3 Genom Instabilitás Miatt Stabil Setter Genotípusok
Alakuló setter baktériumok megnövekedett spontán mutációs ráta által okozott károsodást a gének kódoló DNS-javító tényezők vagy egyéb összetevők más genom monitoring, valamint védő utak vezet destabilizáció a genom. A tipikus DNS-javítási útvonalak közül (lásd a 4. fejezetet) az erős mutátor fenotípusok többsége az MMR-út mutációinak köszönhető. Az MMR útvonal rendkívül fontos a genom stabilitásának fenntartásához az E-ben., coli, mivel az útvonal inaktiválása bármely központi gén mutációjával 100-200 – szorosára növelheti a mutációs rátát . Ez a nagy növeli a spontán mutációs ráta MMR-hibás törzsek tükrözi a sokszínűség a típusú sérülés elismert, illetve javítani ezt a módszert, beleértve a helytelenül párosított bázisok (különösen miatt misincorporation, valamint lektorálás hiba a DNS-replikáció), valamint az apró betoldások, valamint a törlések. Egy 2012-es mutációs akkumulációs kísérletben egy MMR-hiányos E., a coli törzs 138-szorosára nőtt a bázispáros szubsztitúciók száma az izogén vad típusú törzshöz képest. Az MMR-hibás törzs 288-szoros növekedést mutatott a betoldások és törlések kialakulásában is, jellemzően ≤4 nukleotid.
az MMR útvonal érdekes, néha alulértékelt funkciója a nem megfelelő rekombináció elnyomása . E., a Reca és a RecBCD komplex által közvetített coli homológ rekombináció (HR) tökéletes vagy közel tökéletes homológiát igényel a rekombinációs DNS-szekvenciákban; azonban a produktív rekombinációhoz szükséges homológia szintje enyhül az MMR-hibás törzsekben. Például a salmonella enterica serovar typhimurium és az E. coli közötti transzdukciót a recipiens MMR rendszere korlátozza, amely a szekvencia divergencia felismerésével érzékeli és megzavarja a heteroduplexek képződését ., Amint ez a példa mutatja, a rekombináció MMR általi szabályozása gátolhatja a HGT-t a szorosan kapcsolódó fajok között, ezáltal további szerepet játszhat a genom integritásának megőrzésében.
A mutátor fenotípusai nem kizárólag az MMR útvonal hibáinak köszönhetők. Az MMR egyik legfontosabb kiegészítő tényezője a DNS-adenin-metiláz gát . Ez a fehérje szükséges a DNS metiláció, amely megkönnyíti a strand megítélése során MMR, valamint egyéb fontos szerepet DNS replikáció, valamint gén rendelet., A Dam vagy a drg inaktiválása (dam-helyettesítő gének) a Pasteurella multocida-ban robusztus mutátor fenotípusokhoz vezet . Mutációk dnaQ, amely kódolja a lektorálás (epszilon) alegység a replikációs DNS polimeráz III., figyelemre méltó, mert növeli a mutációs ráta miatt hibás eltávolítása misincorporated nukleotid során a DNS replikáció. Az oxidált guaninokat (8-oxodG) javító GO rendszert (mutM, suty és mutT) kódoló gének mutációi közepes vagy magas mutátor fenotípusokhoz vezetnek (pl. )., Más mutátorgének olyan fehérjéket kódolnak, amelyek méregtelenítés útján megakadályozzák a DNS károsodását, nem pedig a károsodások, például az oxir és a szóda javítását .
A mutátor törzsek a becslések szerint a természetes E. coli populáció körülbelül 1% – át teszik ki, a mutátor fenotípusok pedig mind a kommenzális, mind a patogén törzsekben előfordulnak . Az alkotmányozó mutátorok hatalmas kihívást jelentenek az orvosi területen, mivel általában gyakoriak a fertőző betegségekben, például a cisztás fibrózisban (itt tárgyalt), a húgyúti fertőzésekben és az élelmiszerekkel kapcsolatos betegségekben ., Ez a szakasz a mutátor törzsek klinikai gyakorlatra gyakorolt hatásának egyik legjobban jellemzett példájára összpontosít: a cisztás fibrózis (CF) betegek Pseudomonas aeruginosa kolonizációja.
