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Isla de patogenicidad

Las islas de patogenicidad ( PAI ), como se denominaron en 1990, son una clase distinta de islas genómicas adquiridas por microorganismos a través de la transferencia horizontal...

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Las islas de patogenicidad ( PAI ), como se denominaron en 1990, son una clase distinta de islas genómicas adquiridas por microorganismos a través de la transferencia horizontal de genes . [ 1 ] [ 2 ] Las islas de patogenicidad se encuentran tanto en patógenos animales como vegetales. [ 2 ] Además, las PAI se encuentran tanto en bacterias grampositivas como gramnegativas . [ 2 ] Se transfieren a través de eventos de transferencia horizontal de genes, como la transferencia por un plásmido , fago o transposón conjugativo . [ 3 ] Aunque la composición general de las islas de patogenicidad (PAI) puede variar entre las cepas de patógenos bacterianos, se sabe que todas las PAI tienen características con todas las islas genómicas, que incluyen genes de virulencia, elementos de movilidad funcional y áreas de homología con genes de ARNt y repeticiones directas. [ 2 ] [ 4 ] Por lo tanto, las PAI permiten a los microorganismos inducir enfermedades y también contribuyen a la capacidad de los microorganismos para evolucionar. La propagación de la resistencia a los antibióticos y, más generalmente, la conversión de cepas no patógenas en entornos naturales a cepas que infectan a huéspedes animales y vegetales con enfermedades son dos ejemplos de los cambios evolutivos y ecológicos provocados por la transmisión y adquisición de PAI entre especies bacterianas. [ 5 ] Sin embargo, es imposible pasar por alto su impacto en la evolución bacteriana, ya que si se adquiere un PAI y se absorbe de forma estable, puede cambiar irreversiblemente el genoma bacteriano . [ 2 ] [ 3 ]

Una especie de bacteria puede tener más de una PAI. Por ejemplo, Salmonella tiene al menos cinco. [ 6 ] Una estructura genómica análoga en rizobios se denomina isla de simbiosis .

Propiedades

Las islas de patogenicidad (PAI) son grupos de genes incorporados al genoma , cromosómica o extracromosómicamente, de organismos patógenos, pero generalmente están ausentes en los organismos no patógenos de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas. [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ] Pueden estar ubicadas en un cromosoma bacteriano, transferirse dentro de un plásmido o encontrarse en genomas de bacteriófagos. [ 2 ] Cada isla genómica tiene las siguientes características: un contenido de GC que difiere de la secuencia de ADN circundante, una conexión con genes de ARNt, la presencia de repeticiones en ambos extremos (flanqueantes) y la capacidad de recombinarse, que generalmente se muestra por la presencia de una integrasa . [ 5 ] El contenido de GC y el uso de codones de las islas de patogenicidad a menudo difieren de los del resto del genoma, lo que potencialmente ayuda a su detección dentro de una secuencia de ADN dada, a menos que el donante y el receptor de la PAI tengan un contenido de GC similar. [ 2 ]

El tipo más básico de elemento genético móvil es una secuencia de inserción (IS) , que generalmente solo tiene uno o dos marcos de lectura abiertos que codifican genes para facilitar la transposición. [ 5 ] Las secciones dentro de la PAI pueden ser reorganizadas o eliminadas con el uso de componentes IS. [ 2 ] Estos cambios fomentan la adaptación y ayudan en la generación de cepas alternativas. [ 5 ] Las PAI también contienen transposones, que son formas más sofisticadas de elementos IS. La mayoría están rodeados por repeticiones invertidas terminales cortas que sirven como sitios de recombinación homóloga , lo que aumenta la estabilidad de una PAI. [ 5 ] Las integrasas de bacteriófagos también se encuentran en islas de patogenicidad (PAI) son enzimas producidas por bacteriófagos para permitir la recombinación sitio-específica entre dos secuencias de reconocimiento , sirviendo como otra forma de elemento de movilidad para permitir la inserción de PAI en el ADN del huésped. [ 5 ] Las PAI a menudo están asociadas con genes de ARNt , que dirigen sitios para este evento de integración. [ 2 ] Dado que la integración puede resultar en el truncamiento del ARNt, es probable que solo los loci de ARNt no esenciales que se encuentran en múltiples ubicaciones, o aquellos que poseen capacidad de tambaleo (la capacidad de una base 5' de un anticodón de ARNt para aparearse erróneamente con la tercera base de un codón de ARNm) puedan convertirse en sitios de integración comunes. [ 2 ] Pueden transferirse como una sola unidad a nuevas células bacterianas, confiriendo así virulencia a cepas anteriormente benignas. [ 7 ]

