialului genetic.
3. Fuziunea repliconilor, adică inserarea plasmidei în cromozom.
4. Distribuția genelor într-o populație de bacterii, care poate duce la o schimbare proprietăți biologice populațiile, schimbarea agenților patogeni ai bolilor infecțioase și, de asemenea, contribuie la procesele evolutive în rândul microbilor.
Modificări ale genomului bacterian și, în consecință, ale proprietăților bacteriilor pot apărea ca urmare a mutațiilor și recombinărilor.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_1.jpg" alt=">ELEMENTE GENETICE MOBILE. TRANSPOZIȚII">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_2.jpg" alt=">Elemente genetice speciale care se pot muta din"> В геномах плазмид, бактерий и эукариот широко распространены особые генетические элементы, способные перемещаться из одного участка генома в другой, - мобильные элементы. Разнообразные рекомбинационные процессы, лежащие в основе перемещений мобильных элементов, объединены под общим названием «транспозиции». Транспозиции осуществляются особыми белками, гены которых, в основном, локализованы в самих мобильных элементах. Гомология между мобильным элементом и последовательностью ДНК, в которую он перемещается (ДНК-мишень), как правило, отсутствует. Встраивание элементов, как правило, происходит в случайные сайты ДНК-мишени. Для мобильных элементов характерно пребывание в составе хромосом или плазмид.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_3.jpg" alt=">Majoritatea elementelor mobile ale procariotelor și eucariotelor sunt construite conform planului similar cu elementele eucariote."> В большинстве своем мобильные элементы прокариот и эукариот построены по сходному плану. Сами элементы состоят из центральной части, фланкированной инвертированными повторами (ИП). Центральная часть обычно содержит ген (или гены), кодирующие белки транспозиции. Главный белок транспозиции – транспозаза. У ретроэлементов с длинными концевыми повторами энзим, соответствующий транспозазе, называют интегразой. Группа мобильных элементов бактерий содержит в центральной части также гены, не имеющие отношения к транспозиции, чаще всего это факторы устойчивости к антибиотикам, лекарственным веществам или ядам. Такие элементы при их открытии получили название транспозонов (Tn). Позднее так стали называть все мобильные элементы. Далее мы тоже будем называть все мобильные элементы транспозонами. Некоторые бактериальные транспозоны имеют на концах длинные ИП, в свою очередь являющиеся мобильными IS-элементами. В этих случаях центральная часть транспозона содержит только посторонние гены, а гены транспозиции находятся в IS-элементах, причем один из них, инактивирован одной или более мутациями.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_4.jpg" alt=">Tipuri de elemente mobile de bază">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_5.jpg" alt=">IP-urile sunt absolut necesare pentru transpunere, deoarece sunt legate prin capetele lor prin transpunere"> ИП абсолютно необходимы для транспозиции, поскольку именно их концы связываются транспозазой, и по ним происходит рекомбинация. Отдельная группа ретротранспозонов не содержит никаких концевых повторов. Все мобильные элементы, кроме последней группы, на обоих концах фланкированы дуплицированными прямыми повторами (ДПП) из нескольких нуклеотидов ДНК-мишени. Состав этих нуклеотидов варьирует, так как мобильные элементы внедряются в случайные сайты ДНК-мишени, но их число постоянно для каждого элемента. Чаще всего оно равно 5. Таковы !} idei generale despre structura elementelor mobile. În continuare, vom lua în considerare separat elementele mobile ale procariotelor și eucariotelor.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_6.jpg" alt=">Structura elementelor mobile definește mecanismele de deplasare a acestora, deși aceste mecanisme diferă în detaliu, deși sunt diferite în detaliu)."> Структура мобильных элементов определяет механизмы их перемещений. Хотя эти механизмы различаются в деталях, имеется !