Καθώς ολοένα και περισσότερα γονιδιώματα αλληλουχούνται και σχολιάζονται, γίνεται όλο και πιο προφανές ότι τα γονιδιώματα όλων των οργανισμών είναι γεμάτα με γενετικά στοιχεία που μπορούν να μετακινηθούν μέσα και έξω από τα γονιδιώματα όπου βρίσκονται. Τα μεταφερόμενα στοιχεία αναφέρονται συχνά ως “ άλματα γονιδίων», κινητά γενετικά στοιχεία και μεταφερόμενα στοιχεία. Μετάθεση αναφέρεται στην κίνηση ενός κινητού γενετικού στοιχείου.
- Κινητό γενετικό στοιχεία ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1940 από Μπάρμπαρα ΜακΚλίντοκ (1902-1992) κατά τη διάρκεια των σπουδών της στη γενετική του καλαμποκιού (ανακάλυψη για την οποία τιμήθηκε με το Νόμπελ το 1983).
- Καθώς ανακαλύφθηκαν ολοένα και περισσότεροι τύποι κινητών γενετικών στοιχείων, αναπτύχθηκε νέα ονοματολογία για τη διάκριση ενός τύπου από τον άλλο.
- Το 2008 μια ομάδα διακεκριμένων επιστημόνων που μελετούσαν βακτηριακά και αρχαϊκά κινητά γενετικά στοιχεία πρότειναν έναν νέο ορισμό για μεταφερόμενα στοιχεία: Ειδικά τμήματα DNA που μπορούν επανειλημμένα να εισαχθούν σε μία ή περισσότερες θέσεις ή σε ένα ή περισσότερα γονιδιώματα.
- Αυτός ο νέος ορισμός περιλαμβάνει στοιχεία που διαφέρουν ως προς τη δομή, τους μηχανισμούς ολοκλήρωσης και εκτομής, τις θέσεις-στόχους και την ικανότητα μεταφοράς από το ένα κύτταρο στο άλλο μέσω του HGT.
Μερικοί τύποι μετατιθέμενων στοιχείων
| Μεταφερόμενο στοιχείο | Περιγραφή |
| Ακολουθίες εισαγωγής (IS) | Μικρά γενετικά στοιχεία που αποτελούνται από ένα γονίδιο τρανσποτάσης που περικλείεται από ανεστραμμένες επαναλήψεις |
| Σύνθετα τρανσποζόνια | Περιέχουν γονίδια που δεν σχετίζονται με τη μεταφορά που οριοθετούνται σε κάθε άκρο από στοιχεία IS, τα οποία παρέχουν τη δραστηριότητα τρανσποζάσης που απαιτείται για τη μεταφορά. |
| Τρανσποζόνια μονάδας | Περιέχουν ένα ή περισσότερα γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα που απαιτούνται για τη μεταφορά, καθώς και άλλα γονίδια που δεν σχετίζονται με τη μεταφορά (π.χ. γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά). Δεν σχετίζονται με ένα στοιχείο IS. |
| Ολοκληρωτικά συζυγικά στοιχεία | Εκτός από τις λειτουργίες μετάθεσης, περιέχει γονίδια για συζευκτική μεταφορά σε νέο κύτταρο ξενιστή και άλλα γονίδια (π.χ. γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά). |
- Τα ένζυμα που λειτουργούν στη μεταφορά ονομάζονται συλλογικά ανασυνδυάζει.
- Η ανασυνδυάση που χρησιμοποιείται από ένα συγκεκριμένο κινητό γενετικό στοιχείο μπορεί να ονομάζεται an ιντεγκράση, resolvaseή τρανσποζάση.
- Υπάρχει τεράστιο ενδιαφέρον για αυτά τα ένζυμα επειδή έχει ανακαλυφθεί ότι οι μηχανισμοί δράσης τους είναι παρόμοιοι με αυτούς που χρησιμοποιούνται για την αναδιάταξη των γονιδιακών τμημάτων που κωδικοποιούν σημαντικές πρωτεΐνες του ανοσοποιητικού συστήματος, όπως αντισώματα και υποδοχείς Τ-κυττάρων.
- Τα απλούστερα κινητά γενετικά στοιχεία στα βακτήρια είναι αλληλουχίες εισαγωγήςή στοιχεία IS για συντομία.
- Ένα στοιχείο IS είναι απλώς ένα DNA ακολουθία (περίπου 750 έως 1.600 ζεύγη βάσεων (bp) σε μήκος). Περιέχει μόνο το γονίδιο για το ένζυμο τρανσποζάσηκαι περιβάλλεται σε κάθε άκρο από ανεστραμμένες επαναλήψεις-πανομοιότυπες ή εξαιρετικά ίδιες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων σε αντίστροφο προσανατολισμό.
- Οι ανεστραμμένες επαναλήψεις έχουν συνήθως μήκος περίπου 15 έως 25 ζεύγη βάσεων και ποικίλλουν μεταξύ των στοιχείων IS, έτσι ώστε κάθε τύπος IS να έχει τις δικές του χαρακτηριστικές ανεστραμμένες επαναλήψεις.
- Τρανσποζάση είναι απαραίτητο για τη μεταφορά και προσδιορίζει σωστά τα άκρα του IS.
- Κάθε στοιχείο IS ονομάζεται δίνοντάς του το πρόθεμα IS ακολουθούμενο από έναν αριθμό. Στοιχεία IS έχουν παρατηρηθεί σε διάφορα βακτήρια και μερικά αρχαία.
