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大家好

我叫狄迪耶 梅泽
我是巴斯德研究所任教

我负责研究细菌基因组
可塑性的部分

在这段视频中 我将向你们介绍

抗性基因在细菌之间
交换的方式

在此之前

我需要简要介绍一下
细菌进化的方式

细菌大多通过

我们所谓的
水平基因转移进化

这真的是
细菌进化的标志

有一些
非常重要的定义

可帮助理解
细菌中基因组的含量

首先是核心基因组

它代表
编码必需的

细胞功能的
给定基因组的部分

辅助基因组
代表每个基因组的

大约80％
并编码涉及适应性

和适应不同环境的
所有功能

最重要的是

有这么一个被定义
为泛基因组的东西

它对应于
你在给定物种的

分离物中至少可以找到一次的

所有基因的总和

下面我将以大肠杆菌
为例子来给大家说明一下

大肠杆菌
在每种细菌菌株中

具有大约4000到5000种基因

但大肠杆菌的核心基因组

大约有2000种基因

而同时

如您所看到的
对大肠杆菌

进行测序的次数越多
获得的泛基因组就越广泛

到目前为止 以大肠杆菌为例

泛基因组
大约有18000种基因

这几乎是
必需基因数量的十倍

抗性基因属于
泛基因组和辅助基因组

我现在给大家简要介绍一下

DNA和基因
在细菌之间交换的方式

这些交换
是通过三种主要方式进行的

这些方式在阻力扩散方面
具有不同的重要性

DNA转化是
通过使用

特定的机器
使裸DNA

从环境中进入
天然感受态细菌细胞

共轭是通过
特定细胞接触转移DNA

它涉及的
元素是质粒

或整合和共轭元件
ICE等

细菌交换DNA的
最后一种方式称为转导

是通过
病毒衣壳特异性
递送DNA

它们依赖于
噬菌体的存在和感染性

我现在将详细介绍

三种不同的机制

及其对
抗生素抗性基因扩散的贡献

如我给大家所讲

自然转化仅限于许多细菌物种

这些物种被认为是
天然得能力强大

这是一个高度控制的过程

它的宿主谱
从种内到种间不等

当DNA来自相同

或高度相关的
物种并且最终产生

等位基因取代时
它是相当高效的

这里有一些例子

它对抗性的发展
很重要

但它的确是物种特异的

有这么几个例子

比如
这种转化导致

奈瑟菌对青霉素
和磺胺的耐药性

肺炎球菌对青霉素的耐药性
以及脑膜炎奈瑟球菌

对氯霉素的耐药性

共轭

共轭是通过直接的
细胞对细胞接触器

或是通过两个细胞之间的
桥状连接在

细菌细胞之间
单向转移遗传物质

它们是迄今为止
抗性基因的主要传播者

如我所讲
有两种类型的载体

质粒和整合
与共轭元件

转移机器
是非常有效的

它们甚至可以
允许远缘相关的生物进行转移

已经被证明
甚至可以将DNA

从细菌转移到真核细胞

例如 这是土壤杆菌

将T-DNA转移到
植物细胞中的机制

这些机器的主要限制是

当转移质粒时

能够在新宿主中
自我复制

但是
整合新宿主基因组的ICE

并没有这个限制
且非常成功

它也是一种
高度控制的现象

已经表明
它诱导生物膜形成

因此它可以在细菌聚生体中
发挥非常重要的作用

现在是最后一个 转导

这是外来DNA

被病毒
引入细菌细胞的过程

其效率很高
但非常特殊

它甚至不能
超越应变特异性

就抗性基因传播而言
这是三种机制中

最不重要的

即使病毒是
生物圈中最丰富的生物实体

其中地球表面有超过
10到30个 或10到32个实体

只有少数几个例子

近期的是大肠杆菌和沙门氏菌中
β-内酰胺酶转移的例子

还有一个被称作
转导的过程

也就是少数的
革兰氏阳性细菌中

不同抗性基因的转移

现在
从源头到医院中

发现的临床分离株
的抗性基因流量是什么呢

第一步是在
称为转座子的

遗传元件内
捕获基因

该基因将能够自身移动

或整合接合质粒

以最终进入新宿主

或通过转化

跳入目标菌株的
基因组中

在大多数情况下

通过该转座子传递
抗生素抗性基因

该转座子可以改变其
在基因组内的位置的DNA序列

它被称为转座因子

细菌中存在
两种类型的转座子

单个移动元件

或者它们也可以

通过
两个相同的

移动元件组合

被称为IS 来进行组装
以产生所谓的复合转座子

这两种类型非常有效

它们是细菌中
抗性基因

从一个复制子
跳到另一个复制子的主要来源

最重要的是
转座子可以携带特定的基因捕获装置

已经在
革兰氏阴性的转座子中

发现了两种
基因捕获系统

它们甚至有时
在相同的转座子中相关联

这两个元素
被称为整合子

它们广为人知
而ISCR则非众所周知

我将给大家
简要介绍一下整合子

因为它们是
革兰氏阴性中

抗性传播中
最重要的元素

它们通过

整合酶 也就是重组酶
的存在来定义

所述整合酶能够重组移动基因盒

每个盒都携带抗性基因

它们可以在一个结构中

聚集多达八种不同的抗性基因

目前
有多种盒式磁带

使得这些细菌

抵抗所有
抗革兰氏阴性病原体的抗生素

四环素除外

最重要的是

我们现在知道它们

就是在日本1950年代中期
多次抗生素耐药性传播的

事件的原因

它们成功
的一部分

与在细菌应激时
触发

盒重组

捕获 交换 重塑
这一事实有关

这是移动元素
转座子 整合

和共轭元素之间
相当普遍的事情

如我所讲的 是整合子

这些元素中
重组性质的迁移率

可以通过

在元素中
编码电阻的

非常抗生素直接控制

就像Tn916的情况一样

当Tn存在四环素抗性时
它变得可移动

但在大多数情况下

某种类型的
应激反应

在细菌中
几乎普遍存在

这被称为SOS反应
是对各种基因毒性应激的反应

或者通过使用
非常相似的转录控制系统

例如 在整合子中

平台 也就是重组酶

在正常情况下是沉默的

这是由于存在

称为LexA的
转录抑制因子

其与启动子结合

并阻止
整合酶基因的转录

但是当你
用抗生素治疗细菌时

比如所有靶向DNA
或抑制旋转酶的抗生素

最终都会
产生单链DNA

这种单链DNA将被
普遍的RecA蛋白识别

以产生

能够触发
自体蛋白水解的LexA

它将释放
整合酶基因的转录

然后促使重组

或捕获

它们的抗性基因
从而得以抵抗这种抗生素

这就是
这些不同系统成功的原因

无论是移动性
还是基因捕获系统

就到这里
谢谢大家的关注