Transpozoni kot prenašalci odpornosti bakterij proti antibiotikom

Uvod

Nesestavljeni transpozoni

Nesestavljeni transpozoni nimajo insercijskih zaporedij na obeh koncih, ampak samo inverzni zaporedji na vsaki strani in so nosilci genov za odpornost proti antibiotikom ter gena tnpA za transpozazo in gena tnpR za resolvazo. Največ nesestavljenih transpozonv pripada Tn3 družini, nekatere druge družine so še Tn1, Tn3, Tn7, Tn21 … V 60. In 70. letih prejšnjega stoletja so ljudje vživali velike količine aminopenicilina, kar je povečalo število bakterij s transpozoni z odpornostjo na te antibiotike, hkrati pa se je povečal pomen transpozicij takih transpozonov. Posledično so postali tudi bistveno bolj razširjeni. Med transpozone z genom za beta laktamazo med drugim spadajo družine Tn1, Tn2 in Tn3. Tn3 vsebuje tudi gen za rezistenco na ampicillin in ga najdemo tako v Gram negativnih kot Gram pozitivnih bakterijah. Zgolj pri Gram negativnih bakterijah vsebuje še gen za β-laktamazo. Transpozoni iz družin Tn1 in Tn2 imajo približno 99 % identičnost v primerjavi s transpozoni iz družine Tn3 v večjem delu zaporedja, identičnost je manjša le na krajših zaporedjih na obeh straneh regije res. Obe družini pa prav tako nosita gen za beta laktamazo. Najbolj razširjeni med temi tremi družinami so transpozoni iz družine Tn2. Družini Tn1 in Tn2 pogosto zaradi velike podobnosti označijo kar s Tn3.

Tn7 je transpozon, ki lahko nosi gen za rezistenco proti trimetoprimu, streptomicinu in spektinomicinu. Poleg tega pa vsebuje še zapise za 5 proteinov (TnsA, TnsB, TnsC, TnsD in TnsE), ki sodelujejo pri transpoziciji. Zaradi velikega števila proteinov je proces transpozicije pri tem transpozonu zelo dobro reguliran. TnsA in TnsB sta podenti transpozaze, ki prepoznata dve terminalni zaporedji Tn7, TnsC je protein, ki uporablja ATP ter z njeno hidrolizo kontrolira delovanje transpozaze, TnsD in TnsE pa pomagata pri prepoznavanje tarčnega mesta za transpozicijo Tn7. TnsD prepoznava zaporedje glmS gena, ki kodira C-konec glukozamin-6-fosfat sintaze. Bolj natančno prepozna mesto attTn7, ki se nahaja na transkripcijskem terminatorju za gen glmS. Pri transpoziciji na to mesto ni negativnih posledic na gostitelja. TnsE ne prepoznava specifičnih zaporedij na DNA. Preferenčno pa usmerja transpozicijo na mobilne plazmide in prepozna nek aspekt DNA replikacije. TnsE torej skrbi za prenos transpozona v novega gostitelja, TnsD pa zagotovi transpozicijo v gostitelju. Transpozaza Tn7 lahko interagira s procesivnostnimi faktorji v procesu replikacije. Ta interakcija sicer omeji proliferacijo transpozona, vendar to favorizira izbiro tarčnega mesta, saj do transpozicije ne pride, dokler transpozaza ne najde primerne tarče. Tn21 vsebuje gene za odpornost proti živemu srebru, cefalosporinom in sulfonamidom, Tn501 vsebuje gene za bakterijsko rezistenco proti težkim kovinam. Obstajajo pa še mnogi drugi nesestavljeni transpozoni z različnimi geni za odpornost proti nečemu.

Mu-bakteriofag

Mu-bakteriofag je vrsta fagov z genetskim materialom, ki se obnaša kot insercijska sekvenca, ki je sposobna transpozicije. Tako kot transpozicijski elementi lahko prenaša gen za rezistenco proti antibiotikom. Obdan je z attR in attL inverznima zaporedjema, ki ju prepozna transpozaza. Ta bakteriofag prenese gene v dveh ciklih, in sicer litičnem in lizogenem ciklu. Pri replikaciji in prenosu genov so pomembni proteini MuA (za rekombinacijo z bakterijskim genomom), MuB (da najde mesto integracije v genomu), IHF (za integracijo v kromosom) in HU (histonu podobni protein, ki se veže na DNA). Prenos genov poteče v litičnem ciklu, ko se nekateri geni bakterijske rezistence prenesejo na fag Mu, ki lahko nato okuži druge bakterije in tako prenese rezistenčni gen.