什么是超级整合子 (Super Integron)?


介绍

“超级整合子”一词首次应用于 1998 年(但未给出定义),指的是在霍乱弧菌小染色体上具有长盒式阵列的整合子。此后,该术语被用于指各种盒式阵列长度的整合子或细菌染色体(质粒)上的整合子。

现在不鼓励使用“超级整合子”这个词,因为其含义不明确。在较现代的用法中,位于细菌染色体上的整合子被称为定居性染色体整合子,而与转座子或质粒相关的整合子则被称为移动性整合子。已知整合子有两大类:抗性整合子和超级整合子。超级整合子中的基因盒编码各种不同的功能。

超级整合子位于细菌染色体上。抗性整合子中的基因盒可能起源于超级整合子。最近在几种细菌物种的基因组中发现了超级整合子 (SI) 结构,这扩展了它们在基因组进化中的作用。

霍乱弧菌超级整合子聚集在一个单一的染色体超结构中,包含数百个基因盒。对来自遥远霍乱弧菌物种的超级整合子的盒式内容的比较表明,它们的大多数盒式都是物种特异性的。

许多属于γ-和β-变形菌的几个不同属的细菌物种无疑携带或显示出存在染色体 SIs 的强有力证据。如果每个携带 SI 的细菌物种都有其自身的盒式库,那么基因盒可用性的资源可能是巨大的。

超级整合子

我们与细菌长达五十年的斗争证明了这些生物体的遗传灵活性。在其引入后不久,我们就见证了细菌对抗新抗菌剂的耐药性出现。现在已经明确确定,细菌为逃避抗菌活性而采用的主要策略是通过获得来自外源的赋予耐药性的基因。

整合子现在可以分为两大类:抗性整合子 (RI) 和超级整合子 (SI)。RI 主要携带编码对抗生素和消毒剂耐药性的基因盒,可以位于染色体或质粒上。包含具有多种功能的基因盒的大型染色体整合子属于 SI 组。

SI 没有特定的名称。最初被指定为 4 类的整合子现在被称为霍乱弧菌 SI。已描述了以下细菌的 SI:脱硫地杆菌、佩氏发光杆菌、欧洲硝化单胞菌、碱性假单胞菌、门多萨假单胞菌、假单胞菌属、施氏假单胞菌、欧尼氏希瓦氏菌、腐败希瓦氏菌、齿龈密螺旋体、鳗弧菌、霍乱弧菌、费氏弧菌、梅氏弧菌、模拟弧菌、副溶血弧菌和野油菜黄单胞菌。

基于整合酶基因的同源性,已经定义了三类多重耐药 (MR) 整合子,并且每一类似乎都能够获得相同的基因盒。整合子平台自身转座功能缺陷,但它们通常与插入序列 (IS)、转座子和/或结合性质粒相关,这些可以作为遗传物质种内和种间传播的载体。

高效的基因捕获和表达系统与广泛的宿主范围迁移率相结合的效力是不言而喻的。这种伙伴关系的熟练程度通过同一整合子内盒式之间的密码子使用率的显着差异得到证实,表明抗生素耐药性决定因素具有多种来源。

这样一个系统允许细菌储存外源基因位点,并且已经鉴定出携带多达五个不同盒式的多重耐药整合子 (In30)。

一些观察结果表明,整合子结构对基因组进化的影响远大于最初的估计。首先,三个整合酶类别之间的同源性程度 (45-58%) 表明它们的进化差异已经持续了比抗生素时代 50 年更长的时间。

其次,对耐药基因盒传播的偏倚可能是由于抗生素治疗方案的选择压力驱动了耐药盒式的特异性捕获,这意味着盒式的产生并不局限于耐药性决定因素。可以设想任何 ORF 都可以被构建成一个基因盒。

最近,在霍乱弧菌基因组中鉴定了一种新型整合子,即超级整合子 (SI),它包含数百个盒式,并且在几个方面与多重耐药整合子不同。这篇综述重点介绍这种类型的整合子,并介绍了目前对其特性和分布的了解。

结论

与 RI 中发现的基因盒的功能相比,在 SI 中发现的基因盒编码各种不同的功能。同一质粒甚至同一整合子携带的耐药基因数量似乎正在增加。毒力因子和耐药性决定因素在同一质粒上的整合可能对公共卫生产生更大的影响。这些多重耐药的携带者可能会持续存在,因为整合子与其他耐药性决定因素的物理关联将导致其持续选择。

SI 在细菌物种进化中的作用几乎没有被触及,但它们明显的普遍性表明它们在细菌进化中起着重要作用。在使用抗生素的半个多世纪后,在 1 类整合子及其遗传环境中发现的各种结构证明了细菌基因组在环境压力下的遗传灵活性和适应性,使这些微生物成为最终的幸存者。

更新于:2023年5月18日

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