Горизонтальный перенос генов устойчивости к соединениям ртути и антибиотикам в природных популяциях палеобактерий

• Автор: Петрова, Майя Александровна
• Шифр специальности: 03.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОБНАРУЖЕНИЕ ЖИЗНЕСПОСОБНЫХ БАКТЕРИЙ В МНОГОЛЕТНЕМЁРЗЛЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

2. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ГЕНОВ

3. ДЕТЕРМИНАНТЫ УСТОЙЧИВОСТИ К СОЕДИНЕНИЯМ РТУТИ И ИХ ГОРИЗНОТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС

3.1. Содержание устойчивых к соединениям ртути бактерий в природных популяциях

3.2. Механизмы устойчивости к ртути

3.3. Строение /нег-опсронов и их распространение в природных популяциях бактерий

3.3.1. Мозаичная структура шег-оперонов и их распространение в природных популяциях

3.4. Участие плазмид в переносе детерминант устойчивости к ртути

3.5. Траиспозоны устойчивости к ртути
3.5.1. Траиспозоны семейства Тп
3.5.1.1. Траиспозоны из подгруппы Тп
3.5.1.2. Траиспозоны из подгруппы Тп5
3.5.1.3. Траиспозоны из подгруппы Тп5
3.5.1.4. Траиспозоны из подгруппы Тп5
3.5.2. Траиспозоны Тп5053/Тп402 семейства
3.5.3. Траиспозоны грамположительных бактерий
3.5.4. Рекомбинантные н/ег-транспозоны и механизмы их образования
3.5.5. Распространение /жгг-транспозонов и их горизнотальпый перенос
4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ЭВОЛЮЦИЯ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ГЕНОВ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
4.1. Возникновение проблемы лекарственной устойчивости
4.2. Биохимические механизмы устойчивости к антибиотикам
4.2.1. Энзиматическая инактивация
4.2.2. Модификация молекулы мишени
4.2.3. Ограничение доступа антибиотика к мишени
4.2.4. Другие механизмы устойчивости
4.2.5. Многообразие механизмов устойчивости бактерий к одному антибиотику
4.3. Разнообразие генов устойчивости к антибиотикам
4.4. Происхождение детерминант устойчивости к антибиотикам
4.4.1. Сравнительный анализ структуры генов продуцентов-антибиотнков и генов клинических штаммов бактерий
4.4.2. Происхождение детерминант устойчивости к антибиотикам от хромосомных генов домашнего хозяйства (house-keeping genes)
4.5. Горзонтальный перенос генов устойчивости к антибиотикам
4.5.1. Классические IS-элементы и составные траиспозоны
4.5.2. ISEcpl и родственные элементы
4.5.3. ISCR элементы
4.5.4. Роль транспозонов в распространении генов устойчивости к антибиотикам
4.5.4.1. Гены устойчивости к стрептомицину и роль транспозона Тп5393 и его производных в их распространении
4.5.5. Интегроны и их роль в распространении множественной лекарственной устойчивости
4.5.5.1. Общие свойства интегронов

4.5.5.2. Классы мобильных интегронов
4.5.5.3. Происхождение генных кассет
4.5.5.4. Распространение мобильных интегронов и их роль в обеспечении
множественной лекарственной устойчивости
4.5.6. Плазмиды и их эволюция
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
1. ОТБОР И ДОСТАВКА ОБРАЗЦОВ
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ
3. ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ И АНТИБИОТИКИ
4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ И КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА МИКРООРГАНИЗМОВ, УСТОЙЧИВЫХ К РТУТИ И АНТИБИОТИКАМ
5. ВЫДЕЛЕНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЧИСТЫХ КУЛЬТУР
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ШТАММЫ БАКТЕРИЙ
7. ПЛАЗМИДЫ
8. ОПЫТЫ ПО КОНЪЮГАТИВНОМУ ПЕРЕНОСУ ПЛАЗМИД
9. ОПЫТЫ ПО ТРАНСПОЗИЦИИ
10. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
10.1. Выделение геномной ДНК
10.2. Выделение плазмндной ДНК для ссквенировашш
10.3. Упрощённое приготовление препаратов геномной ДНК для ПЦР.
10.4. Элюцип фрагментов ДНК из агарозы
10.5. Использованные праймеры
10.6. Очистка ПЦР продуктов
10.7. Зонды для гибридизации, использованные в работе
10.8. Секвестрование ДНК
И. БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. ВЫДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВЫХ К РТУТИ БАКТЕРИЙ ИЗ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
1.1. Гарантии древности бактерий, выделяемых из мерзлоты
1.2. Создание коллекции бактерий, устойчивых к соединениям ртути и антибиотикам
2. ПЕРВИЧНЫЙ АНАЛИЗ ДЕТЕРМИНАНТ УСТОЙЧИВОСТИ У ШТАММОВ МЕРЗЛОТНОЙ КОЛЛЕКЦИИ
2.1. Определение наличия шег-онерона в мезофильных штаммах древних бактерий
2.2. Идентификация генов устойчивости к стрептомицину
3. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ДЕТЕРМИНАНТ УСТОЙЧИВОСТИ У ДРЕВНИХ БАКТЕРИЙ
3.1. Детерминанты устойчивости, локализованные на плазмидах
3.2. Поиск интегронов
3.3. Детерминанты устойчивости, входящие в состав транспозонов.
3.3.1. Транспозоны подгруппы Тп5
3.3.2. Транспозоны подгруппы Тп5
3.3.3. Транспозоны подгруппы Тп2/
3.3.4. Транспозоны семейства Тп5
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ РАНЕЕ НЕИЗВЕСТНЫХ ТРАНСПОЗОНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К РТУТИ
4.1. “Древний” транспозон Тп5060 - безинтегронный предшественник Тп21

