3 Genomin Epävakaus Johtuu Vakaa Mutaattorin Genotyypit
Perustava mutaattorin bakteerit on lisääntynyt spontaani mutaatio aiheuttamat viat geenit koodaavat DNA-korjaus tekijät tai muut komponentit muut genomin seuranta-ja suoja-polkuja, jotka johtavat epävakautta genomin. Tyypillinen DNA-korjaus reittejä (ks. Luku 4), suurin osa vahva mutaattorin fenotyypit johtuvat mutaatiot MMR-polku. MMR-reitti on erittäin tärkeä E: n genomivakauden ylläpitämiseksi., coli, kuten inaktivointi tie mutaatioista tahansa keski-geenit voivat lisätä mutaatio hinnat välillä 100 – ja 200-kertainen . Tämä suuri kasvu spontaani mutaatio korko MMR-viallinen kantoja heijastaa monimuotoisuutta tyyppisiä vaurioita tunnistaa ja korjata tämän reitin, mukaan lukien väärin pariksi emäkset (varsinkin koska misincorporation ja oikoluku vika aikana DNA: n replikaatio) ja pieniä lisäyksiä ja poistoja. Vuoden 2012 mutaation kertymäkokeessa MMR-vajaus E., coli-kanta oli 138-kertainen määrä base-pari vaihdot verrattuna isogenic villityypin kanta. MMR-viallinen kanta oli myös 288-kertainen lisäys insertioiden ja poistojen muodostumisessa, tyypillisesti ≤4 nukleotidia.
MMR-reitin mielenkiintoinen ja joskus aliarvostettu tehtävä on estää virheellinen rekombinaatio . E., coli homologinen rekombinaatio (HR)-välitteinen, RecA ja RecBCD monimutkainen vaatii täydellinen tai lähes täydellinen homology vuonna yhdistymisestä DNA-sekvenssit; kuitenkin, taso homology tarvitaan tuottavaa rekombinaatio on rento MMR-viallinen kantoja. Esimerkiksi, transduktio välillä Salmonella enterica serovariantti Typhimurium ja E. coli-bakteeri on rajoitettu vastaanottajan MMR-järjestelmä, joka havaitsee ja häiritsee muodostumista heteroduplexes tunnistamalla järjestyksessä eroja ., Kuten tämä esimerkki osoittaa, että asetuksen rekombinaatio, jonka MMR voi toimia esteenä HGT välistä läheistä sukua laji, mikä annos ylimääräinen rooli säilyttää genomin eheyttä.
Mutatorifenotyypit eivät johdu yksinomaan MMR-reitin vioista. Tärkeä MMR: n liitännäistekijä on DNA-adeniinimetyylipato . Tämä proteiini tarvitaan DNA: n metylaatio, joka helpottaa strand arvostelukyvyn aikana MMR ja on muita tärkeitä rooleja DNA-replikaation ja gene asetus., Damin tai drg: n (patoa korvaavien geenien) inaktivoituminen Pasteurella multocidassa johtaa vankkoihin mutaattorifenotyyppeihin . Mutaatiot dnaQ, joka koodaa oikoluku (epsilon) alayksikköön replicative DNA-polymeraasi III, aiheuttaa huomattavaa nousua mutaatio johtuu viallisia poistaminen misincorporated nukleotidien DNA replikoinnin aikana. Mutaatiot geenit koodaavat GO-järjestelmä (mutM, mutY, ja mutT), joka korjauksia hapettunut guanines (8-oxodG), johtaa keskipitkällä ja korkea mutaattorin fenotyyppeihin (esim, katso Viite. )., Muut mutaattorin geenit koodaavat proteiineja, jotka estävät DNA-vaurioita kautta vieroitus, pikemminkin kuin korjata vahingot, kuten oxyR ja sooda .
Mutaattorin kantoja on arvioitu olevan noin 1% luonnollinen E. coli-populaatiosta, ja mutaattorin fenotyyppeihin esiintyä sekä commensal ja patogeenisia kantoja . Perustava mutators edustavat voimakas haaste lääketieteen alalla, koska ne ovat yleensä yleisempää tartuntatautien, kuten kystinen fibroosi (keskusteltu täällä), virtsatietulehduksia , ja ruokaan liittyviä sairauksia ., Tässä osiossa keskitytään yksi parhaiten tunnettu esimerkkejä vaikutuksista mutaattorin kantoja kliininen käytäntö: Pseudomonas aeruginosa-kolonisaatio kystinen fibroosi (CF) potilailla.
