Integron: definicija, struktura in vloga pri prenosu odpornosti proti antibiotikom
Integron ni sam po sebi transpozon, vendar je pogosto povezan z njimi in je obliko mobilnega genetskega elementa oziroma genetskega sklopa, ki omogoča zajemanje in izražanje novih genov. Gre za specifičen genetski sistem, ki ga najpogosteje najdemo pri bakterijah in je eden glavnih mehanizmov, preko katerih se širi odpornost proti antibiotikom. Integroni se pojavljajo tako v plazmidih kot na kromosomih, pogosto v okviru transpozonov ali drugih prenosljivih elementov. Čeprav je bila prva odkrita funkcija integronov prenos odpornih genov, se preko njih lahko prenašajo tudi druge bakterijske lastnosti)
Struktura integrona
Integron je sestavljen iz treh osnovnih komponent:
- gen za integrazo (intI) — encim rekombinaze, ki katalizira zajem in izrezovanje genskih kaset;
- specifično mesto rekombinacije attI v integronu, kamor se vgrajujejo kasete;
- konstitutivni ali inducibilni promotor (Pc), ki omogoča izražanje genov, vključenih v kasete.
Genske kasete so majhni mobilni elementi, običajno vsebujejo en sam odprt berljiv okvir (ORF) brez svojega promotorja in zaporedje za rekombinacijo (attC). Transpozoni in drugi prenosljivi elementi lahko kasete premikajo med bakterijami, kar pojasnjuje hitro širjenje odpornosti v populacijah.
Genske kasete in način delovanja
Genske kasete se pripenjajo na mesto attI integrona s pomočjo integraze. V originalnem opisu so bile kasete pogosto povezane z geni za odpornost; kasete ponavadi vsebujejo en gen in značilno zaporedje attC, ki omogoča rekombinacijo. V besedilu spodaj ohranimo opis njihove vloge:
Transpozoni so elementi za zajemanje in izražanje genov, ki majhne mobilne elemente, znane kot genske kasete, postavijo na mesto in omogočijo njihovo delovanje. Običajno ima vsaka kaseta le en gen in določeno mesto rekombinacije. Kasete nosijo DNK, ki kodira (= "gen") za odpornost proti antibiotikom (na primer). Običajno DNK kodira encim, ki cepi (razreže) molekulo antibiotika.
Povezava med integrazo, mestom vstavljanja in izražanjem
Glavni sestavni del integrona je gen, ki kodira encim, ki zajame kasete (integraza). Poleg tega integron vsebuje specifično mesto v genomu, kamor se kasete vstavljajo (attI), in promotor, ki omogoča izražanje genov, povezanih s kaseto. "Integron" se uporablja tako za opis strukture brez kaset kot tudi, ko so kasete v njej integrirane: kasete se lahko vstavijo, izrežejo in so pogosto predmet horizontalnega prenosa genov.
Razredi integronov in njihove značilnosti
- Class 1 integroni: najbolj razširjeni v kliničnih izolatih; pogosto nosijo več kaset z geni za odpornost in so povezani s plazmidi ter transpozoni.
- Class 2 integroni: običajno povezani z določenimi transpozoni in imajo manj dinamično polje kaset.
- Superintegroni: dolgi kromosomalni nizki integroni, najdeni pri nekaterih okoljskih bakterijah, ki lahko nosijo na desetine ali celo sto kaset.
Vloga pri prenosu odpornosti in javnozdravstveni pomen
Integroni igrajo ključno vlogo pri širjenju odpornosti proti antibiotikom. Ker omogočajo hitro zbiranje in izražanje različnih odpornih genov, pod vplivom selekcijskega pritiska (uporaba antibiotikov) pride do hitro razširitev bakterijskih seval z večkratno odpornostjo. Integroni torej povečujejo potencial bakterij, da preživijo izpostavljenost zdravilom, kar predstavlja velik izziv za zdravljenje okužb in javno zdravje.
Detekcija in preprečevanje širjenja
Za prepoznavanje integronov se uporabljajo molekularne metode, kot so PCR (ciljanje na intI gene), sekvenciranje posameznih kaset ali analiza celotnih genomov (WGS). Za zmanjšanje širjenja integronov in genov odpornosti so ključni ukrepi:
- odgovorna in ciljna raba antibiotikov (antimikrobna stewardship);
- nadzor in preprečevanje okužb v zdravstvenih ustanovah;
- monitoring in spremljanje rezistenc v kliničnih in okoljskih izolatah;
- raziskave za razvoj novih antimikrobnih strategij in alternativ (npr. inhibitori prenosnih mehanizmov).
Sklep: Integroni so dinamični genetski sistemi, ki omogočajo zbiranje in izražanje genov, predvsem tistih, ki kodirajo odpornost proti antibiotikom. Njihova povezanost s plazmidi in transpozoni ter zmožnost horizontalnega prenosa naredi integrone pomemben cilj za spremljanje in ukrepe v boju proti širjenju odpornosti.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je integron?
O: Integron je vrsta transpozona, ki je mobilni genetski element. Najdemo ga pri bakterijah, morda tudi širše, in je način, kako se lahko odpornost na antibiotike hitro prenaša.
V: Kje običajno najdemo integrone?
O: Integroni se običajno nahajajo v plazmidih in kromosomih.
V: Katera je bila prva odkrita funkcija integronov?
O: Prva odkrita funkcija integronov je bila odpornost na antibiotike.
V: Kako delujejo genske kasete z integroni?
O: Genske kasete imajo običajno samo en gen in določeno mesto rekombinacije. Nosijo DNK, ki kodira odpornost proti antibiotikom, ki kodira encim, ki cepi (razreže) molekulo antibiotika. Prvi del integrona vsebuje gen, ki kodira encim za zajemanje kaset, drugi del pa vsebuje mesto v genomu, kamor jih je mogoče vstaviti, in promotor, ki spodbuja izražanje genov, povezanih s kaseto.
V: Kaj se zgodi, če v integronu ni kaset?
O: Kadar v integronu ni kaset, integron še vedno opisuje takšne strukture, tudi če niso integrirane vanj.
V: Ali lahko genske kasete izrežemo iz integrona?
O: Da, genske kasete se lahko po potrebi izrežejo iz integrona.
V: Ali je znotraj integronov mogoč horizontalni prenos genov?
O: Da, horizontalni prenos genov je možen znotraj integronov z uporabo njihovih integriranih genskih kaset.
