II.3. Распределение IS-элементов и повторяющихся последовательностей в геномах.

Существует ли специфика в присутствии повторов и IS-элементов в ДНК различных бактерий и их распределении по геному? Повторы и IS-элементы могут служить сайтами интеграции и, не находясь в структуре интегрона. Эти же элементы служат горячими точками рекомбинации при образовании делеций.

Например, в геноме M. leprae присутствует очень мало IS-элементов, но большое количество повторов трёх типов RLEP, REPLEР и LEPREP. Участки генома M. leprae, гомологичные геному M. tuberculosis, распределены по геному M. leprae в ином порядке, нежели в M. tuberculosis. Отличия в расположении этих участков и мозаичность генома M. leprae в целом, по-видимому, связаны с наличием по флангам сегментов, гомологичных с M. tuberculosis, указанных диспергированных повторов и генов тРНК, которые вызвали разнообразные геномные перестройки [34].

Обычно прямые повторы стимулируют делеции, дупликации и транслокации, а инвертированные повторы — инверсии [99, 89, 87]. В качестве прямых повторов, генерирующих делеции и другие перестройки, могут выступать IS-элементы (Рис.4). Недавно это получило очередное подтверждение на уровне целого генома B. pertussis [26]. IS-элементы присутствуют в каждой идентифицированной точке «стыковки» сегментов генома после рекомбинации. То же наблюдалось при анализе делеций B. mallei и структуры гомологичных (синтеничных) участков в геномах B. mallei и B. pseudomallei. Было установлено, что в точках стыковки участков синтении находятся IS-элементы, которые также фланкировали 2 синтеничных участка хромосомы 1 B. pseudomallei, присутствующие в хромосоме 2 B.mallei [73]. Делеция 102 т.н.п. локуса pgm Y.pestis происходит с высокой частотой (10^-4 и выше) за счёт рекомбинации между двумя копиями фланкирующих элементов IS100 [43].

Рис. 4. Геномные перестройки, стимулируемые IS-элементами. А. Внедрение IS-элемента в геном; Б. Распространение IS-элемента в геноме за счет транспозиции; В. Реципрокные транслокации; Г. Делеции и образование плазмид.

Таким образом, вероятность, размер и локализация геномных перестроек зависят от распределения в геномах повторяющихся последовательностей (включая IS-элементы). Установлено, что не только локализация, но и само присутствие IS-элементов в геномах не случайно. Так, отмечена специфика в присутствии IS-элементов в геномах бордетелл. Элемент IS1663 обнаружен в геномах штаммов B. bronchiseptica комплекса IV и в штаммах B. pertussis, но отсутствует у других бордетелл. Элемент IS481 обнаружен у всех штаммов B. pertussis и у двух штаммов B. bronchiseptica, выделенных от лошадей, но не у других штаммов. Элемент IS1002 найден у всех штаммов B. pertussis и у штаммов B. parapertussis человеческого происхождения [38]. То же отмечается для других IS-элементов и других видов бактерий (Табл.2). При сравнении различных штаммов микоплазм было показано, что тип повторов их количество и локализация в геноме определяет вероятность и характер геномных перестроек данного генома (Табл.3,4) [86].

Таблица 3. Повторы различных классов в геномах Mycoplasma

SSR- простые повторы; CR – близкие повторы; DR – прямые повторы; IR – инвертированные повторы.

D/I – отношение суммарных длин прямых и инвертированных повторов.

(Из: E. P. C Rocha. and A. Blanchard, 2002)

Перечисленные данные говорят о том, что вероятность геномных перестроек, включая транспозиции МГЭ, зависит от наличия в геноме: самих МГЭ, генерирующих перестройки, сайтов интеграции МГЭ, часто представленных повторами, и повторов, количество которых зависит от вида микроорганизма, размера и нуклеотидного состава генома.

Таким образом, распределение IS-элементов и повторов в геномах бактерий разных видов не одинаково, не беспорядочно и специфично. Так как повторы являются горячими точками рекомбинационных событий, то характер и частоты геномных перестроек должны определяться особенностями распределения повторов и быть видоспецифичными [15].