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1990年に名付けられた病原性アイランド（PAI ）は、水平遺伝子伝播によって微生物が獲得したゲノムアイランドの独特なクラスです。[1] [2]病原性アイランドは、動物病原体と植物病原体の両方に見られます。[2]さらに、PAIはグラム陽性細菌とグラム陰性細菌の両方に見られます。[2]これらは、プラスミド、ファージ、または接合性トランスポゾンによる伝播などの水平遺伝子伝播イベントを通じて伝播します。[3]したがって、PAIは微生物が病気を誘発することを可能にし、また微生物の進化能力にも貢献します。
病原性島（PAI）の一般的な構成は細菌病原体株によって異なる可能性があるが、すべてのPAIは、毒性遺伝子、機能的移動要素、tRNA遺伝子および直接反復配列との相同性領域など、すべてのゲノム島に共通する特徴を持つことが知られている。[2] [4]
1種の細菌には複数のPAIが存在する場合があります。例えば、サルモネラ菌には少なくとも5つのPAIがあります。[5]
根粒菌における類似のゲノム構造は共生島と呼ばれています。
プロパティ
病原性島（PAI）は、病原性生物の染色体または染色体外ゲノムに組み込まれた遺伝子クラスターですが、通常、同じ種または近縁種の非病原性生物には存在しません。 [2] [6] [7]これらは細菌染色体上に位置するか、プラスミド内で移動されるか、バクテリオファージゲノムで見つかります。[2]病原性島のGC含量とコドン使用頻度はゲノムの残りの部分と異なることが多く、PAIの提供者と受信者のGC含量が類似していない限り、特定のDNA配列内での検出に役立つ可能性があります。[2]
最も基本的な種類の可動性遺伝要素は挿入配列 (IS)で、これは通常、転置を容易にするための遺伝子をコードするオープンリーディングフレームを 1 つまたは 2 つだけ持っています。その大部分は、相同組換え部位として機能する短い末端逆方向反復配列に囲まれており、PAI の安定性を高めています。[8] PAI 内のセクションは、IS コンポーネントを使用して並べ替えたり削除したりできます。[2]このような変更は、おそらく適応を促し、代替株の出現を助けるでしょう。[8] PAI は直接反復配列に囲まれています。つまり、挿入された配列の両端の塩基配列は同じです。バクテリオファージ インテグラーゼは、バクテリオファージによって生成される酵素で、2 つの認識配列間の部位特異的組換えを可能にし、病原性島 (PAI) で見つかるもう 1 つの一般的な可動性要素で、宿主 DNA への挿入を可能にします。[2] PAI は、この統合イベントの標的部位であるtRNA遺伝子と関連付けられることがよくあります。 [2]これらは単一のユニットとして新しい細菌細胞に移行し、以前は無害であった菌株に毒性を与える可能性があります。[6]
PAIは可動性遺伝要素の一種で、10～200 kbの範囲で、それぞれの病原体の毒性に寄与する遺伝子をコードします。 [2]病原性アイランドは、接着因子、分泌システム（III型分泌システムなど）、毒素、侵入因子、モジュリン、エフェクター、スーパー抗原、鉄取り込みシステム、O抗原合成、血清耐性、免疫グロブリンAプロテアーゼ、アポトーシス、莢膜合成、アグロバクテリウム・ツメファシエンスによる植物腫瘍形成など、 1つ以上の毒性因子をコードする遺伝子を運びます。[2]
病原性島に関係する制御にはさまざまな組み合わせがあります。最初の組み合わせは、病原性島に、PAI にコードされている毒性遺伝子を制御する遺伝子が含まれているというものです。[2] 2 番目の組み合わせは、病原性島に、病原性島の外側にある遺伝子を制御する遺伝子が含まれているというものです。 [2]さらに、PAI の外側にある制御遺伝子が、病原性島の毒性遺伝子を制御することもあります。[2] PAI に通常コードされている制御遺伝子には、AraC 様タンパク質と 2 成分応答制御因子があります。[2]
PAIは欠失や移動の影響を受けやすいため、不安定なDNA領域であると考えられます。[2]これは、PAIの構造、つまり直接反復、挿入配列、および高頻度での欠失と移動を可能にするtRNAとの関連性によるものと考えられます。[3]さらに、ゲノムに挿入された病原性島の欠失はtRNAを破壊し、その後細胞の代謝に影響を与える可能性があります。[6]
例
- P線毛島には、溶血素、線毛、細胞傷害性壊死因子、尿路病原性特異的タンパク質（USP）などの毒性因子が含まれています。[9]
- ペスト菌の高病原性アイランド I には、鉄の吸収と貯蔵を制御する遺伝子があります。
- サルモネラ SP-1およびSP-2部位は細菌の侵入と宿主細胞内での生存を制御します。 [6]
