II.2. Сайты интеграции (tРНК, интегроны, IS-элементы, короткие повторы).

Почему рекомбинация в этих сайтах предпочтительна?

Одним из доминирующих механизмов внедрения нового генетического материала (например, геномных островов, островов патогенности) в ДНК-мишень является интеграция в сайты, находящиеся в генах тРНК и тмРНК. Гены тРНК имеют три сайта интеграции, два из которых симметричны, а один — нет. Интегразы, связывающиеся с этими сайтами, строго специфичны, т.е. взаимодействуют либо с симметричными, либо с несимметричными сайтами [82, 115].

В эти сайты могут интегрировать геномные острова, плазмиды, геномы умеренных бактериофагов. Существует много примеров использования генов тРНК в качестве сайтов интеграции, но в данном контексте в качестве фрагментов интегрировавших по этому механизму, можно привести геномные острова B. henselae и уникальные участки генома B. quintana. 62% генетического материала B. henselae, отсутствующего у B. quintana, входит в состав 4 сегментов генома, 3 из которых являются геномными островами, а 4-й — профагом. Каждый из островов B. henselae фланкирован с одной стороны генами лейциновой тРНК, а сдругой — генами интеграз. На месте этих островов и профага в геноме B. quintana находятся некодирующие остатки генома профага. Дополнительный небольшой уникальный для B. henselae участок генома содержит последовательность, сходную с островом патогенности Photorabdus luminescens. (Photorabdus luminescens является симбионтом нематод, которые инфицируют насекомых — вредителей растений; нематоды отрыгивают бактерий, которые, продуцируя токсин, убивают насекомых). Участки генома, уникальные для B. quintana, содержат ген, гомологичный гену эффектора YopP иерсиний и ген секреторного белка для гемолитического токсина азотфиксирующей почвенной бактерии Sinorhizobium meliloti. Оба этих гена сцеплены с генами тРНК [9].

Анализ сиквенированных геномов показывает, что локализация генов тРНК имеет определённую специфичность. Так, у энтеробактерий эти гены относительно равномерно распределены по всему геному, тогда как у бацилл они сгруппированы в блоки и расположены в первой трети генома. Соответственно, районы интеграции генетического материала в гены тРНК у бактерий разных таксономических групп будут отличаться.

Интегроны представляют собой сложные генетические элементы, предназначенные для захвата генов и содержащие ген интегразы, сайт интеграции для привносимых фрагментов ДНК и промотор для экспрессии генов (Рис.3). Сайт интеграции содержит инвертированные повторы, которые узнаются интегразой. Особенно интересно то, что интегроны очень древние генетические элементы, и хотя чаще всего они захватывают кассеты с генами антибиотикоустойчивости, сами интегроны сформировались задолго до эры применения антибиотиков [см. 91-93] Кроме генов антибиотикоустойчивости [64, 90] кассеты, захватываемые интегронами и суперинтегронами, могут содержать гены, кодирующие факторы патогенности [106, 74], гены метаболизма [19, 91], или гены, кодирующие рестрикционные ферменты [91, 103]. Различные геннные кассеты содержат интеграционные сайты (attC), которые не гомологичны друг другу. В большинстве исследованных случаев интегроны бактерий различных видов, даже принадлежащих одному роду, содержат разные генные кассеты. Локализация интегронов (например, в геномах бактерий рода Vibrio) может быть различной, но очевидно наличие предпочтительных сайтов [92]. Перечисленные данные с очевидностью указывают на предетерминированность захвата генетического материала в определённые специализированные сайты (платформы интегронов) за счёт сложного и древнего механизма сайт-специфической рекомбинации.

Рис. 3. Структура (А) и работа (Б) интегрона.

Интеграция многих МГЭ зависит от наличия в сайте-мишени повторяющихся последовательностей. Так, например, предпочтительной мишенью (сайтом узнавания и связывания) для транспозаз в геномах микроорганизмов различных видов оказались внегенные повторяющиеся палиндромы REP [101]. Однако в большинстве случаев специфичность интеграции хотя и зависит от нуклеотидной последовательности мишени, но не является строгой [62]. Итак, МГЭ могут интегрировать в сайты, образованные повторами, из которых состоят также сайты интеграции в генах тРНК и в интегронах. Остаётся выяснить, как распределяются в геномах сами повторы.