} principiu general reacții de transpunere. Procesul are loc în 3 etape. În prima etapă 2, moleculele de transpozază se conectează la capetele elementului mobil, le unesc capetele și generează rupturi în ele, cel mai adesea în ambele lanțuri. Apoi transpozaza face pauze de trepte în ambele catene ale ADN-ului țintă, distanțate una de cealaltă de atâtea perechi de baze câte se găsesc în DPP-ul elementului dat. A doua etapă este schimbul de catene, care duce la recombinarea între ADN, lăsând goluri între capetele 5’-P ale elementului și capetele 3’-OH ale țintei din cauza rupurilor treptate. Scindarea catalizată de transpoză și închiderea finală a catenelor de ADN are loc fără pierderea energiei de legătură și nu necesită ATP, ceea ce amintește de recombinarea specifică locului conservat. Diferența față de acesta din urmă este că transposaza nu se formează legătură covalentă cu capătul 5’-P al ADN-ului. La a treia etapă are loc sinteza reparatorie a golurilor, care formează DPP și uneori și replicarea elementului. Acesta este mecanismul general general al recombinării transpoziționale. Vom lua în considerare diverse mecanisme concrete de transpunere simultan cu descrierea diferitelor clase de elemente mobile.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_7.jpg" alt=">transpoziție replicativă transpoziție non-replicativă transpoziție transpoziție nereplicativă diagramă care arată transpunerea generală a reacției">!}
SRC = "https://preessent5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-Mobil_N_E_ELEMENT_FFM.ppt%5C40718-mOBIL_N_N_E_ELEMENT_FFM_8.jpg" alt = "(! Lang:> elemente genetice mobile, elemente genetice mobile transporizate, bacterii mobile, elemente genetice transporizate sunt caracterizate pentru bacterii mobile RIT: IS elementele genetice transpomentate: IS."> МОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОКАРИОТ: IS-элементы, транспозоны Для бактерий и плазмид характерны мобильные элементы с короткими или длинными ИП. Длина ДПП, как правило, 5 или 9 п.н. Бактериальные мобильные элементы можно разделить на две основные группы: 1. IS-элементы: небольшие (размером не более 2,5 т.п.н.) элементы, которые состоят из центральной части с геном транспозазы, фланкированной двумя инвертированными повторами. 2. Собственно транспозоны, которые несут, кроме транспозазы, другие гены, не имеющие отношения к транспозиции (чаще всего гены устойчивости к антибиотикам). Собственно транспозоны можно в свою очередь разделить на следующие группы 1) Сложные транспозоны (семейство Tn3) – короткие ИП на концах, делают в ДНК-мишени ДПП из 5 п.н. и перемещаются по механизму репликативной транспозиции. 2) Составные транспозоны (Tn5, Tn9, Tn10) с длинными ИП, представляющими собой различные IS-элементы. Длина ДПП обычно 9 п.н. Примеры прокариотических мобильных элементов приведены в следующей ниже таблице.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_9.jpg" alt=">Structura elementelor mobile la procariote Schema generală a elementelor mobile în procariote)">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_10.jpg" alt=">Acum să ne uităm la detalii. Principalele mecanisme de replicare a transpunerii figurilor prezentate mai jos sunt prezentate mai jos."> Теперь рассмотрим детали. Основные механизмы транспозиций изображены на рисунках, следующих ниже. Репликативная транспозиция отличается тем, что мобильный элемент, перемещаясь в другую молекулу, оставляет свою копию в исходной ДНК. Это может произойти только за счет удвоения (репликации) элемента. При репликативной транспозиции на концах подвижного элемента происходят разрывы с образованием выступающих 3’-OH-концов. Одновременно транспозаза делает разрывы в ДНК-мишени. 3’-OH-концы подвижного элемента ковалентно связываются с 5’-Р-концами мишени, и образуется структура с двумя вилками репликации на концах подвижного элемента. В вилках репликации инициируется синтез ДНК (направленный «внутрь»). В результате образуется две копии мобильного элемента. При этом репликоны, содержащие «старую» и «новую» копию мобильного элемента сливаются (образуется коинтеграт). Коинтеграты разрешаются (разрезаются) на 2 репликона в рекомбинационном res-сайте ферментом резолвазой. Старая и новая копии мобильного элемента в коинтеграте находятся в одной ориентации, и разрешение коинтеграта идет через !} figură complexă asemănător cu o cifră opt. Ca urmare, se formează din nou 2 repliconi, dar acum fiecare dintre ele poartă o copie a elementului mobil. Reacția se referă la recombinare specifică locului. Mecanismul replicativ de transpunere este relativ neobișnuit. A fost găsit în elementul mobil Is6, fagul Mu și transpozonii bacterieni din familia Tn3 cu IP scurte.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_11.jpg" alt=">Tn3 structura transposon">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_12.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_13.jpg" alt=">Transposonul Tn3 reprezintă o familie de elemente mobile cu mișcare bp3 scurte cu IP-50)"> Транспозон Tn3 представляет семейство мобильных элементов с короткими ИП (35-50 п.н.), перемещающимися с помощью репликативной транспозиции и образующими ДПП из 5 п.н. У самого Tn3 центральная часть содержит гены транспозазы, резолвазы и бета-лактамазы bla (обеспечивает устойчивость к антибиотикам пенициллинового ряда). Ген транспозазы tnA кодирует большой белок из примерно 1000 а.о., ген резолвазы tnR кодирует белок из 185 а.о. Гены транспозазы и резолвазы транскрибируются в противоположных направлениях с промоторов, расположенных в межгенном пространстве длиной 170 п.н. В межгенном пространстве находится и сайт res, по которому происходит разрешение коинтегратов. Транскрипции генов резолвазы и транспозазы конкурируют друг с другом, и ген резолвазы выступает как ген-регулятор гена транспозазы. К семейству Tn3 относятся Tn1, Tn1000 и др.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_14.jpg" alt=">Majoritatea elementelor mobile procariote se mișcă folosind transpoziție nereplicativă de transpunere nereplicativă."> Большинство прокариотических мобильных элементов перемещается с помощью нерепликативной транспозиции. Нерепликативная транспозиция заключается в вырезании элемента и его перемещении в новое место. При этом 2 молекулы транспозазы связываются с концами мобильного элемента и делают разрывы одновременно в обеих цепях ДНК на концах мобильного элемента и в ДНК-мишени. Далее транспозаза сводит вместе концы мобильного элемента и ДНК-мишень, 3-OH-концы элемента соединяются с 5-Р-концами ДНК-мишени, а между 3’-OH-концами ДНК-мишени и 5’-Р- концами элемента образуется брешь, которая заполняется с помощью репаративного синтеза ДНК, в результате чего на концах мобильного элемента возникают ДПП строго фиксированной длины. В исходном репликоне остается ДНР. Будет ли он репарирован – зависит хозяйской клетки. Этот механизм характерен для большинства мобильных элементов бактерий и эукариотических элементов с короткими ИП. По такому типу перемещаются многие IS-элементы и мобильные элементы, которые называют составными: Tn5, Tn9, Tn10 и другие. Составные транспозоны отличаются тем, что у них инвертированные повторы представлены IS-элементами, которые находятся в обратной или (гораздо реже, например, Tn9) в прямой ориентации.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_15.jpg" alt=">ELEMENTE GENETICE MOBILE ELEMENTELE GENETICE MOBILE ÎN EUCARYOTES Elementele mobile sunt mult mai diverse în eucarioți. Elementele mobile sunt mult mai diverse în eucarioți."> МОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭУКАРИОТ Мобильные элементы эукариот значительно разнообразнее прокариотических элементов. У эукариот распространены разнообразные мобильные элементы как прокариотического типа, так и элементы, встречающиеся только у эукариот, – ретроэлементы или ретротранспозоны. Элементы прокариотического типа с короткими ИП (класс II.1) характерны для растений и дрозофилы. Элементы с длинными ИП (класс II.2) у эукариот встречаются редко. Элементы с короткими ИП (класс II.1) содержат транспозазу и перемещаются путем нерепликативной транспозии, но отличаются прокариотических мобильных элементов некоторыми особенностями, специфичными для эукариотических элементов, например, наличием у многих из них интронов. ДНК-транспозоны эукариот делают ДПП различной длины, специфичной для каждого элемента.