Genkassett - Gene cassette

En genkassett er en type mobil genetisk element som inneholder et gen og et rekombinasjonssted . Hver kassett inneholder vanligvis et enkelt gen og har en tendens til å være veldig liten; i størrelsesorden 500–1000 basepar. De kan eksistere innlemmet i et integron eller fritt som sirkulært DNA. Genkassetter kan bevege seg rundt i en organisms genom eller overføres til en annen organisme i miljøet via horisontal genoverføring . Disse kassetter ofte bære antibiotikaresistensgener . Et eksempel kan være kanMX- kassetten som gir kanamycin ( antibiotikaresistens ) motstand mot bakterier .

Integrons

Hovedartikkel: Integron

Integroner er genetiske strukturer i bakterier som uttrykker og er i stand til å anskaffe og utveksle genkassetter. Integronet består av en promoter , et tilknytningssete og et integrasegen som koder for en stedsspesifikk rekombinase. Det er beskrevet tre klasser av integroner. De mobile enhetene som settes inn i integroner er genkassetter. For kassetter som bærer et enkelt gen uten promotor, blir hele serien av kassetter transkribert fra en tilstøtende promoter i integronet. Genkassettene spekuleres i å settes inn og skåret ut via et sirkulært mellomprodukt. Dette vil innebære rekombinasjon mellom korte sekvenser funnet ved terminalene og kjent som 59 basiselementer (59-være) - som kanskje ikke er 59 baser lange. 59-be er en mangfoldig familie av sekvenser som fungerer som gjenkjenningssteder for den stedsspesifikke integrasen (enzym som er ansvarlig for å integrere genkassetten i et integron) som forekommer nedstrøms for den genkodende sekvensen.

Mangfold og utbredelse

Evnen til genetiske elementer som genkassetter til å punktskille og sette inn i genom resulterer i svært like genregioner som vises i fjernt beslektede organismer. De tre klassene av integroner har samme struktur og identifiseres av hvor innsettingen skjer og hvilke systemer de sammenfaller med. Klasse 1-integroner ses i en mangfoldig gruppe av bakterielle genomer og er sannsynligvis alle avkom fra en felles forfader. Utbredelsen av integronet har formet bakteriell utvikling ved å tillate rask overføring av gener som er nye til en organisme, for eksempel antibiotikaresistensgener.

Genteknologi

I genteknologi er en genkassett et manipulerbart fragment av DNA som bærer og er i stand til å uttrykke et eller flere gener av interesse mellom ett eller flere sett med restriksjonsseter . Det kan overføres fra en DNA-sekvens (vanligvis på en vektor ) til en annen ved å 'klippe' fragmentet ut ved hjelp av restriksjonsenzymer og 'lime' det tilbake i den nye konteksten. Vektorene som inneholder genet av interesse, bærer vanligvis også et antibiotikaresistensgen som kalles en valgbar markør for enkelt å identifisere celler som har vellykket integrert vektoren i deres genom.

For å introdusere en vektor i en målcelle, må en kompetanse tilstand utledes på cellen. Denne tilstanden induseres i laboratoriet ved å inkubere celler med kalsiumklorid før et kort varmesjokk, eller ved elektroporering . Dette gjør cellene mer utsatt for plasmidet som settes inn. Når plasmidet er tilsatt, dyrkes cellene i nærvær av et antibiotikum for å bekrefte opptak og ekspresjon av de nye genetiske elementene.

Bruken av CRISPR / Cas9-systemer har vist suksess med å sette inn gener i eukaryote genomer. Mens CRISPR-modifisering fremdeles er i sin spede begynnelse, er det betydelig bevis for bruk i kombinasjon med andre teknikker for å produsere HTP-genomgenedigeringssystemer. Genetisk konstruksjon av bakterier for produksjon av en rekke industriprodukter, inkludert biodrivstoff og spesialkjemikalier / ernæringsmidler, er et stort forskningsområde.

Horisontal genoverføring

Hovedartikkel: Horisontal genoverføring

Horisontal genoverføring (HGT) er overføring av genetiske elementer mellom andre celler enn foreldrearv. HGT er ansvarlig for mye av spredningen av antibiotikaresistens blant bakterier. Genkassetter som inneholder antibiotikaresistensgener, eller andre virulensfaktorer som eksotoksiner, kan overføres fra celle til celle via fag, transduksjon , hentet fra omgivelsene, transformasjon eller ved bakteriekonjugering. Evnen til å overføre genkassetter mellom organismer har spilt en stor rolle i utviklingen av prokaryoter. Mange kommensale organismer, som E. coli , huser regelmessig en eller flere genkassetter som overfører antibiotikaresistens. Horisontal overføring av genetiske elementer fra ikke-patogene commensals til ikke-relaterte arter resulterer i svært virulente patogener som kan bære flere antibiotikaresistensgener . Den økende forekomsten av motstand skaper utfordrende spørsmål for forskere og leger.