KS johtuu mutaatioista geeni, joka koodaa CF läpäisevä johtokyky säädin (CFTR) ja on yleisin peittyvästi-peittyvästi perinnöllisiä sairauksia Valkoihoisilla . Fyysiset vaikutukset CF johtaa vahva taipumus krooninen hengitysteiden infektiot (CRIs), jotka ovat tärkein syy korkea sairastuvuus ja ennenaikainen kuolleisuus CF-potilailla ., Kun infektiot erilaisia bakteereja voi esiintyä CF-potilailla, mukaan lukien Haemophilus influenzae ja Staphylococcus aureus ja P. aeruginosa-infektio on yleisin . Varsin merkillistä, varhainen tutkimus paljasti, että jopa 20% isolaattien 37% potilaista tutkittiin, olivat kroonisesti asuttaneet mutaattorin kantoja P. aeruginosa . Sen sijaan potilaiden esittäminen akuutit infektiot eivät näytä niin rikastamiseen mutators . Nämä havainnot viittaavat siihen, että mutators olivat erityisesti liittyvät CRIs., Tämä käsite oli vahvistettu myöhemmin tutkimus, joka osoitti, että osuus mutaattorin eristää kasvoi 0%: sta 65%, kun 20 vuotta krooninen infektio . Geneettisen perustan nämä mutaattorin fenotyyppeihin oli, kuten voisi olettaa, paljolti vikoja MMR-reitin, välillä 60% ja 90% mutaattorin isolaateista oli mutaatioita MMR geeneissä, yleisimmin mutS .
Yksi opiskeli intensiivisesti seurauksena CRI jonka mutaattorin kantoja P. aeruginosa on antibioottiresistenssin kehittymistä. Vuosia jatkuneen aggressiivisen antibioottihoidon jälkeen antibioottiresistenssi on yleisempää P: llä., kroonisesti infektoituneista CF-potilaista eristetyt aeruginosa-kannat verrattuna akuuttien infektioiden isolaatteihin . Oliver ym. (2000) luonnehti ensin MUTAATTORIKANTOJEN esiintyvyyttä CF-potilaista eristettyjen antibiooteille resistenttien P. aeruginosa-kantojen joukossa. He osoittivat, että mutaattorin kannat olivat usein kestää kahdeksan yleisesti käytetty therapeutics vastaan P. aeruginosa-infektio: jopa 40% mutators olivat kestävä verrattuna vain 5% nonmutators. Tämä mutaattorifenotyyppien ja antibioottiresistenssin välinen korrelaatio vahvistettiin myöhemmin seurantatutkimuksissa ., Eräässä erityisen mielenkiintoisessa tutkimuksessa Ferroni et al. (2009) osoittivat, että mutaattorin kantoja hankkinut lisää antibioottiresistenssiä nopeammin kuin nonmutator kantoja. Rooli mutaattorin genotyypit edistää antibioottiresistenssiä ei ole ainutlaatuinen P. aeruginosa, koska samanlaisia suhteita on todettu S. aureus ja H. influenzae-kantoja on eristetty CF-potilailla .
CF-potilasta kolonisoi yleensä yksi P. aeruginosa-kanta, joka säilyy koko eliniän ., Isäntä hengitysteiden muodostaa mikroympäristön, jossa eri valikoiva paineet voi toimia kanta johtaa eroja ja korjaus fenotyypin variantteja. Monissa tapauksissa nämä uudet fenotyypit johtuvat funktionaalisten mutaatioiden häviämisestä, jotka edistävät isännän sopeutumista ja tukevat kroonista infektiota. Esimerkiksi virulenssigeenejä vaimentavat mutaatiot voivat siirtää infektion patologiset tulokset pois akuuteista vaurioista ja pysyvyyttä tukeviin kroonisiin vaikutuksiin., Tällaisen sopeutumisen geneettiselle perustalle on ollut ajallisesti ominaista koko genomin sekvensointi . Vertailu genomien päässä varhain ja myöhään eristää paljasti kertyminen jopa 68 mutaatioita, jotka monissa tapauksissa johtivat menetys toiminto virulenssi geenejä, eli virulenssi sopeutumista, joka suosi pitkän aikavälin siirtokuntien (kuten aiemmin mainittiin). Ei ole yllättävää, että myöhemmät työt osoittivat tämän nopean geneettisen sopeutumisen johtuvan mutaattorifenotyypistä .,
Tämä esimerkki osoittaa, että konstitutiivisesti korkeampi mutaatio hinnat ja vastaava lisäys genomin epävakaus voi olla hyödyllistä organismin, koska se on edessään haasteita sen ympäristö; kuitenkin, kuten genomien sujuvuutta voi myös olla haitallisia seurauksia organismin. Esimerkiksi CF-potilaista eristettyjen P. aeruginosa-kantojen tarttuvuus on heikentynyt . Vaikka nonmutaattorikannat voivat levitä CF-potilaiden välillä, mutaattorikantojen leviämistä ei ole havaittu ., Lopuksi sopeutuneet hyvin mutaattorin isolaatit ovat vähentyneet kunto ja virulenssi toisen asteen ympäristöissä . Näin ollen on selvää, että, itse asiassa, genomin epävakaus aiheuttama mutaattorin genotyypit tulokset tug-of-war välillä mahdollisesti hyödyllisiä ja haitallisia tuloksia, jotka ovat selvittäneet perustuu valikoiva paineet ympäristöön. Vaikka tämä genomin epävakauden seuraus on nimenomaan osoitettu tässä esimerkissä, se on todennäköisesti yleinen ominaisuus eliöille, joilla on kohonnut mutaationopeus.