Транспозоны

Транспозоны (Tn–элементы) — более сложно организованные транспозирующиеся и самоинтегрирующиеся фрагменты ДНК длиной 2 до 25 тысяч пар нуклеотидов. Способны менять место своей локализации в молекуле ДНК, а также мигрировать из одной молекулы ДНК в другую. Транспозоны распространяются среди различных видов бактерий, встраиваясь и перемещаясь среди хромосом, плазмид, умеренных фагов.

Транспозоны имеют особые концевые структуры нескольких типов, позволяющие отличать их от других фрагментов ДНК. Это позволило обнаружить транспозоны не только у бактерий и дрожжей, но и в клетках растений, насекомых, позвоночных живот­ных и человека. При интеграции транспозонов в хромосому клеток животных или человека они приобретают сходство с провирусами.

Состояние транспозонов в бактериальной клетке:

– интегрированное в репликон (реплицируется вместе с ним); при включении в бактериальную ДНК транспозоны вызывают в ней дуплика­ции, а при перемещении — делеции и инверсии,

– свободное автономное (замыкается в кольцо и не реплицируется).

Таким образом, транспозоны, как IS–последовательности, не способны к самостоятельной репликации и размножаются только в составе бактериальной хромосомы.

Отличие транспозонов от IS – последовательностей: содержат в своем составе не только гены транспозиции, но и структурные гены.

Состав транспозонов:

– один или несколько специфических структурных генов, детерминирующих синтез молекул со специфическими биологическими свойствами: токсинообразование, синтез ферментов (напр., гемолизинов, лактазы), резистентность к антибиотикам, устойчивость к солям тяжелых металлов,

– гены транспозиции: два IS–элемента—концевые структуры, отличающие транспозон от других фрагментов ДНК.

 

Рис. 73. Классы бактериальных транспозонов:

А — инсерционный элемент (IS) (i); составной транспозон (ii) — (Tn10);

Б — Tn3 и Tn501 — транспозоны семейства Tn3.

Стрелки на концах транспозонов — короткие инвертированные последовательности, узнаваемые ферментом траспозазой (ген tpn). tet, amp и mer — гены в составе транспозонов, кодирующие резистентность к тетрациклину, ампициллину и солям ртути соответственно.

 

По особенностям строения различают (рис. 73):

– составные транспозоны —в их состав входят два полных IS–элемента, фланкирующих центральную часть, которая содержит гены резистентности к антибиотикам или гены термолабильного токсина. IS–элементы содержат информацию о способности к транспозиции. У некоторых транспозонов этого типа такая информация сохраняется только в одном из IS–элементов, а во втором гены, кодирующие эту информацию, инактивированы мутациями. На концах IS–элементов имеются короткие инвертированные повторяющиеся последовательности, имеющие важное значение для транспозиции, так как именно они узнаются ферментом транспозазой, осуществляющим транспозицию;

– транспозоны ТnЗ – семейства —не содержат в своем составе IS–элементов, а ограничены высоко гомологичными ин­вертированными концевыми повторами, состоящими из 35–48 пар нуклеотидов; центральные области этих транспозонов содержат информацию об их транспозиции, а также гены, не связанные с транспозицией (напр., кодирующие резистентность к антибиотикам или к ртути).

Пути перемещения транспозонов:

– консервативный — транспозон вырезается из одного участка и перемещается в другой без увеличения количества копий; при этом участок ДНК, откуда вырезается транспозон, утрачивает свою функцию,

– репликативный — синтезированная копия транспозона перемещается в новое место, при этом увеличивается количество копий. Новые копии транспозонов могут миг­рировать в плазмиды и ДНК фагов, которые в свою очередь, проникая в бактериальные клетки, способствуют их распространению в популя­ции.

Биологическая роль транспозонов:

– регуляторная — участвуют в регуляции активности (инактивации или активации) генов. Обеспечивая перенос генов внутри клетки, способствуют их интеграции в плазмиды и бактериофаги и распространению в популяциях клеток разных видов, придавая им новые свойства, часто связанные со способностью выживать в неблагоприятных условиях. Интеграция транспозонов может привести к экспрессии соседнего «молчащего» гена;

– индукция геномных мутаций разного типа;

– кодирующая — осуществляют горизонтальный перенос генов несущих информацию о синтезе токсинов, ферментов. Некоторые транспозоны приобретают новые гены резистентности к антибиотикам, существующие в виде генных циркулярно-замкнутых кассет. Это происходит, когда в составе транспозона содержатся дополнительные генетические структуры —интегроны,отвечающие за сайт-специфическую рекомбинацию. Интегроны содержат ген интегразы, промотор и сайт интеграции. С помощью фермента интегразы захватывают генные кассеты, внедряют их в специфический сайт интегрона и экспрессируют их со своего промотора;

– являются генетическими маркерами вида (рода) бактерий.

Сравнительная характеристика внехромосомных факторов наследственности прведена в табл. 36.

Таблица 36