Se også

Referanser

  1. ^ a b Hall, RM; Collis, CM (1995). "Mobile genkassetter og integroner: Fangst og spredning av gener ved stedsspesifikk rekombinasjon" . Molekylær mikrobiologi . 15 (4): 593–600. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1995.tb02368.x . PMID  7783631 .
  2. ^ a b Rapa RA, Labbate M (2013). "Funksjonen til integronassosierte genkassetter i Vibrio-arter: toppen av isfjellet" . Grenser i mikrobiologi . 4 : 385. doi : 10.3389 / fmicb.2013.00385 . PMC  3856429 . PMID  24367362 .
  3. ^ Collis, CM; Hall, RM (1995-01-01). "Ekspresjon av antibiotikaresistensgener i integrerte kassetter av integroner" . Antimikrobielle midler og cellegift . 39 (1): 155–162. doi : 10.1128 / aac.39.1.155 . ISSN  0066-4804 . PMC  162502 . PMID  7695299 .
  4. ^ Collis, Christina M .; Hall, Ruth M. (1992-10-01). "Genkassetter fra innsettingsområdet av integroner kuttes ut som kovalent lukkede sirkler". Molekylær mikrobiologi . 6 (19): 2875–2885. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1992.tb01467.x . ISSN  1365-2958 .
  5. ^ Hall, RM; Brookes, DE; Stokes, HW (1991-08-01). "Stedsspesifikk innsetting av gener i integroner: rollen til 59-baseringselementet og bestemmelse av krysspunktet for rekombinasjon". Molekylær mikrobiologi . 5 (8): 1941–1959. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1991.tb00817.x . ISSN  0950-382X . PMID  1662753 .
  6. ^ Gillings, Michael (jan 2017). "Klasse 1-integroner som invasive arter". Nåværende mening i mikrobiologi . 38 : 10–15. doi : 10.1016 / j.mib.2017.03.002 . PMID  28414952 .
  7. ^ Bredt institutt
  8. ^ Aida, Tomomi; Nakade, Shota; Sakuma, Tetsushi; Izu, Yayoi; Oishi, Ayu; Mochida, Keiji; Ishikubo, Harumi; Usami, Takako; Aizawa, Hidenori (2016-01-01). "Genkassett knock-in i pattedyrceller og zygoter ved forbedret MMEJ" . BMC Genomics . 17 (1): 979. doi : 10.1186 / s12864-016-3331-9 . ISSN  1471-2164 . PMC  5126809 . PMID  27894274 .
  9. ^ Chakraborty, Debkumar; Gupta, Gaganjot; Kaur, Baljinder (2016-12-01). "Metabolic engineering of E. coli top 10 for produksjon av vanillin gjennom FA katabolisk vei og bioprosessoptimalisering ved bruk av RSM". Proteinuttrykk og rensing . 128 : 123–133. doi : 10.1016 / j.pep.2016.08.015 . PMID  27591788 .
  10. ^ Gyles, C .; Boerlin, P. (2014-03-01). "Horisontalt overførte genetiske elementer og deres rolle i patogenese av bakteriell sykdom". Veterinær patologi . 51 (2): 328–340. doi : 10.1177 / 0300985813511131 . ISSN  1544-2217 . PMID  24318976 .
  11. ^ Domingues, Sara; Harms, Klaus; Fricke, W. Florian; Johnsen, Pål J .; Silva, Gabriela J. da; Nielsen, Kaare Magne (2012-08-02). "Natural Transformation letter Transfer of Transposons, Integrons and Gen Cassettes between Bacterial Species" . PLOS patogener . 8 (8): e1002837. doi : 10.1371 / journal.ppat.1002837 . ISSN  1553-7374 . PMC  3410848 . PMID  22876180 .
  12. ^ Sun, J (1. august 2010). "Originalartikkel: Karakterisering av to nye genekassetter, Dfra27 og Aada16, i et ikke-O1, ikke-O139 Vibrio Cholerae-isolat fra Kina" . Klinisk mikrobiologi og infeksjon . 16 (8): 1125–1129. doi : 10.1111 / j.1469-0691.2009.03060.x . PMID  19906273 .
  13. ^ Kheiri, Roohollah; Akhtari, Leili (2016-01-01). "Antimikrobiell resistens og integrongenkassettarrays i commensal Escherichia coli fra humane og dyrekilder i IRI" . Tarmpatogener . 8 (1): 40. doi : 10.1186 / s13099-016-0123-3 . ISSN  1757-4749 . PMC  5006490 . PMID  27582900 .

Eksterne linker