Bacterial Mobile Genetic Elements : พันธุกรรมของแบคทีเรียที่สามารถเคลื่อนที่ได้

บทความโดย คุณอุทัยพร สิงห์คำอินทร์

Bacterial Mobile Genetic Elements : คือส่วนพันธุกรรมของแบคทีเรียที่สามารถเคลื่อนที่ได้ ซึ่งการเคลื่อนที่ในที่นี้หมายถึง การเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งอื่นๆ บนโครโมโซมเดียวกัน หรือเคลื่อนที่ไปยังแบคทีเรียเซลล์อื่นๆ

Transfer of DNA between bacterial cells ภาพจาก: http://www.nature.com/nrmicro/journal/v3/n9/fig_tab/nrmicro1235_F1.html

ตัวอย่าง bacterial mobile genetic elements

1. Plasmid คือ สารพันธุกรรมที่อยู่นอกโครโมโซม (extrachromosomal DNA) ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของวงกลม (circular DNA) สามารถจำลองตัวเองได้โดยไม่ต้องอาศัยโครโมโซม  plasmid นับเป็น mobile genetic element ที่สำคัญในการส่งผ่านยีนดื้อยาระหว่างแบคทีเรีย plasmid มีหลายชนิด ดังนี้

  • Conjugative plasmid : เป็น plasmid ที่เมื่อถูกส่งไปยังเซลล์เป้าหมายแล้วจะทำให้เซลล์เป้าหมายมีความสามารถส่งผ่านplasmid ต่อให้เซลล์อื่นผ่านทาง sex pili ได้เนื่องจากบน plasmid มียีนควบคุมการแสดงออกของ sex pili อยู่
  • Mobilizable plasmid : plasmid นี้ไม่มียีนควบคุมการแสดงออกของ sex pili ดังนั้นเซลล์ที่รับ plasmid นี้ไปจึงไม่สามารถส่งผ่านต่อ plasmid ได้ แต่ก็ยกเว้นในกรณีที่เซลล์นั้นมียีนควบคุมการสร้าง sex pili อยู่ก่อนแล้ว
  • Non-mobilizable plasmid : เป็น plasmid ที่นอกจากจะไม่มียีนควบคุมการสร้าง sex pili แล้วยังไม่มีความสามารถในการจำลองตัวเองเพื่อถ่ายทอดไปยังเซลล์อื่นๆ อีกด้วย ดังนั้นมันจะสามารถถ่ายทอดไปเซลล์อื่นได้ ก็ต่อเมื่อไปรวมกับ plasmid อื่นที่มีความสามารถดังกล่าว

2. Transposable Element ต่างกับ plasmid ตรงที่มันเป็น linear double strand DNA พบทั้งบนโครโมโซม และ plasmid ซึ่งการเคลื่อนที่จะอาศัยเอนไซม์ transposase ไปตัดสาย DNA บริเวณจำเพาะ(เรียกว่า inverted repeat เพราะเป็นบริเวณของ DNA ที่ปลายทั้งสองมีลำดับเบสสมมาตรกัน เช่น ATGCG และปลายอีกด้านเป็น CGCAT) และนำเข้าไปแทรกยังบริเวณเป้าหมาย ตัวอย่างของ transposable element มีดังนี้

  • Insertion Sequence (IS) เป็น mobile genetic element ที่มีขนาดเล็กที่สุด มีเพียง Inverted Repeat (IR) ที่คั่นกลาง transposase gene (tnp gene) แม้ว่ามันไม่ได้ carry ยีนดื้อยา แต่ก็มีความสำคัญเพราะมีรายงานพบว่า IS บางชนิดเมื่อไปอยู่ด้านหน้า(upstream) ยีนดื้อยา มันจะทำหน้าที่เป็น strong promoter ทำให้ยีนดื้อยามีการแสดงออกมากขึ้น
  • Transposon (Tn) มีโครงสร้างซับซ้อนมากกว่า IS คือ carry ยีนอื่นเช่นยีนดื้อยา นอกเหนือจาก tnpgene Tn มีหลายชนิด ดังนี้
  1. Composite transposon เป็น Tn ที่ประกอบด้วย IS ที่ปลายทั้งสองด้านที่คั่นกลางด้วยยีนอื่นๆ และอาจมีมากกว่าหนึ่งยีนได้ จากภาพ จะเห็นว่าถ้า transposase ตัดบริเวณ IR จะทำให้ยีนที่อยู่ตรงกลางสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระไม่ต้องไปพร้อมๆกับ tnpgene