Las islas de patogenicidad contienen genes que codifican uno o más factores de virulencia, incluyendo, entre otros, adhesinas , sistemas de secreción (sistemas de secreción tipo III y IV), toxinas , invasinas , modulinas , efectores , superantígenos , sistemas de captación de hierro, síntesis de antígenos o, resistencia al suero, proteasas de inmunoglobulina A , apoptosis , síntesis de cápsula y tumorigénesis vegetal a través de Agrobacterium tumefaciens . [ 2 ] Los sistemas de secreción tipo III y tipo IV, ambos expresados ​​en bacterias Gram negativas, son los sistemas de secreción más frecuentemente vinculados a las islas de patogenicidad. [ 5 ] Las membranas bacterianas contienen el sistema de secreción tipo III (T3SS), que funciona esencialmente como una jeringa molecular. El aparato en forma de aguja secreta efectores, que van desde la célula bacteriana a la célula huésped a través de la punta del aparato, creando un orificio en la membrana de la célula huésped. [ 5 ]

Existen diversas combinaciones de regulación que involucran islas de patogenicidad. La primera combinación consiste en que la isla de patogenicidad contiene los genes que regulan los genes de virulencia codificados en la PAI. [ 2 ] La segunda combinación consiste en que la isla de patogenicidad contiene los genes que regulan los genes ubicados fuera de la isla de patogenicidad. [ 2 ] Además, los genes reguladores fuera de la PAI pueden regular los genes de virulencia en la isla de patogenicidad. [ 2 ] Los genes reguladores que suelen estar codificados en las PAI incluyen proteínas similares a AraC y reguladores de respuesta de dos componentes. [ 2 ]

Las PAI pueden considerarse regiones de ADN inestables, ya que son susceptibles a deleciones o movilización. [ 2 ] Esto puede deberse a la estructura de las PAI, con repeticiones directas, secuencias de inserción y asociación con ARNt, lo que permite la deleción y movilización con mayor frecuencia. [ 3 ] Además, las deleciones de islas de patogenicidad insertadas en el genoma pueden provocar la alteración del ARNt y, posteriormente, afectar el metabolismo celular. [ 7 ]

Ejemplos

Referencias

  1. ↑ Hacker, J; Bender, L; Ott, M; et  al. (1990). "Las deleciones de regiones cromosómicas que codifican fimbrias y hemolisinas ocurren in vivo e in vitro en varios aislados extraintestinales de Escherichia coli". Microb. Pathog . 8 (3): 213–25 . doi : 10.1016/0882-4010(90)90048-U . PMID 1974320 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Hacker, J; Kaper, JB (2000). "Islas de patogenicidad y la evolución de los microbios". Annual Review of Microbiology . 54 : 641– 679. doi : 10.1146/annurev.micro.54.1.641 . ISSN 0066-4227 . PMID 11018140 . S2CID 1945976 .   
  3. 1 2 3 4 5 Hacker, J.; Blum-Oehler, G.; Muhldorfer, I.; Tschape, H. (1997). " Islas de patogenicidad de bacterias virulentas: estructura, función e impacto en la evolución microbiana" . Molecular Microbiology . 23 (6): 1089– 1097. doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.3101672.x . PMID 9106201. S2CID 27524815 .  
  4. ↑ Gal-Mor, Ohad; Finlay, B. Brett (2006). "Islas de patogenicidad: una caja de herramientas molecular para la virulencia bacteriana" . Microbiología Celular . 8 (11): 1707– 1719. doi : 10.1111/j.1462-5822.2006.00794.x . ISSN 1462-5822 . PMID 16939533 .  
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 Hallstrom, Kelly N.; McCormick, Beth A. (2015). «Islas de patogenicidad: orígenes, estructura y funciones en la patogénesis bacteriana». Microbiología médica molecular . Academic Press. págs. 303–314 . doi : 10.1016/b978-0-12-397169-2.00016-0 . ISBN  978-0-12-397169-2.
  6. ↑ Marcus, Sandra L.; Brumell, John H.; Pfeifer, Cheryl G.; Finlay, B. Brett (2000-02-01). "Islas de patogenicidad de Salmonella: gran virulencia en paquetes pequeños" . Microbes and Infection . 2 (2): 145– 156. doi : 10.1016/S1286-4579(00)00273-2 . ISSN 1286-4579 . PMID 10742687 .  
  7. 1 2 3 4 Groisman E (1996). "Islas de patogenicidad: evolución bacteriana en saltos cuánticos" . Cell . 87 (5): 791– 794. Bibcode : 1996Cell...87..791G . doi : 10.1016/ s0092-8674 (00)81985-6 . PMID 8945505. S2CID 173554 .  
  8. ↑ Kaper JB, Hacker J, eds. 1999. Islas de patogenicidad y otros elementos de virulencia móviles. Washington, DC: Am. Soc. Microbiol. 1-11.
  9. ↑ Nakano M. et al. 2001 Diversidad estructural y de secuencia de la isla de patogenicidad de Escherichia coli uropatógena que codifica la proteína USP
  10. ↑ Lindsay, JA; Ruzin, A; Ross, HF; et al. (julio de 1998). "El gen de la toxina del choque tóxico es transportado por una familia de islas de patogenicidad móviles en Staphylococcus aureus" . Molecular Microbiology . 29 (2): 527–43 . doi : 10.1046/j.1365-2958.1998.00947.x . PMID 9720870. S2CID 30680160 .   
  • Definición de patogenicidad según BAC
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