Integroner: mobile genetiske elementer og drivkraft i antibiotikaresistens
Integroner: mobile genetiske elementer, der fanger genkassetter og driver hurtig antibiotikaresistens — forstå mekanismer, spredning og konsekvenser for folkesundheden.
Et integron er et genetisk system i bakterier, der fungerer som en "platform" til at opsamle, organisere og udtrykke små mobile DNA-elementer kaldet genkassetter. Integroner er ikke i sig selv selvstændigt mobile, men de forbindes ofte med mobile elementer som transposoner og plasmider, hvilket gør dem vigtige i spredningen af antibiotikaresistens mellem bakterier. Integroner findes både i plasmider og i bakterielle kromosomer, og deres rolle rækker fra kliniske patogener til miljøbakterier.
Opbygning og funktion
Et integron består grundlæggende af to dele: et gen, der koder for et rekombinationsenzym (integrasen), og et integreringssted plus en promotor, der styrer ekspressionen af de indsatte kassetter. Den enzymatiske funktion indfanges i et gen for en integrase (ofte omtalt som intI), som fremmer site-specifik rekombination mellem integronets eget attI-sted og det karakteristiske rekombinationssted (ofte kaldet attC, tidligere 59-be) på en genkassette.
En genkassette indeholder typisk kun et enkelt åbent læseramme (ORF) og et rekombinationssted (attC). Mange kassetter mangler en egen promotor, så de er afhængige af integronets fælles promotor (ofte kaldet Pc) for at blive udtrykt. Det betyder, at kassetternes position i arrayet påvirker, hvor stærkt de bliver udtrykt: de kassettegener, der ligger tættest på promotoren, bliver normalt mest udtrykt.
Typer af integroner og særlige former
- Kliniske integroner (f.eks. klasse 1): Disse findes hyppigt i sygdomsfremkaldende Gram-negative bakterier og er stærkt forbundet med multiresistens, fordi de ofte sidder på transposoner/plasmider, som kan spredes mellem bakterier.
- Andre klasser: Der findes flere integronklasser (klasse 1, 2, 3 osv.), som adskiller sig i integrase-genets sekvens og andre karakteristika.
- Superintegroner: Større integron-lignende strukturer på bakteriekromosomer (f.eks. i Vibrio-arter) med hundredevis af kassetter—ofte et reservoir af endnu ukarakteriserede gener.
Hvad koder genkassetter for?
Selvom den første funktion, der blev opdaget hos genkassetter, var antibiotikaresistens, kan kassetter kode for mange forskellige funktioner. Typiske resistensmekanismer båret af kassetter omfatter:
- Enzymer, der inaktiverer antibiotika (f.eks. aminoglykosid-modificerende enzymer)
- Enzymer, der ændrer antibiotikas mål (fx ændringer i ribosomale mål)
- Effluxpumper eller andre proteiner, der mindsker antibiotikakoncentrationen i cellen
Mekanisme for spredning
Integroner selv kan indsætte og fjerne kassetter via integrasen. Selve integronet kan mobiliseres mellem bakterier, når det er associeret med transposoner eller konjugative plasmider. Denne kombination af evnen til at opsamle resistente gener og at blive overført horisontalt er en nøgleårsag til den hurtige udbredelse af multiresistente bakterier.
Klinisk og miljømæssig betydning
Integroner er centrale i den moderne epidemiologi af antibiotikaresistens, fordi de gør det muligt for bakterier at akkumulere flere resistensgener i en enkelt genetisk enhed. Klasse 1-integroner er særligt relevante i hospitalsmiljøer og i miljøer, hvor der er stort antibiotikapres. Derudover fungerer miljøreservoirer og superintegrons som kilder til nye kassetter, som senere kan overføres til patogene bakterier.
Overvågning og kontrol
Overvågning af integroner foretages ofte ved PCR (fx målrettet mod intI1) og ved sekventering (herunder helgenomsekventering) for at identificere kassetter og deres kontekst. Forebyggelse af spredning bygger på klassiske tiltag: ansvarlig brug af antibiotika, infektionskontrol i sundhedsvæsenet, overvågning af miljørisici og forskning i strategier, der kan bremse horisontal genoverførsel.
Sammenfattende er integroner effektive "genopsamlings- og udtryksmaskiner" i bakterier, som bidrager væsentligt til spredningen af antibiotikaresistens og andre erhvervede egenskaber. Forståelse af deres struktur, funktion og bevægelsesveje er derfor afgørende både i klinisk mikrobiologi og i bestræbelserne på at begrænse resistensudbredelse.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en integron?
A: Et integron er en type transposon, som er et mobilt genetisk element. Det findes i bakterier og muligvis i større omfang, og det er den måde, hvorpå antibiotikaresistens hurtigt kan overføres.
Spørgsmål: Hvor findes integroner typisk?
Svar: Integroner findes typisk i plasmider og kromosomer.
Spørgsmål: Hvad var den første funktion, der blev opdaget for integroner?
Svar: Den første funktion, der blev opdaget for integroner, var antibiotikaresistens.
Spørgsmål: Hvordan fungerer genkassetter sammen med integroner?
Svar: Genkassetter har normalt kun et enkelt gen og et specifikt rekombinationssted tilknyttet. De bærer DNA, der koder for antibiotikaresistens, som koder for et enzym, der kløver (skærer) antibiotikamolekylet op. Den første del af et integron indeholder et gen, der koder for et enzym til at fange kassetter, mens den anden del indeholder et sted på genomet, hvor de kan indsættes, samt en promotor til at drive ekspression af de kassetteassocierede gener.
Spørgsmål: Hvad sker der, når der ikke er nogen kassetter i et integron?
Svar: Når der ikke er nogen kassetter i et integron, beskriver det stadig sådanne strukturer, selv uden at de er integreret i det.
Spørgsmål: Kan genkassetter skæres ud af et integron?
Svar: Ja, genkassetter kan om nødvendigt skæres ud af et integron.
Spørgsmål: Er horisontal genoverførsel mulig inden for integroner?
A: Ja, horisontal genoverførsel er mulig inden for integroner ved hjælp af deres integrerede genkassetter.
Søge