내성 유전자와 수평적 유전자 전달

많은 항생제 내성 특성은 수직적으로만 유전되는 것이 아니라, 심지어 종을 넘어서 박테리아 간에 이동하는 이동성 DNA 조각에 의해 전달됩니다. 접합, 형질전환, 형질도입을 통한 수평적 유전자 전달은 플라스미드, 트랜스포존, 인테그론과 같은 이동성 유전 요소와 결합하여 내성 유전자가 미생물 개체군을 통해 빠르게 확산되도록 합니다.

Definition

수평적 유전자 전달은 수직적 유전 이외의 방식으로 박테리아 간에 유전 물질이 이동하는 것을 의미합니다. 내성 맥락에서는 접합, 형질전환 또는 형질도입을 통해 이동성 유전 요소에 의해 운반되는 내성 유전자의 확산을 나타냅니다.

Scope

이 주제는 이동성 화물로 순환하는 내성 유전자와 이를 이동시키는 유전적 운반체 및 과정(플라스미드, 트랜스포존, 삽입 서열, 인테그론 및 유전자 카세트, 그리고 세 가지 고전적인 수평 전달 경로)을 다룹니다. 이는 염색체 및 돌연변이 내성을 다루는 유전적 기반 주제를 보완합니다. 이 내용은 임상적이라기보다는 미생물학적 및 유전학적 관점에서 다룹니다.

Core questions

• 내성 유전자는 동일하거나 다른 종의 박테리아 간에 어떻게 이동합니까?
• 플라스미드, 트랜스포존, 인테그론은 내성을 포획하고 확산시키는 데 어떤 역할을 합니까?
• 접합, 형질전환, 형질도입은 전달 경로로서 어떻게 다릅니까?
• 이동성은 돌연변이 단독으로 인한 확산에 비해 내성 확산을 어떻게 가속화합니까?

Key concepts

• 접합
• 형질전환
• 형질도입
• 플라스미드
• 트랜스포존 및 삽입 서열
• 인테그론 및 유전자 카세트
• 이동성 유전 요소
• 다제내성 영역

Mechanisms

내성 유전자는 세 가지 고전적인 전달 경로를 통해 확산됩니다. 접합에서는 DNA(종종 자가 전달성 플라스미드)가 공여체에서 수용체로 직접적인 세포 간 접촉을 통해 전달됩니다. 형질전환에서는 세포가 환경으로부터 유리 DNA를 흡수합니다. 형질도입에서는 박테리오파지가 박테리아 DNA를 한 숙주에서 다른 숙주로 운반합니다. 이동성 유전 요소는 전달을 위해 내성 유전자를 포장하고 농축합니다. 플라스미드는 복제 운반체 역할을 하며, 트랜스포존과 삽입 서열은 복제체 내에서 그리고 복제체 간에 유전자를 재배치하고, 인테그론은 이동성 유전자 카세트를 포획하여 공유 프로모터 아래에 배열합니다. 이러한 요소들은 종종 여러 내성 유전자를 압축된 다제내성 영역으로 모아서, 단일 전달 사건으로 여러 약물 계열에 대한 내성을 동시에 부여할 수 있습니다 (Partridge et al., 2018; Partridge, 2011).

Clinical relevance

수평적 전달은 이전에 감수성이 있던 유기체에서 내성이 갑자기 나타날 수 있는 이유와 다제내성 박테리아의 발생이 동일한 내성 요소를 공유할 수 있는 이유를 설명합니다. 이는 내성 확산 및 감시를 이해하는 데 중요한 지식입니다. 이 항목은 유전자 전달의 생물학을 설명하며, 치료 또는 감염 통제 처방의 근거가 아닙니다.

Epidemiology

이동성 내성 요소는 환경, 공생 및 병원성 박테리아 전반에 걸쳐 널리 순환하며, 동일하거나 밀접하게 관련된 플라스미드와 인테그론에 의해 운반되는 카세트가 대륙 전반에 걸쳐 반복적으로 나타납니다. 이러한 이동성은 고대 내성 유전자 저장소에 작용하여, 독립적인 돌연변이가 예측하는 것보다 훨씬 빠르게 결정인자가 확산되도록 합니다 (Davies & Davies, 2010; Partridge et al., 2018).

Evidence & guidelines

여기서 이동성 요소와 전달 경로에 대한 설명은 내성 유전학에 대한 널리 인용되는 리뷰(Partridge et al., 2018; Partridge, 2011; Munita & Arias, 2016)를 따릅니다. 이 항목은 교육적인 내용을 제공하며, 임상 또는 감염 통제 지침을 제공하지 않습니다.

History

내성의 전달성은 20세기 중반에 장내 박테리아 간에 전달성 플라스미드(당시 R 인자라고 불림)를 통해 내성이 전달되는 것이 관찰되면서 인식되었습니다. 이후 수십 년 동안 트랜스포존, 삽입 서열, 인테그론이 내성 유전자를 포획하고 재배열하는 모듈식 기계로 특징지어졌으며, 수평적 전달이 다제내성 진화의 중심적인 힘으로 확립되었습니다 (Partridge, 2011; Davies & Davies, 2010).

Key figures

• Sally R. Partridge
• Julian Davies
• Cesar A. Arias

Seminal works

• partridge-2018
• partridge-2011
• davies-davies-2010

Frequently asked questions

박테리아가 내성 유전자를 수평적으로 전달하는 세 가지 방법은 무엇입니까?

접합(세포 접촉을 통한 직접 전달, 종종 플라스미드), 형질전환(환경으로부터 유리 DNA 흡수), 형질도입(박테리오파지에 의한 전달)입니다.

인테그론과 플라스미드가 내성에 중요한 이유는 무엇입니까?

이들은 여러 내성 유전자를 함께 포획하고 운반하므로, 단일 전달 사건으로 여러 항생제 계열에 대한 내성을 동시에 이동시킬 수 있어 다제내성 확산을 가속화합니다.