BioScience Blog – Научный Биологический блог

В современный период вполне очевидно, что одной из основных причин генетической изменчивости многих бактерий является делеция их геномов. Потеря генетического материала может внести существенные изменения в важнейшие вирулентные и антигенные свойства патогенных бактерий. Одна из возможных причин потери генетического материала – различные рекомбинационные события, связанные с мобильными генетическими элементами (МГЭ). Поскольку в состав генома многих патогенов входят разные МГЭ (профаги, IS- и Tn-элементы, «острова патогенности», интегроны), то выяснение различных механизмов взаимодействий этих МГЭ и функциональных последствий этих событий внесет определенный вклад в решение проблем генетической внутривидовой изменчивости прокариот.

Для выяснения взаимодействия двух МГЭ в качестве модельной системы был взят штамм возбудителя холеры V. choleraeМАК757, несущий в хромосоме две копии профага вирулентности СТХφ, и транспозон Tn5-Mob (KmR). СТХφ – нитчатый профаг размером 6,9 kb внедрен в специфический сайт одной из хромосом V. choleraeи состоит из коровой области и RS2. Коровая область содержит гены zot, ace, cep, orfU, psh, определяющие биосинтез белков, необходимых для формирования фаговых частиц, и оперон ctxAB, ответственный за синтез холерного токсина (ХТ) – ключевого фактора вирулентности V. cholerae. RS-2 содержит две межгенные области (ig-1 и ig-2) и гены rstA, rstBи rstR, контролирующие репликацию, интеграцию и регуляцию указанного фага. Выбор транспозона Tn5-Mob (KmR) был обусловлен его широким распространением среди разных бактерий, а также его способностью внедряться в хромосому V. choleraeвблизи СТХφ.

В результате было показано, что внедрение Tn5-Mob в хромосому модельного штамма V.choleraeМАК757 вызывает образование инсерционных мутантов трех типов. У мутантов первого типа происходит утрата одной копий СТХφ и одновременная делеция генов zot, ace, cep, orfUвторой копий. Уровень биосинтеза ХТ у таких клонов, потерявших более 60% генома коровой части профага, но сохранивших лишь оперон ctxAB, возрастает более чем в 2000 раз по сравнению с исходным штаммом. Вторая группа инсерционных мутантов характеризовалась тем, что встраивание транспозона в хромосому не сопровождалась делецией профага, однако уровень биосинтеза ХТ возрос в более 100 раз. И в последнюю группу входили нетоксигенные мутанты, образовавшиеся за счет утраты обеих копий профага СТХφ. Механизм формирования высокотоксигенных и нетоксигенных клонов, основанный на перестройках ДНК, связанных с проникновением в геном патогенных бактерий новых для них МГЭ, представляет большой интерес, поскольку такие события могут играть важную роль в эволюции генома возбудителя холеры. Очевиден также и прикладной аспект этого события, поскольку созданный штамм с суперпродукции ХТ может быть использован для получения этого иммуногенного белка, который используется в приготовлений холерных профилактических и диагностических препаратах.