- Rhodococcus equi毒性プラスミド病原性アイランドは、マクロファージの増殖のための毒性因子をコードします。
- 黄色ブドウ球菌病原性アイランドのSaPIファミリーは可動性遺伝要素であり、毒性ショック症候群毒素遺伝子を含むスーパー抗原をコードしており、特定のバクテリオファージによって高頻度に可動化される。[10]
- ファージはコレラ菌のコレラ毒素、ジフテリア菌のジフテリア毒素、ボツリヌス菌の神経毒素、緑膿菌の細胞毒素をコードしていた。[3]
- ヘリコバクター・ピロリには2つの株があり、一方はCag病原性島の存在により他方よりも毒性が強い。 [3]
- 大腸菌病原性アイランドは、腸管出血性大腸菌（EHEC）株の毒素（例：志賀毒素）の遺伝子を運びます。
参考文献
- ^ Hacker, J; Bender, L; Ott, M; et al. (1990). 「線毛と溶血素をコードする染色体領域の欠失は、さまざまな腸管外大腸菌分離株において、生体内および生体外で発生する」。Microb. Pathog . 8 (3): 213–25. doi :10.1016/0882-4010(90)90048-U. PMID 1974320.
- ^ abcdefghijklmnopq Hacker, J; Kaper, JB (2000). 「病原性島嶼と微生物の進化」Annual Review of Microbiology . 54 : 641–679. doi :10.1146/annurev.micro.54.1.641. ISSN 0066-4227. PMID 11018140. S2CID 1945976.
- ^ abcd Hacker, J.; Blum-Oehler, G.; Muhldorfer, I.; Tschape, H. (1997). 「病原性細菌の島々：構造、機能、微生物の進化への影響」.分子微生物学. 23 (6): 1089–1097. doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.3101672.x . PMID 9106201. S2CID 27524815.
- ^ Gal-Mor, Ohad; Finlay, B. Brett (2006). 「病原性アイランド: 細菌の毒性を調べるための分子ツールボックス」. Cellular Microbiology . 8 (11): 1707–1719. doi : 10.1111/j.1462-5822.2006.00794.x . ISSN 1462-5822. PMID 16939533.
- ^ Marcus, Sandra L.; Brumell, John H.; Pfeifer, Cheryl G.; Finlay, B. Brett (2000-02-01). 「サルモネラ病原性アイランド：小さなパッケージに大きな毒性」. Microbes and Infection . 2 (2): 145–156. doi :10.1016/S1286-4579(00)00273-2. ISSN 1286-4579.
- ^ abcd Groisman E (1996). 「病原性島嶼：細菌の量子的進化」. Cell . 87 (5): 791–794. doi : 10.1016/s0092-8674(00)81985-6 . PMID 8945505. S2CID 173554.
- ^ Kaper JB、Hacker J、編。1999。病原性アイランドとその他の可動性毒性要素。ワシントン DC：Am. Soc. Microbiol. 1-11。
- ^ ab Hallstrom, Kelly N.; McCormick, Beth A. ( 2015). 「病原性島嶼：細菌病原性における起源、構造、役割」。分子医学微生物学。Academic Press。pp. 303–314。doi :10.1016/ b978-0-12-397169-2.00016-0。ISBN 978-0-12-397169-2。
- ^ Nakano M. et al. 2001 尿路病原性大腸菌のUSPタンパク質をコードする病原性島の構造と配列の多様性
- ^ Lindsay, JA; Ruzin, A; Ross, HF; et al. (1998年7月). 「毒性ショック毒素の遺伝子は、黄色ブドウ球菌の移動性病原性アイランドファミリーによって運ばれる」.分子微生物学. 29 (2): 527–43. doi : 10.1046/j.1365-2958.1998.00947.x . PMID 9720870. S2CID 30680160.
外部リンク
- BAC による病原性の定義