- Τα τρανσποζόνια είναι πιο πολύπλοκα στη δομή από τα στοιχεία IS.
- Ορισμένα τρανσποζόνια (σύνθετα τρανσποζόνια· αποτελούνται από μια κεντρική περιοχή που περιέχει γονίδια που δεν σχετίζονται με τη μετάθεση (π.χ. γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά) πλαισιωμένα σε κάθε πλευρά από στοιχεία IS που είναι παρόμοια ή πολύ παρόμοια σε αλληλουχία.
- ο πλευρικά στοιχεία IS κωδικοποιούν την τρανσποτάση που χρησιμοποιείται από το τρανσποζόνιο για να κινηθεί. Άλλα τρανσποζόνια δεν διαθέτουν στοιχεία IS και κωδικοποιούν τα δικά τους ένζυμα μεταφοράς.
- Τα περισσότερα ονόματα transposon ξεκινούν με το πρόθεμα Tn.
- Ορισμένα τρανσποζόνια φέρουν γονίδια μεταφοράς και μπορούν εύκολα να μετακινηθούν μεταξύ βακτηρίων κατά τη διαδικασία σύζευξης, ονομάζονται συζευκτικά τρανσποζόνια ή ολοκληρωμένα συζευκτικά στοιχεία (ICEs).
- Ένα καλά μελετημένο παράδειγμα ICE είναι το Tn916 από Enterococcus faecalis.
- Αν και το Tn916 δεν μπορεί να αναπαραχθεί αυτόνομα, μπορεί να μεταφερθεί από E. faecalis σε διάφορους δέκτες και συνδυάζονται στα χρωμοσώματά τους. Τα ICEs παρατηρούνται κυρίως σε Gram-θετικά βακτήρια.
Έχουν εντοπιστεί δύο κύριες μέθοδοι μεταφοράς:
- Απλή μεταφορά
- Αντιγραφική μεταφορά
- Απλή μεταφορά ονομάζεται επίσης μεταφορά κοπής και επικόλλησης. Σε αυτή τη μέθοδο, η τρανσποτάση καταλύει την εκτομή του μεταφερόμενου στοιχείου, ακολουθούμενη από διάσπαση μιας νέας θέσης στόχου και απολίνωση του στοιχείου σε αυτή τη θέση.
- Οι θέσεις στόχοι είναι συγκεκριμένες αλληλουχίες μήκους περίπου πέντε έως εννέα ζευγών βάσεων. Όταν ένα κινητό γενετικό στοιχείο εισάγεται σε μια θέση στόχο, η αλληλουχία στόχου αντιγράφεται έτσι ώστε σύντομες, άμεσης αλληλουχίας επαναλήψεις να πλαισιώνουν τις ανεστραμμένες επαναλήψεις του τερματικού του στοιχείου.
- Αντιγραφική μεταφοράτο αρχικό τρανσποζόνιο παραμένει στη γονική θέση στο χρωμόσωμα και ένα αντίγραφο εισάγεται στη θέση DNA στόχο.
- Μεταθέσιμα στοιχεία παρουσιάζουν ενδιαφέρον για πολλούς λόγους. Η μετακίνησή τους σε α χρωμόσωμα μπορεί να αλλάξει τη λειτουργία των γονιδίων είτε προκαλώντας μεταλλάξεις στα γονίδια στα οποία κινούνται είτε παρέχοντας προαγωγείς που ρυθμίζονται με διαφορετικό τρόπο από τον κανονικό προαγωγέα.
- Συμβάλλουν στην εξέλιξη του χρωμοσώματος ενός οργανισμού, πλασμίδιακαι άλλα κινητά γενετικά στοιχεία ιδιαίτερης σημασίας είναι ο ρόλος των κινητών γενετικών στοιχείων που είναι γενετικά η εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά.
Αναφορά και Πηγές
- https://www.biologydiscussion.com/cell/prokaryotes/transposable-genetic-elements-in-prokaryotes-2/12001
- https://www.science.gov/topicpages/d/doe+jgi+genomics.html
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.01134/full
- https://www.slideshare.net/researcher1234/transposonsjumping-genes
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4701971/
- https://quizlet.com/166040067/chapter-16-mechanisms-of-genetic-variation-flash-cards/
- https://quizlet.com/175024557/microbiology-ppts-microbiology-learnsmart-ch-11-12-16-38-6-micro-flashcardshw-ch-11-12-6-38-16-flash-cards/
- https://quizlet.com/hk/283260511/microbiology-16-mechanisms-of-genetic-variation-flash-cards/
- https://www.britannica.com/biography/Barbara-McClintock
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC317111/
- https://www.biologydiscussion.com/bacteria/transposable-elements-found-in-bacteria/51119
Διαβάστε επίσης:
- Αλληλουχία κυνηγετικού όπλου ολόκληρου του γονιδιώματος: επισκόπηση, βήματα και επιτεύγματα
- Μεταγραφή σε προκαρυώτες: Έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός
- Νοσοκομειακή Λοίμωξη: Εισαγωγή, Πηγή, Έλεγχος και Πρόληψη
- Κοκκιοκύτταρα: Εισαγωγή, Τύποι, Λειτουργίες και Ρόλοι
- Ηλεκτροφόρηση γέλης: τύποι, αρχές, όργανα και εφαρμογές
- Χρωματογραφία: Εισαγωγή, Αρχή, Ταξινόμηση και εφαρμογές
- Διαφορετικοί τύποι χρωματογραφίας