4.2. Новый транспозон Tn5042: его структура и распространение среди современных и древних бактерий
5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПОЗОНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К СТРЕПТОМИЦИНУ, РОДСТВЕННЫХ Тп5
6. ИССЛЕДОВАНИЕ РАНЕЕ НЕИЗВЕСТНЫХ МОБИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, УЧАСТВУЮЩИХ В РАСПРОСТРАНЕНИИ ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К АНТИБИОТИКАМ
6.1. Новый сложный транспозон Тп5
6.2. Новый IS-элемент ISPpyl и его роль в перемещении генов устойчивости к антибиотикам
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
Приложение 1. Использованные в диссертационнной работе штаммы бактерий,
выделенные из многолетнемёрзлых отложений
Приложение 2. Праймеры, использованные для обнаружения генов устойчивости к антибиотикам, компонентов интегронов, генов
траспозиционного модуля Тп5
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Среди транспозонов, относящихся к Тп27 подгруппе, были обнаружены элементы, обладающие мозаичной структурой (Yurieva et al., 1997; Mindlin et al., 2001). Два из них, схожие с Тп501, были детально охарактеризованы. Первый из них, Тп5037 из штамма Thiobacillus ferrooxidans, обладает одновременно свойствами и Тп501, и Тп2/. Подобно первому из них, входящий в состав Тп5037 /ие/'-оперон не содержит гена тегС, тогда как его транспозиционный модуль более гомологичен генам транспозиции из Тп27(рис 3.1.) (Каляева и др., 2001). Второй транспозон, Тп5057, обнаруженный в штамме Pseudomonas pulida, содержит тег-оперон практически идентичный таковому из Тп507, тогда гены транспозиции обоих транспозонов отличаются на 30% (Mindlin et al., 2001). На этом основании был сделан вывод о том, что ТпЭ057 является рекомбинантным транспозоном (см далее).
В различных клинических штаммах бактерий, обнаруженных в Европе, США, Японии и Китае, обнаружено более 20 транспозонов, отнесенных к ветви Тп21 (Grinsted ct al., 1990). Помимо древнего происхождения, разнообразие транспозонов подгруппы Тп27 и их широкое распространение среди клинических штаммов связано с наличием интегрона в этих элементах (Liebert et al., 1999). Было высказано предположение, что Тп27 и родственные ему транспозоны произошли от простого ртутного транспозона, распространенного среди бактерий окружающей среды, за счет внедрения последовательности, содержащей, наряду с генами устойчивости к стрептомицину/спектиномицину и сульфониламидам, протяженные районы с неизвестными функциями (Womble & Rownd, 1988). Позже было установлено, что в транспозон-предшественник Тп27 произошло внедрение другого мобильного элемента, несущего интегрон (Stokes and Hall, 1989) и построена гипотетическая схема происхождения транспозонов, близкородственных Tn27 (Liebert et al., 1999) (рис. 3.3.).
С тех пор был обнаружен ряд безинтегронных транспозонов Тп27-подгруппы. Самыми близкими из них к Тп27 оказались Tn2zl//?2 и Тп5075 (Kholodii et al., 2002, Essa