a CF-et a CF transzmembrán vezetőképesség-szabályozót (CFTR) kódoló gén mutációi okozzák, és a kaukázusiak Leggyakoribb autoszomális-recesszív genetikai betegsége . A CF fizikai hatásai a krónikus légúti fertőzésekre (CRIs) való erős hajlamhoz vezetnek, ami a magas morbiditás és a korai mortalitás fő oka a CF-ben szenvedő betegeknél ., Míg a CF-ben szenvedő betegeknél számos baktériummal járó fertőzés fordulhat elő, beleértve a Haemophilus influenzae-t és a Staphylococcus aureust, a P. aeruginosa fertőzés a leggyakoribb . Figyelemre méltó, hogy egy korai vizsgálat kimutatta, hogy a vizsgált betegek 37% – ánál a izolátumok legfeljebb 20% – át krónikusan kolonizálták a P. aeruginosa mutátor törzsei . Ezzel szemben az akut fertőzésben szenvedő betegek nem mutattak ilyen dúsítást a mutátorok számára . Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy a mutátorok különösen a CRIs-hez kapcsolódtak., Ezt a koncepciót egy későbbi tanulmány megerősítette, amely kimutatta, hogy a mutátor izolátumok aránya 0% – ról 65% – ra nőtt 20 éves krónikus fertőzés után . Ezeknek a mutátor fenotípusoknak a genetikai alapja, amint az várható volt, nagyrészt az MMR útvonal hibáinak köszönhető, mivel a mutátorizolátumok 60-90% – ánál mutációk voltak MMR génekben, leggyakrabban mut-okban .
a P. aeruginosa mutátor törzsekkel végzett CRI egyik intenzíven vizsgált következménye az antibiotikum-rezisztencia kialakulása. Sok éves agresszív antibiotikum-kezelés után az antibiotikum-rezisztencia gyakoribb a P., a krónikusan fertőzött CF-betegektől izolált aeruginosa törzsek az akut fertőzésekből származó izolátumokhoz képest. Oliver et al. (2000) először a mutátor törzsek prevalenciáját jellemezte a CF-betegektől izolált antibiotikum-rezisztens P. aeruginosa törzsek között. Kimutatták, hogy a mutátor törzsek gyakrabban ellenálltak a P. aeruginosa fertőzés elleni nyolc általánosan használt terápiának: a mutátorok akár 40% – a rezisztens volt, szemben a nem mutátorok mindössze 5% – ával. Ezt a korrelációt a mutátor-fenotípusok és az antibiotikum-rezisztencia között ezt követően nyomonkövetési vizsgálatok igazolták ., Egy különösen érdekes tanulmányban, Ferroni et al. (2009) bebizonyította, hogy a mutátor törzsek gyorsabban szereztek további antibiotikum-rezisztenciát, mint a nem mutátor törzsek. A mutátor genotípusok szerepe az antibiotikum-rezisztencia elősegítésében nem egyedülálló a P. aeruginosa esetében, mivel hasonló összefüggéseket találtak a CF-betegektől izolált S. aureus és H. influenzae törzsekben .
a CF-ben szenvedő beteget általában egyetlen P. aeruginosa törzs kolonizálja, amely az életük során is fennáll ., A gazdaszervezet olyan mikrokörnyezetet képvisel, amelyben különböző szelektív nyomások hathatnak a törzsre, ami a fenotípusos változatok eltéréséhez és rögzítéséhez vezet. Sok esetben ezek az új fenotípusok a funkcióvesztés miatti mutációknak köszönhetők, amelyek hozzájárulnak a gazdaszervezet adaptációjához és támogatják a krónikus fertőzést. Például a virulencia géneket gyengítő mutációk eltolhatják a fertőzés kóros kimenetelét az akut károsodástól, valamint a tartósságot támogató krónikus hatások felé., Az ilyen adaptáció genetikai alapját temporálisan jellemezték teljes genom szekvenálással . A korai és késői izolátumok genomjainak összehasonlítása legfeljebb 68 mutáció felhalmozódását tárta fel, amelyek sok esetben a virulencia gének funkciójának elvesztését eredményezték, ami egy virulencia-adaptációt jelent, amely a hosszú távú kolonizációt támogatta (amint azt korábban említettük). Nem meglepő, hogy a későbbi munka kimutatta, hogy ezt a gyors genetikai adaptációt mutátor-fenotípus hajtotta végre .,
Ez a példa azt mutatja, hogy folyamatosan magasabb mutációs ráta, illetve a megfelelő növekedése genom instabilitás hasznos lehet, hogy egy szervezet, mint szembenéz a kihívásokkal, a környezetet; azonban az ilyen genomikai folyékonyság is káros eredmények a szervezet számára. Például a CF-betegektől izolált P. aeruginosa adaptált törzsei csökkentették az átvihetőséget . Továbbá, míg a nem mutátor törzsek elterjedhetnek a CF betegek között, a mutátor törzsek terjedését nem figyelték meg ., Végül, a nagymértékben adaptált mutátor izolátumok csökkent fitnesz és virulencia másodlagos környezetben . Így egyértelmű, hogy valójában a mutátor genotípusok által kiváltott Genom instabilitása a potenciálisan előnyös és káros eredmények közötti háború vontatását eredményezi, amelyeket a környezet szelektív nyomása alapján rendeznek ki. Noha a genom instabilitásának ezt a következményét ebben a példában kifejezetten kimutatták, valószínűleg az emelkedett mutációs arányú organizmusok univerzális tulajdonságát képviseli.