IS-подобные транспозоны

IS-подобные транспозоны устроены как IS-элементы, но несут дополнительный «ген-пассажир», расположенный по направлению считывания вслед за генами транспозазы и белка-регулятора. В качестве гена-пассажира в транспозоне может присутствовать ген устойчивости к антибиотикам или же ген устойчивости к тяжелым металлам, а также любой другой ген из тех, которые встречаются в плазмидах и определяют их фенотипические свойства. Предполагают, что такие транспозоны сформировались путём захвата IS-элементами дополнительного гена-пассажира. Имеются даже примеры экспериментального превращения IS-элемента в транспозон за счет вставки бактериального гена.

Существует генетическая связь между плазмидами и транспозонами. К середине 70-х годов ХХ века микробиологами было установлено, что гены устойчивости к антибиотикам попадают в плазмиды за счет встраивания в них транспозонов, отсюда и схожесть наборов генов в плазмидах и транспозонах.

В настоящее время наиболее полно исследован транспозон Tn3. Он имеет длину около 5 тис. пар нуклеотидов, окружен по краям инвертированными (по 38 нуклеотидов) и прямыми повторами и несет 3 гена. Два из них кодируют ферменты необходимые для транспозиции – транспозазу (фермент переноса, начинает вырезание транспозона) и резолвазу (фермент, заканчивающий транспозицию и регулирующий активность транспозазы). В качестве третьего гена – гена-пассажира в транспозоне Tn3 выступает ген β-лактамазы (ген устойчивости к пенициллину и некоторым его производным). Бактерии, имеющие в составе хромосомы такой транспозон защищены от пагубного действия антибиотиков пенициллинового ряда. Транспозон Tn3, будучи захваченным трансмиссивной плазмидой, может быть передан во многие клетки популяции микробов, что приводит к распространению антибиотикоустойчивости.

Рис. Строение транспозона Tn3

Обозначения и пояснения к риунку

ПП – прямые повторы (5 п.н.), ИП – инвертированные повторы (38 п.н.), ССР – сайт связывания резолвазы, как репрессора. В этом же сайте находятся точки инициации транскрипции, к которым присоединяется РНК-полимераза перед началом синтеза и-РНК. Причем, как показывают стрелки, транскрипция правого от ССР и левого участков осуществляется в двух противоположных направлениях и к тому же на разных цепях ДНК, так как синтеза и-РНК всегда идет в направлении 5´→ 3´, а цепи антипараллельны.

Транспозон Tn3 имеет собственную систему регуляции, которая осуществляется по типу аутогенного контроля, так как резолваза, кодируемая вторым геном, выполняет одновременно две функции – фермента, участвующего в транспозиции, и белка-регулятора, способного блокировать транскрипцию транспозона. Резолваза связывается с ДНК в некодирующей области между геном транспозазы и собственным геном, перекрывает сайты инициации транскрипции обоих генов и делает невозможной саму транспозицию. Таким образом, резолваза, помимо ферментативной функции, выполняет еще роль белка-репрессора.

IS-модули

IS-модули – это сложные транспозоны, которые очевидно образовались путём захвата хромосомных генов двумя близлежащими IS-элементами. Причем, по краям таких транспозонов имеются или одинаковые копии IS-элементов, или же два различных IS-элемента. В случае наличия двух одинаковых IS-элементов по краям транспозона они могут иметь как прямую (у Tn9, рис. …), так и взаимно противоположную ориентацию нуклеотидных последовательностей (как у Tn5, рис. …). Каждый из краевых IS-элементов обладает своей собственной системой транспозиции и может выщепляться из ДНК самостоятельно или же в составе образованного модуля. Чем ближе в ДНК расположены IS-элементы, тем больше вероятность образования такого модуля, а также последующего выщепления из одного сайта и встраивания в другой сайт генома.

ИП IS1-элемент ИП Ген устойчивости к хлорамфениколу ИП IS1-элемент ИП

770 п.н. 1100 п.н. 770 п.н.

Рис. Строение транспозона Tn9

Пояснение к рисунку: транспозон Tn9 является модулем из двух соседних IS1-элементов, между которыми оказался ген устойчивости к антибиотику хлорамфениколу. Причем, как показывают стрелки над IS1-элементами, направление последовательности нуклеотидов в них одинаковое. ИП – инвертированные повторы, окаймляющие IS1-элементы.

ИП IS50-элемент ИП Ген устойчивости к канамицину ИП IS50-элемент ИП

1500 п.н. 2800 п.н. 1500 п.н.

Рис. Строение транспозона Tn5

Пояснение к рисунку: транспозон Tn5 является модулем из двух соседних IS50-элементов, между которыми расположен ген устойчивости к антибиотику канамицину. Как показывают стрелки над IS50-элементами, направление последовательностей нуклеотидов в них инвертированное. ИП – инвертированные повторы, окаймляющие IS50-элементы.

Следует отметить, что частота перемещения IS-модулей быстро падает с увеличением расстояния между фланкирующими IS-элементами.