    composite transposon ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Insertion_sequence
  2. Complex transposon เป็น Tn ที่ปลายทั้งสองมีเพียง IR ไม่ได้เป็น IS เหมือน composite transposon ดังนั้นการเคลื่อนย้ายของยีนใน Tn ชนิดนี้จะไปพร้อมๆ กับ tnp gene
  3. Conjugative transposon คล้ายๆกับ conjugative plasmid ตรงที่ถ่ายทอดไปยังเซลล์อื่นได้ โดยมันจะต้องแยกตัวออกมาจากก่อน(excision) แล้วเชื่อมต่อตัวเองให้เป็น circular DNA จึงจะสามารถส่งต่อไปเซลล์เป้าหมายได้ในรูปแบบเดียวกับ plasmid

3. Integron มีลักษณะคล้าย transposable element ตรงที่เป็น linear double strand DNA แต่ส่วนประกอบจะแตกต่างออกไป ได้แก่ integrase gene (int gene) เอนไซม์ integrase ทำหน้าที่นำเข้าหรือตัดออก กลุ่มยีนที่อยู่ในintegron (เรียกกลุ่มยีนนี้ว่า gene cassette) โดย attI คือตำแหน่งที่ integrase เข้าไปตัดหรือนำ gene cassette ออก

Integron-mediate gene capture

จะเห็นว่าโดยตัวมันเองแล้ว integron ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ในความเห็นส่วนตัวมันไม่น่าจะถูกเรียกว่าเป็น mobile genetic element เลยด้วยซ้ำ(ถ้ามองว่าทั้ง integron ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปพร้อมกันได้)  มันต้องไปอยู่ใน mobile genetic element อื่นๆ (plasmid หรือ transposon) จึงจะเคลื่อนย้ายไปทั้ง integron ได้

แต่ถ้ามองว่า integron เองก็ทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายของ gene cassette ก็อาจจะเรียก integron ได้ว่า เป็น mobile genetic element โอกาสหน้าขอเขียน integron โดยละเอียดอีกครั้งหนึ่งละกัน

ข้อมูลอ้างอิง: 

  1. 1. Laura S. Frost, Raphael Leplae, Anne O. Summers & Ariane Toussaint,”Mobile genetic elements: the agents of open source evolution“, Nature Reviews Microbiology 3, 722-732 (September 2005) | doi:10.1038/nrmicro1235.
  2. 2. Guillaume Cambray, Anne-Marie Guerout,and Didier Mazel,”Integrons“,Annual Review of Genetics,Vol. 44: 141-166
  3. 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Insertion_sequence

เผยแพร่บทความนี้ครั้งแรกที่ : http://noobnim.in.th/bacterial-mobile-genetic-elements/

sarapuk

คนที่อยากเห็น Biomedical Engineering ของประเทศไทย พัฒนาก้าวไกล

One thought on “Bacterial Mobile Genetic Elements : พันธุกรรมของแบคทีเรียที่สามารถเคลื่อนที่ได้

  • 15 พฤษภาคม 2015 at 0:41
    Permalink

    ขอบคุณบทความที่น่าสนใจนะครับ แต่อ่านแล้วก็ยังไม่ค่อยเข้าใจ เพราะนี้เป็นครั้งแรกที่ได้ยิน ชื่อ bacterial mobile genetic element ผมสนใจด้านนี้มากๆครับ

    Reply

ส่งความเห็นที่ Teh Manus Laoburii ยกเลิกการตอบ

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *