Геномный остров

Геномный остров ( GI ) – это часть генома , имеющая очевидное горизонтальное происхождение . ^[1] Этот термин обычно используется в микробиологии , особенно в отношении бактерий . GI может кодировать множество функций, участвовать в симбиозе или патогенезе и может способствовать адаптации организма. Существует множество подклассов ГУ, основанных на выполняемых ими функциях. ^[2] Например, ГИ, связанные с патогенезом, часто называют островом патогенности (PAI), а ГИ, которые содержат множество генов устойчивости к антибиотикам, называют островками устойчивости к антибиотикам. Один и тот же ГИ может возникнуть у отдаленнородственных видов в результате различных типов горизонтального переноса генов (трансформации, конъюгации, трансдукции). Это можно определить с помощью анализа базового состава, а также оценок филогении . Геномный остров — это сегмент генома, который, как полагают, возник в результате метода горизонтального переноса. Геномный остров был впервые обнаружен Хакером и др. в 2000 году.

Вычислительное предсказание

Были разработаны различные программы предсказания геномных островов. Эти инструменты можно разделить на методы, основанные на последовательностях, и методы, основанные на сравнительной геномике /филогении.

Методы, основанные на последовательностях, зависят от естественных различий, которые существуют между составом последовательностей генома разных видов. Геномные области, которые демонстрируют аномальный состав последовательностей (например, смещение нуклеотидов или смещение кодонов), позволяют предположить, что эти области могли быть перенесены горизонтально. Две основные проблемы этих методов заключаются в том, что ложные предсказания могут возникать из-за естественных изменений в геноме (иногда из-за сильно экспрессируемых генов) и что горизонтально перенесенная ДНК со временем улучшит ситуацию (изменение генома хозяина); поэтому прогнозы ограничиваются только недавно приобретенными GI.

Методы, основанные на сравнительной геномике, пытаются идентифицировать регионы, которые имеют признаки горизонтального переноса, используя информацию от нескольких родственных видов. Например, геномная область, которая присутствует у одного вида, но отсутствует у нескольких других родственных видов, предполагает, что эта область могла быть перенесена горизонтально. Альтернативные объяснения заключаются в том, что (i) этот регион присутствовал у общего предка, но был утерян у всех других сравниваемых видов, или (ii) что этот регион отсутствовал у общего предка, но был приобретен в результате мутации и отбора у общего предка. виды, у которых он еще встречается. Аргумент в пользу множественных делеций региона будет усилен, если от внешних групп будут получены доказательства того, что этот регион присутствовал у общего предка, или если филогения предполагает относительно небольшое количество реальных событий делеции. Аргумент в пользу приобретения посредством мутации будет усилен, если известно, что вид с этим регионом существенно отличается от других видов или если рассматриваемый регион небольшой. Правдоподобность либо (i), либо (ii) была бы изменена, если бы в выборке таксонов не учитывались многие вымершие виды, которые могли обитать в этом регионе, и особенно если бы вымирание коррелировало с присутствием региона.

Одним из примеров метода, который объединяет несколько наиболее точных методов прогнозирования GI, является IslandViewer. ^[3]

Примеры

У бактерий многие типов III и системы секреции IV расположены на геномных островках. Эти «островки» характеризуются большим размером (>10 Кб ), частой ассоциацией с генами, кодирующими тРНК , и различным содержанием G+C по сравнению с остальной частью генома. Многие геномные островки окружены повторяющимися структурами и несут фрагменты других мобильных элементов, таких как фаги и плазмиды . Некоторые геномные островки, в том числе прилегающие к интегративным и конъюгативным элементам (ICE), могут спонтанно вырезать себя из хромосомы и передаваться другим подходящим реципиентам. ^[4] Хотя иссечение зависит от наличия механизма ICE, интеграция приписывается интегразам, присутствующим на геномных островках.

Ссылки

^ Ланжиль, Миннесота; Сяо, WW; Бринкман, Ф.С. (май 2010 г.). «Обнаружение геномных островов с использованием подходов биоинформатики». Обзоры природы. Микробиология . 8 (5): 373–82. дои : 10.1038/nrmicro2350 . ПМИД 20395967 . S2CID 2373228 .
^ Юхас, Марио; ван дер Меер, Ян Рулоф; Гайяр, Мюриэль; Хардинг, Розалинда М; Худ, Дерек В.; Крук, Деррик В. (март 2009 г.). «Геномные острова: инструменты бактериального горизонтального переноса генов и эволюции» . Обзоры микробиологии FEMS . 33 (2): 376–393. дои : 10.1111/j.1574-6976.2008.00136.x . ISSN 0168-6445 . ПМК 2704930 . ПМИД 19178566 .
^ Ланжиль М.Г., Бринкман Ф.С. (март 2009 г.). «IslandViewer: интегрированный интерфейс для вычислительной идентификации и визуализации геномных островов» . Биоинформатика . 25 (5): 664–5. doi : 10.1093/биоинформатика/btp030 . ПМЦ 2647836 . ПМИД 19151094 .
^ Джонсон, Кристофер М.; Гроссман, Алан Д. (2015). «Интегративные и конъюгативные элементы (ICE): что они делают и как работают» . Ежегодный обзор генетики . 49 : 577–601. doi : 10.1146/annurev-genet-112414-055018 . ISSN 0066-4197 . ПМК 5180612 . ПМИД 26473380 .

Внешние ссылки

Геномные + острова в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[1] Ланжиль, Миннесота; Сяо, WW; Бринкман, Ф.С. (май 2010 г.). «Обнаружение геномных островов с использованием подходов биоинформатики». Обзоры природы. Микробиология . 8 (5): 373–82. дои : 10.1038/nrmicro2350 . ПМИД 20395967 . S2CID 2373228 .

[2] Юхас, Марио; ван дер Меер, Ян Рулоф; Гайяр, Мюриэль; Хардинг, Розалинда М; Худ, Дерек В.; Крук, Деррик В. (март 2009 г.). «Геномные острова: инструменты бактериального горизонтального переноса генов и эволюции» . Обзоры микробиологии FEMS . 33 (2): 376–393. дои : 10.1111/j.1574-6976.2008.00136.x . ISSN 0168-6445 . ПМК 2704930 . ПМИД 19178566 .

[3] Ланжиль М.Г., Бринкман Ф.С. (март 2009 г.). «IslandViewer: интегрированный интерфейс для вычислительной идентификации и визуализации геномных островов» . Биоинформатика . 25 (5): 664–5. doi : 10.1093/биоинформатика/btp030 . ПМЦ 2647836 . ПМИД 19151094 .

[4] Джонсон, Кристофер М.; Гроссман, Алан Д. (2015). «Интегративные и конъюгативные элементы (ICE): что они делают и как работают» . Ежегодный обзор генетики . 49 : 577–601. doi : 10.1146/annurev-genet-112414-055018 . ISSN 0066-4197 . ПМК 5180612 . ПМИД 26473380 .

[1]

[2]

[3]

[4]