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_16.jpg" alt=">Exemple de elemente mobile de clasa II.1 din elementele Prosophile sunt conținute de elementele Prosophile Homophile."> Примерами мобильных элементов класса II.1 у дрозофилы являются элементы Р и hobo. Р-элемент содержится в количестве 30-50 копий на геном. Его размер примерно 3 т.п.н., ИП из 31 п.н., ДПП – 8 п.н. Ген транспозазы в центральной части элемента содержит 3 интрона и 4 экзона и экспрессируется с использованием альтернативного сплайсинга. В !} celule somatice din primii trei exoni se formează un ARNm scurtat; din acesta este tradusă o polipeptidă de 66 kDa, care este un represor al transpozazei. În celulele generative, se formează un transcript de lungime completă de 4 exoni și, în consecință, o proteină de lungime completă, transpozaza. Astfel, transpunerea elementului P are loc numai în celulele liniei germinale.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_17.jpg" alt=">Multe elemente de plante mobile aparțin aceluiași tip de elemente transpozoni, porumb1:"> К этому же типу транспозонов относятся многие мобильные элементы растений: элементы Spm кукурузы, Tgm1 сои, Tam1 и Tam2 львиного зева и др. Отметим двухкомпонентную систему Ac/Ds кукурузы (это самый первый обнаруженный мобильный элемент, описанную Барбарой Мак-Клинток): она включает автономно транспозирующийся элемент Ас (4565 п.н., ИП из 11 п.н., ДПП из 8 п.н., ген транспозазы содержит 4 интрона) и гетерогенные по длине элементы Ds, которые являются делетированными производными Ас-элемента и перемещаются с помощью его транспозазы.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_18.jpg" alt=">Clasificarea elementelor mobile eucariote">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_19.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_20.jpg" alt=">Retrotranspozonii sunt răspândiți pe scară largă în eucariotază și transcriptază inversă)"> У эукариот широко распространены ретротранспозоны, в транспозициях которых задействованы фермент обратная транскриптаза (ревертаза) и РНК-копия элемента в качестве интермедиата. Ретроэлементы подразделяются на 2 группы: Ретротранспозоны с длинными прямыми концевыми повторами (ДКП) (класс I.1). Их структура соответствует ДНК-копиям геномов ретровирусов позвоночных, которые также являются мобильными элементами. Ретроэлементы (класс I.2), не содержащие повторов на концах (некоторые авторы используют для них название «ретропозоны»).!}
SRC = "https://preessent5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-Mobil_N_E_ELEMENT_FFM.ppt%5C40718-mOBIL_N_N_E_ENT_FFM_21.jpg" alt = "(! Lang:> Retrovirus este formată din cicluri de dezvoltare a ADN-ului. Retroir este formată din cicluri de transpozon.Retroir și prototipuri de ADN. rion"> Ретровирусы являются «прототипами» ретротранспозонов. Их цикл развития состоит из чередования РНК- и ДНК-стадий. Вирионный геном представлен РНК размером обычно 5-6 т.п.н. с короткими прямыми повторами. Когда ретровирус проникает в клетку хозяина, то с помощью кодируемой им обратной транскриптазы на матрице его РНК синтезируется ДНК-копия, но уже с ДКП (в англоязычной литературе LTR – long terminal repeats) длиной обычно 200-400 п.н. ДКП содержат двунуклеотидные инвертированные повторы на концах и еще ряд повторов на некотором расстоянии от концов, разнообразные регуляторные элементы (промоторы и терминаторы и энхансеры транскрипции). Наличием регуляторных элементов в ДКП обусловлены различные эффекты ретровирусов и ретротранспозонов, встроенных в хромосомы, на экспрессию соседних генов. Центральная часть ретровируса содержит 3 кодирующие рамки: gag – кодирует !