Островки патогенности вирулентных бактерий: структура, функции и влияние на эволюцию микроорганизмов

Гены вирулентности патогенных бактерий, кодирующие токсины, адгезины, инвазины или другие факторы вирулентности, могут располагаться на трансмиссивных генетических элементах, таких как транспозоны, плазмиды или бактериофаги. Кроме того, такие гены могут входить в состав особых участков бактериальных хромосом, называемых островками патогенности (PAI). Островки патогенности обнаруживаются как у грамотрицательных, так и у грамположительных бактерий. Они присутствуют в геномах патогенных штаммов определенного вида, но отсутствуют или встречаются лишь изредка у непатогенных вариантов того же или родственных видов. Они представляют собой крупные участки ДНК размером до 200 т.п.н. и часто содержат более одного гена вирулентности; содержание G+C в этих генах нередко отличается от содержания G+C в остальной части бактериального генома. В большинстве случаев островки патогенности фланкированы специфическими последовательностями ДНК, такими как прямые повторы или элементы вставочной последовательности (IS). Кроме того, островки патогенности некоторых бактерий, например уропатогенной Escherichia coli, Yersinia spp. и Helicobacter pylori, имеют тенденцию к высокочастотной делеции или могут подвергаться дупликации и амплификации. Островки патогенности часто связаны с локусами тРНК, которые могут служить сайтами-мишенями для интеграции этих элементов в хромосому. Сайты прикрепления бактериофагов и криптические гены в составе островков патогенности, гомологичные генам фаговых интеграз, плазмидным началам репликации или элементам IS, указывают на то, что ранее эти генетические элементы могли распространяться среди бактериальных популяций посредством горизонтального переноса генов — процесса, который, как известно, способствует эволюции микроорганизмов.