transpozitia elemente genetice mobile jumping genes transposable genetic elements (tge)

TRANSPOZITIATRANSPOZITIA

ELEMENTE GENETICE MOBILEELEMENTE GENETICE MOBILE

JUMPING GENESJUMPING GENES

TRANSPOSABLE GENETIC ELEMENTS (TGE)TRANSPOSABLE GENETIC ELEMENTS (TGE)

Dr. Carmen CostacheDr. Carmen Costache

Planul cursuluiPlanul cursului

• TGE – DefinitieTGE – Definitie• TGE – clasificareTGE – clasificare• TranspozitiaTranspozitia

– DefinitieDefinitie– Nespecifica/Situs-specificaNespecifica/Situs-specifica

• TranspozoniTranspozoni– Clasificare, exempleClasificare, exemple

• IntegroniIntegroni• RetroniRetroni• Rolul materialului extracromozomialRolul materialului extracromozomial

TGE TGE

• Segmente mobile de ADN Segmente mobile de ADN

• Responsabile de Responsabile de transpozitietranspozitie

• Dependente de un repliconDependente de un replicon – Lipsite de fgm“ori”Lipsite de fgm“ori”

• La capete au La capete au – ITRITR ( (inverted terminal inverted terminal

repeats)repeats)

– Structura de atasareStructura de atasare

• 5-9 bp5-9 bp

TGE - clasificareTGE - clasificare

• 1) 1) Transpozoni (Tn)Transpozoni (Tn)

• 2) 2) IntegroniIntegroni– Zone de ADN care primesc Zone de ADN care primesc

fgm de ADN, genefgm de ADN, gene

• 3)3) Retropozoni Retropozoni (retroni) (retroni) – Fragmente mobilizabile de ADNFragmente mobilizabile de ADN

– Transcrise prin ARNTranscrise prin ARN

– Au ADN reverse transcriptaza.Au ADN reverse transcriptaza.

– ARN-ADN hibrid ARN-ADN hibrid

reverse transcriptase

TranspozitiaTranspozitia

• Mutarea TGEMutarea TGE– Pe aceasi molecula ADN Pe aceasi molecula ADN

• in pozitii diferitein pozitii diferite

– Intre molecule de ADN diferite Intre molecule de ADN diferite •Cromozom bacterian Cromozom bacterian plasmida plasmida

•Cromozom bacterian Cromozom bacterian bacteriofag bacteriofag

TranspozitieTranspozitieNespecifica Nespecifica // Site Site

specifica specifica ilegitimailegitima // legitimalegitima

• ITR scurteITR scurte

• Zona tinta de Zona tinta de atasare: oriundeatasare: oriunde

• Transpozon inserat Transpozon inserat in zone diferite ale in zone diferite ale moleculei de ADN.moleculei de ADN.

• ITR lungiITR lungi

• Zona tinta de Zona tinta de atasare: specificaatasare: specifica

• transpozon inserat transpozon inserat doar in zone doar in zone specifice ale specifice ale moleculei de ADN, moleculei de ADN,

• Recombinare situs Recombinare situs specifica.specifica.

TranspozoniTranspozoni (Tn) (Tn):: 3 clase3 clase

• Clasa I : “Cut & Paste” (Clasa I : “Cut & Paste” (nereplicativa)nereplicativa)– Tn Simpli = Secvente de insertie -ISTn Simpli = Secvente de insertie -IS

– Tn compusiTn compusi

• Clasa II Clasa II : “Copy & Paste” (: “Copy & Paste” (replicativa)replicativa)– Gena transpozazaGena transpozaza

– cointegrat-rezolvazacointegrat-rezolvaza

– 2 IS 2 IS

– Gene de rezistenta antibioticeGene de rezistenta antibiotice

• Clasa III : Clasa III : “Copy & Paste“Copy & Paste”(replicativa)”(replicativa)– Bacteriofagii mutatoriBacteriofagii mutatori

Clasa I : Secvente de insertie -ISClasa I : Secvente de insertie -IS• 800-1400 bp800-1400 bp• IS = ITR + gena transpozaza + ITRIS = ITR + gena transpozaza + ITR

– Secvente de nucleotide identice Secvente de nucleotide identice sau f.asemanatoare sau f.asemanatoare

– Implicate in integrarea in ADN Implicate in integrarea in ADN receptor.receptor.

• Efect: mutatieEfect: mutatie

Clasa I: Transpozoni CompusiClasa I: Transpozoni Compusi

Domenii:Domenii:

• 1 – la fiecare capat ITR 1 – la fiecare capat ITR

• 2 – gena transpozaza 2 – gena transpozaza

• 3 – gene structurale 3 – gene structurale

– Rezistenta la antibiotice "r" Rezistenta la antibiotice "r" • Kanamicinä, Cloramfenicol, Kanamicinä, Cloramfenicol, Lactamine, Lactamine,

Sulfamide Sulfamide

– Factori de patogenitate Factori de patogenitate • e.g.: toxine - e.g.: toxine - enterotoxină enterotoxină

Exemple de Exemple de TranspozoniTranspozoni de rezistenta la de rezistenta la antibioticeantibiotice

• Kanamicina = Kanamicina = K TnK Tn

• Chlormafenicol = Tn 9 Chlormafenicol = Tn 9

• β-lactamine: β-lactamine: Amp transposon: Amp transposon: AmpR AmpR

• Tetraciclina: Tc Tetraciclina: Tc transposon: transposon: TcRTcR

Transpozoni Transpozoni Clasa IIClasa II • Copy & PasteCopy & Paste = =

transpozitie replicativa • E: cointegrat-rezolvazaE: cointegrat-rezolvaza

• fuziunea a 2 plasmide, una dintre fuziunea a 2 plasmide, una dintre acestea deţinănd un transpozonacestea deţinănd un transpozon

• ReplicareReplicare• 2 plasmide separate2 plasmide separate• Fiecare are transpozonFiecare are transpozon

– Cu gene de rezistentaCu gene de rezistenta

• Plasmidele R = Plasmidele R = colectie de Tn cu colectie de Tn cu gene “r”gene “r”

Transpozoni Clasa III = bacteriofag mutator (Mu)

• Capacitate mare de transpozitie replicativa. Capacitate mare de transpozitie replicativa.

• ~ 100 copii~ 100 copii

• => => mutatii cu frecventa ridicatamutatii cu frecventa ridicata

– Inactivarea geneiInactivarea genei

– Activarea genei alaturateActivarea genei alaturate

– DeletiiDeletii

– InsertiiInsertii

IntegroniIntegroni • Secventa de ADN stabila Secventa de ADN stabila achizitioneaza Tn (gene “r”) achizitioneaza Tn (gene “r”)

– Pe plasmidePe plasmide– Pe cromozomPe cromozom

Integreaza in casete gene de rezistenta pentru diferite tipuri de antibiotice

Prin recombinare site-specifica 3 tipuri de integraze Casetele de gene cu gene de R la AB

exista autonom in citoplasma.

• Casetele de gene =>Casetele de gene =>– Mecanism pentru Mecanism pentru Rezistenta multipla la antibioticeRezistenta multipla la antibiotice, ,

Mechanisms of antibiotic resistance

• secvente de ADN care codifica o revers transcriptazasecvente de ADN care codifica o revers transcriptaza• HIV = structura de retropozon (si alte retrovirusuri)HIV = structura de retropozon (si alte retrovirusuri)• Asociate frecvent cu ADN profag Asociate frecvent cu ADN profag • Exista la multe bacteriiExista la multe bacterii

Retronii (retropozoni)

Efectele revers transcriptieiEfectele revers transcriptiei• Introducerea unui ADN “modificat”Introducerea unui ADN “modificat”

• Defecte punctiforme dar potential Defecte punctiforme dar potential semnificativesemnificative

• Responsabile pentru schimbari importante Responsabile pentru schimbari importante in genomul prokariot in genomul prokariot

• Generarea multor copii de secvente de Generarea multor copii de secvente de ADN modificatADN modificat