} proteine structurale capsid virion; pol - codifică o polipeptidă complexă în care domeniile de integrază (responsabilă pentru integrarea unei copii ADN în genomul gazdă; integraza corespunde transpozazei altor elemente mobile), transcriptază inversă (revertază), RNaza H (ARNza H îndepărtează ARN dintr-un hibrid ADN-ARN) și protează (după transcrierea polipeptidei fuzionate în „funcții polipeptidice” fuzionate, polipeptidele fuzionate sunt separate. Env sunt proteine ale procesului cozii ale virusului, care sunt responsabile de adsorbția retrovirusului pe suprafața celulei gazdă și, în consecință, de virulența acestuia. Majoritatea retrovirusurilor nu conțin gena env și, prin urmare, sunt neinfecțioase.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_22.jpg" alt=">In anul trecut A. I. Kim și colab. au descoperit că elementul mobil MDG-4 (țigan), „> În ultimii ani, A. I. Kim și colab. au descoperit că elementul mobil MDG-4 (țigan) conține gena env și are proprietăți infecțioase. Apoi, cercetătorii francezi au identificat elemente similare în Drosophila ZAM, Idefix etc., mai mult de 10 au fost descoperite în total virusuri izolate în Thuruse, nu doar în s-au găsit virusuri noi. grup separat Errantivirusurile sunt retrovirusuri endogene ale nevertebratelor.În multe retrovirusuri, cadrele de citire ale gag și pol se suprapun (și uneori se „contopesc” într-o transcriere comună).Transpozonii din ambele grupuri se găsesc în toate grupurile de organisme vii de la drojdie la oameni. Retrotranspozonii sunt întotdeauna fabricați în DPP țintă ADN de 5 bp.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_23.jpg" alt=">În retroelemente cu LCT, transpunerea are loc după o schemă intermediară a ARN-ului genomic care include ADN-ul genomic."> У ретроэлементов с ДКП транспозиция происходит по схеме, включающей РНК-интермедиат. С геномной ДНК элемента транскрибируется РНК-копия, но уже с короткими концевыми повторами, с нее путем обратной транскрипции синтезируется ДНК-копия с ДКП, которая встраивается в новое место с помощью интегразы. Интеграция ретротранспозонов с ДКП происходит по механизму, идентичному с нерепликативной транспозицией у прокариот. Интегразы ретротранспозонов, несмотря на различие в названиях, полностью соответствуют транспозазам. Характерно, что структура каталитического центра интегразы ретровируса человеческого иммунодефицита HIV-1 очень сходна с таковой у транспозазы прокариотического элемента Is3. Сходная ситуация наблюдается между интегразой вируса птичьей саркомы ASV и транспозазами Is50 и Mu. Рекомбинация у ретроэлементов без концевых повторов менее изучена, но она также осуществляется через РНК-интермедиат.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_24.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_25.jpg" alt=">Elemente fără secvențe lungi de urmărire: LINE și SINE"> Элементы без длинных концевых последовательностей: LINE и SINE Другая группа ретротранспозонов – элементы класса I.2 (ретропозоны). Их размер – тоже около 5-6 т.п.н., но на концах они не имеют повторов. На 3’-конце они содержат небольшую последовательность поли-A. Прямых повторов в ДНК-мишени они либо не образуют, либо делают не всегда, и, если делают, то нерегулярной длины. Ретротранспозоны класса II можно разделяют на 2 типа: LINE (long interspersed nuclear elements) и SINE (short interspersed nuclear elements) – длиной 200-300 п.н., которые не кодируют никаких белков и не способны к самостоятельному перемещению, а перемещаются, по-видимому, за счет элементов LINE.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_26.jpg" alt=">LINE element structura">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_27.jpg" alt=">LINE elementele sunt larg răspândite atât la nevertebrate, cât și la nevertebrate, vertebrate."> LINE-элементы широко распространены как у беспозвоночных, так и у позвоночных. У млекопитающих LINE и SINE являются преобладающим типом мобильных элементов. Особенно много в геноме позвоночных так называемых Alu-повторов (SINE-элементы, получившие свое название от рестриктазы AluI), которые представлены сотнями тысяч копий на геном и, в случае генома человека, составляют 5% геномной ДНК. LINE-элементы состоят из 5’-нетранслируемой области, центральной части и 3’-нетранслируемой области. На конце 3’-нетранслируемой области находится короткая последовательность поли-A или поли-TAA. Центральная часть содержит гены обратной транскриптазы, РНКазы H и эндонуклеазы (EN), но не содержит ни гена интегразы, ни гена протеазы, так как механизм перемещения LINE-элементов резко отличается от механизма перемещения ретротранспозонов класса I.1.