整合子：它包含什麼以及它的作用是什麼？

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關鍵詞

移動遺傳元件，1類整合子，水平或側向基因轉移，同源重組，轉座，轉化，接合，轉導，抗生素抗性。

介紹

整合子是能夠獲取和重排嵌入在基因盒單元中的開放閱讀框（ORF），並透過確保其正確表達將其轉化為功能基因的遺傳元件。它們因其在抗生素抗性傳播中的作用而廣為人知，尤其是在革蘭氏陰性細菌病原體中。

隨著在數百種細菌物種的基因組中發現了染色體整合子 (CI) 結構，其作用已得到擴充套件。整合子是染色體元件，其向質粒的轉移是由轉座子和抗生素的廣泛使用所促進的。

整合子存在於所有環境中，可以在進化時間範圍內在物種和譜系之間移動，並且可以訪問大量的功能大部分尚未確定的新基因庫。

在過去的十年中，對自然環境中整合子多樣性的探索表明，它們不僅僅是抗生素耐藥病原體的奇特特徵，而是在細菌適應和基因組進化中發揮著更普遍和更重要的作用。

出現

整合子可以作為移動遺傳元件（如質粒和轉座子）的一部分被發現。整合子也可以在染色體中發現。

術語

整合子一詞已被用於各種盒陣列長度或細菌染色體（質粒）上的整合子。位於細菌染色體上的整合子稱為久坐型染色體整合子，而與轉座子或質粒相關的整合子則稱為移動整合子。

整合子的結構

所有整合子都共享三個基本核心特徵，其組合活動捕獲並隨後表達外源基因作為基因盒的一部分。

• 編碼位點特異性重組酶的基因：intI，屬於整合酶家族。
• 近端重組位點：attI，整合酶識別該位點，基因盒可插入其中。
• 啟動子：Pc，指導盒編碼基因的轉錄。

基因盒

整合子通常包含一個或多個已整合到其中的基因盒。基因盒可能編碼抗生素抗性基因，儘管整合子中的大多數基因都未被鑑定。attC 序列是側翼盒並使盒能夠整合到 attI 位點、切除並進行水平基因轉移的重複序列。

功能

盒的維持需要將其整合到複製元件（染色體、質粒）中。整合子編碼的整合酶優先催化兩種型別的重組反應

• attC x attC，導致盒切除。
• attI x attC，允許盒整合到整合子的 attI 位點。

插入後，盒在細胞分裂過程中得以維持。基因盒的連續整合導致一系列盒的形成。最後整合的盒最靠近 attI 位點的 Pc 啟動子。IntI 催化的重組模式涉及結構化的單鏈 DNA，並賦予 attC 位點識別模式獨特的特性。

基因盒在整合子內的整合還提供了一個 Pc 啟動子，允許表達陣列中的所有盒，就像操縱子一樣。然後，盒的基因表達水平是其前面盒的數量和性質的函式。

2009 年，Didier Mazel 及其團隊表明，IntI 整合酶的表達受細菌 SOS 反應控制，從而將這種適應性機制與細菌的應激反應聯絡起來。

當今的整合子：抗生素耐藥性的興起

整合子是抗生素耐藥性傳播的主要參與者，尤其是在革蘭氏陰性病原體中。共有五類“移動”整合子，所有這些都與抗生素耐藥性有關：1 類、2 類和 3 類，通常從臨床環境中回收；4 類，發現於霍亂弧菌的 SXT 元件上；5 類，發現於鮭魚弧菌的 pRSV1 質粒上。

• 1 類整合子作為抗生素耐藥性載體的起源
• 2 類臨床整合子的起源
• 3 類臨床整合子的起源

未來的整合子

DNA 元件已進入多種細菌宿主，包括共生菌和病原菌，這些細菌又已定殖於人類、伴侶動物及其家畜中。

結果是，整合子、它們的抗生素抗性基因以及它們所駐留的移動 DNA 元件已在人類主導的生態系統中廣泛分佈、高度多樣化且豐富。整合子能夠精巧地取樣和表達生物圈中任何潛在的基因，並且可以在不擾亂現有基因的情況下做到這一點。因此，它們能夠透過快速產生遺傳變異來促進對變化的環境條件的適應。

這使得含有整合子的細胞能夠克服人類控制細菌生長的策略，但也為基因勘探和構建新的生物合成途徑提供了豐富的機遇。

結論

整合子是具有獲取、重排和表達從微生物泛基因組中取樣的多種基因能力的非凡遺傳平臺。整合子遠不止是臨床關注的奇特現象。

它們是一種古老的、多樣化的和廣泛存在的機制，用於產生基因組新穎性和觸發細菌的適應性反應。它為生物技術提供了一個強大的平臺，可以使用整合子活性來訪問、操縱和表達任何潛在的基因。

它還將提高使用整合子作為合成生物學平臺的潛力。它有可能帶來更好的健康結果、更好的環境管理以及對微生物進化廣闊範圍的更好理解。