• Cresc frecventa mutatiilor spontaneCresc frecventa mutatiilor spontane

HIV si alte retrovirusuriHIV si alte retrovirusuri

• Au structura de retroni. Au structura de retroni. • RT = revers transcriptazaRT = revers transcriptaza• LTR = long terminal repeats LTR = long terminal repeats

(repetari terminale lungi)(repetari terminale lungi)

ROLUL MATERIALULUL GENETIC ROLUL MATERIALULUL GENETIC EXTRACROMOZOMIALEXTRACROMOZOMIAL

• variabilitatea caracterelor bacteriene, variabilitatea caracterelor bacteriene,

• proprietăţi noiproprietăţi noi:: •patogenitatea bacteriană, patogenitatea bacteriană,

•modificarea structurii antigenice, modificarea structurii antigenice,

•dobândirea unor proprietăţi metabolice,dobândirea unor proprietăţi metabolice,

•rezistenţa la antibioticerezistenţa la antibiotice//alţi factori alţi factori antibacterieniantibacterieni

PATOGENITATE BACTERIANĂPATOGENITATE BACTERIANĂ

A.A. Toxine bacterieneToxine bacteriene• 1. 1. CCodificate de odificate de bacteriofagii temperaţibacteriofagii temperaţi::

– toxina difterică codificată de bacteriofagul toxina difterică codificată de bacteriofagul tox, la bacilul tox, la bacilul diftericdifteric

– eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul eritrotoxina - toxina scarlatinoasă, la streptococul hemolitic hemolitic– fibrinolizina stafilococicăfibrinolizina stafilococică– enterotoxina stafilococicăenterotoxina stafilococică– toxina Shiga-like, la bacilul colitoxina Shiga-like, la bacilul coli

• 2. 2. CCodificate de odificate de plasmideplasmide: : – toxina exfoliativă a stafilococilor toxina exfoliativă a stafilococilor – toxina bacilului cărbunostoxina bacilului cărbunos– toxina bacilului tetanictoxina bacilului tetanic– hemolizina bacilului colihemolizina bacilului coli– enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coliE. coli

B. B. Adezine bacterieneAdezine bacteriene - - plasmideplasmide, ,

• aderare specifică de epitelii, mucoase, prin pili de aderareaderare specifică de epitelii, mucoase, prin pili de aderare:: – tulpinile enteropatogene ale bacilului colitulpinile enteropatogene ale bacilului coli

• aderä prin pili de mucoasa duodenojejunală, aderä prin pili de mucoasa duodenojejunală, – tulpinile uropatogene ale bacilului coli,tulpinile uropatogene ale bacilului coli,

• aderă de mucoasa urinară.aderă de mucoasa urinară.

C. C. Invazivitate bacterianăInvazivitate bacteriană - - plasmide,plasmide, • capacitatea de invazie şi de colonizare a epiteliilor:capacitatea de invazie şi de colonizare a epiteliilor:

– ex. invazia epiteliului colic de către bacilul dizenteric ex. invazia epiteliului colic de către bacilul dizenteric – tulpini enteroinvazive de tulpini enteroinvazive de E. coli E. coli (EIEC).(EIEC).

PATOGENITATE BACTERIANĂPATOGENITATE BACTERIANĂ

REZISTENŢA LA ACŢIUNEA UNOR FACTORI DE REZISTENŢA LA ACŢIUNEA UNOR FACTORI DE MEDIUMEDIU

Plasmidele Plasmidele capacitatea de rezistenţă în diverse capacitatea de rezistenţă în diverse condiţii de mediu: condiţii de mediu:

• Rezistenţă la antibiotice Rezistenţă la antibiotice – există peste 60 plasmide cu gene de rezistenţă la există peste 60 plasmide cu gene de rezistenţă la

lactamine; lactamine;

• Rezistenţă la săruri de metale grele Rezistenţă la săruri de metale grele – Plumb, mercur, argint, arsenPlumb, mercur, argint, arsen - - utilizate ca antiseptice, utilizate ca antiseptice,

• Rezistenţa la detergenţi; la radiaţii; la Rezistenţa la detergenţi; la radiaţii; la bacteriofagi; la colicinebacteriofagi; la colicine