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_28.jpg" alt=">Mecanismul de deplasare a elementelor LINE și SINE este prezentat în figură, spre deosebire de I retroposons."> Механизм перемещения LINE- и SINE-элементов представлен на рисунке. В отличие от ретротранспозонов I типа, здесь реакцию интеграции в хозяйский геном инициируетет РНК-копия элемента. Эндонуклеаза делает ступенчатые ОНР в ДНК-мишени и РНК-копия прикрепляется к концу ДНК-мишени в точке разрыва. На матрице РНК-копии с помощью обратной транскриптазы строится ее ДНК-копия. Свободная группа 3’-OH в точке разрыва используется как праймер для обратной транскриптазы. Потом РНК-копия удаляется с помощью РНКазы H, клеточная репаративная система достраивает вторую цепь ДНК, которая оказывается интегрирированной в реципиентную ДНК. При этом на концах встроенного элемента могут возникать ДПП различной длины. SINE-элементы не способны к самостоятельной транспозиции и используют соответствующий аппарат LINE. Рассмотренный процесс принципиально отличается от других механизмов не только транспозиции, но и других типов рекомбинации вообще тем, что здесь не происходит расщепления ДНК на концах элемента и не происходит обмена цепями ДНК.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_29.jpg" alt=">Mutați un element mobil de tip LINE">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_30.jpg" alt=">Elementele mobile retro au o mare semnificație biologică. Ca toate elementele transpozabile, ele provoacă "> Retroelementele mobile au o mare importanță biologică. Ca toate elementele transpozabile, ele provoacă rearanjamente cromozomiale și inactivează genele prin inserarea în exoni de gene. La Drosophila, transpozițiile reprezintă aproximativ jumătate din mutațiile spontane. Acesta este probabil cazul altor organisme. . În mutantul wa, retrotransposonul a fost introdus în al doilea intron, ceea ce a condus la apariția unui întreg set de transcrieri alternative. În consecință, inactivarea completă a genei nu a avut loc și s-au obținut ochi de caise. Un alt exemplu este mutația homeotică antennapedia la Drosophila. În acest caz, elementul transpozabil a fost integrat în gena secundă și, de asemenea, expresia genei a fost integrată în expresia genei a doua. antene, s-au obţinut membre suplimentare. La vertebrate, retroelementele sunt creditate cu un rol important în inducerea carcinogenezei. Ele se pot integra în cromozom înainte de proto-oncogene și, datorită elementelor lor reglatoare, activează proto-oncogene, stimulând astfel diviziunea celulară necontrolată. Proto-oncogenele sunt gene care funcționează doar în stadiile incipiente ale dezvoltării (în mare parte gene de reglare a ciclului celular), iar apoi trebuie reduse la tăcere.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_31.jpg" alt=">În reprezentanți ai genului Drosophila, D.melanogaisster, alte organisme neasemănătoare și D.melanogaisster"> У представителей рода Drosophila, D.melanogaster и D.virilis теломеры, в отличие от других организмов, формируются путем последовательных транспозиций двух элементов LINE-типа: HeT-A и TART. Ретровирус HIV-1 вызывает у человека синдром иммунодефицита. Гомеозисная мутация antennapedia!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_32.jpg" alt=">Elementele mobile din eucariote reprezintă o parte semnificativă a genozofilului -2%, în drosozom"> На долю подвижных элементов у эукариот приходится значительная часть генома: у дрозофилы – 20%, у человека – около половины. Перемещение мобильных элементов находится под жестким контролем как со стороны самих элементов, так, по-видимому, и со стороны организмов-хозяев. Частота транспозиции достаточно низка – в среднем 10-4-10-7 транспозиций на клетку за клеточную генерацию.!}
Se încarcă...
