Bi7311: Praktikum z molekulární biologie prokaryot

Gene transfer agents (GTA)

Horizontální přenos genů hraje významnou roli v evoluci bakteriálních a archeálních genomů. Zajímavým příkladem je přenos genů zprostředkovaný částicemi, které se označují jako gene transfer agents (GTA). Tyto částice lze identifikovat u širokého spektra prokaryot. Ačkoli GTA připomínají fágy, postrádají některé jejich charakteristické znaky. GTA sbalují do svých kapsidů náhodné části chromozomu svého hostitele a zároveň nesbalují geny kódující jejich virion, které jsou během sbalování silně transkribovány a tudíž pro sbalování blokovány transkripčním aparátem. Toto je hlavní rozdíl oproti bakteriofágům, účastnících se obecné transdukce. Produkce GTA není výsledkem infekce, ale geny kódující tyto fágům podobné částice jsou lokalizovány v genomu buňky, která je producentem GTA.

Všechny známé GTA mají strukturu podobnou bičíkatým fágům a jsou uvolňovány do vnějšího prostředí lyzí své hostitelské buňky. Uvolněné GTA pak přenášejí části DNA hostitele do nového recipienta. Oproti tomu, transdukující fágové částice vznikají během replikace fágových částic uvnitř hostitelské buňky a pouze zlomek nově vzniklých virionů obsahuje DNA svého hostitele (Obr. 12).

Obrázek 12. Srovnání GTA s transdukující fágovou částicí.
(a) Geny kódující GTA jsou lokalizovány na hostitelském chromozomu (červeně) a jejich exprese vede k tvorbě částic (černá). Náhodné segmenty DNA z produkující buňky jsou zabaleny v částicích (modré viriony) a pouze některé částice obsahují geny pro vlastní produkci GTA (červený virion). Pro GTA je charakteristické, ža kapacita hlavičky je nedostatečná, aby sbalila DNA s geny kódujícími všechny strukturní proteiny pro tvorbu virionu (naznačeno malými hlavičkami). GTA vyžadují pro uvolnění z buněk lyzi svého hostitele (přerušovaná čára). (b) Při produkci transdukčních fágových částic dochází k expresi fágových nebo profágových genů v genomu hostitele, což vede k produkci nových virionů (černá) a replikaci fágového genomu. Následně vzniká nové fágové potomstvo (oranžové viriony) a s nízkou frekvencí při chybném sbalení DNA dochází ke vzniku transdukující částice (modrý virion).

První objevená fágům podobná částice (GTA) je označována jako RcGTA podle jejího producenta, purpurově zbarvené fotosyntetizující bakterie druhu Rhodobacter capsulatus. U směsných kultur kmenů s různými fenotypy rezistence k antibiotikům byly pozorovány dvojitě rezistentní kmeny a způsob genetické výměny byl podobný transdukci. Nevyžadoval kontakt mezi buňkami a proces přenosu nebyl ovlivněn působením DNázy.

Částice GTA je kódována několika klastry genů, přičemž nejvýznamnější je 14 kb klastr zahrnující 17 genů. Každá částice  RcGTA obsahuje ve svém virionu přibližně 4kb of DNA, což je pouze 30% z minimálního počtu bp pro tvorbu její vlastní struktury (Obr. 13).

Obrázek 13. Gene transfer agents.
Struktura fágům podobných částic – GTA.