Gen Kháng Thuốc và Sự Chuyển Gen Ngang

Nhiều đặc tính kháng sinh không chỉ được di truyền theo chiều dọc mà còn được mang trên các đoạn DNA di động di chuyển giữa các vi khuẩn, thậm chí giữa các loài. Sự chuyển gen ngang — thông qua tiếp hợp, biến nạp và tải nạp — kết hợp với các yếu tố di truyền di động như plasmid, transposon và integron, cho phép các gen kháng thuốc lây lan nhanh chóng trong quần thể vi sinh vật.

Definition

Chuyển gen ngang là sự di chuyển vật liệu di truyền giữa các vi khuẩn không phải bằng cách di truyền theo chiều dọc; trong bối cảnh kháng thuốc, nó biểu thị sự lây lan của các gen kháng thuốc được mang trên các yếu tố di truyền di động thông qua tiếp hợp, biến nạp hoặc tải nạp.

Scope

Chủ đề này bao gồm các gen kháng thuốc lưu hành dưới dạng vật liệu di động và các phương tiện di truyền cũng như các quá trình di chuyển chúng: plasmid, transposon, trình tự chèn, integron và cassette gen, cùng ba con đường chuyển gen ngang cổ điển. Nó bổ sung cho chủ đề cơ sở di truyền, vốn đề cập đến sự kháng thuốc qua nhiễm sắc thể và đột biến. Cách tiếp cận là vi sinh học và di truyền học hơn là lâm sàng.

Core questions

• Các gen kháng thuốc di chuyển giữa các vi khuẩn cùng loài hoặc khác loài như thế nào?
• Plasmid, transposon và integron đóng vai trò gì trong việc thu nhận và lây lan kháng thuốc?
• Tiếp hợp, biến nạp và tải nạp khác nhau như thế nào với tư cách là các con đường chuyển gen?
• Tại sao khả năng di động lại đẩy nhanh sự lây lan kháng thuốc so với chỉ đột biến?

Key concepts

• Tiếp hợp
• Biến nạp
• Tải nạp
• Plasmid
• Transposon và trình tự chèn
• Integron và cassette gen
• Các yếu tố di truyền di động
• Các vùng kháng đa thuốc

Mechanisms

Các gen kháng thuốc lây lan qua ba con đường chuyển gen cổ điển. Trong tiếp hợp, DNA — thường là một plasmid tự chuyển — đi từ tế bào cho sang tế bào nhận thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa tế bào; trong biến nạp, một tế bào hấp thụ DNA tự do từ môi trường của nó; và trong tải nạp, một thực khuẩn thể mang DNA của vi khuẩn từ vật chủ này sang vật chủ khác. Các yếu tố di truyền di động đóng gói và tập trung các gen kháng thuốc để chuyển: plasmid đóng vai trò là phương tiện nhân bản, transposon và trình tự chèn di chuyển các gen trong và giữa các replicon, và integron thu nhận các cassette gen di động và sắp xếp chúng dưới một promoter chung. Các yếu tố này thường tập hợp nhiều gen kháng thuốc thành các vùng kháng đa thuốc nhỏ gọn, để một sự kiện chuyển gen duy nhất có thể truyền khả năng kháng nhiều loại thuốc cùng một lúc (Partridge et al., 2018; Partridge, 2011).

Clinical relevance

Chuyển gen ngang giải thích tại sao sự kháng thuốc có thể xuất hiện đột ngột ở một sinh vật trước đây nhạy cảm và tại sao các đợt bùng phát vi khuẩn kháng đa thuốc có thể chia sẻ các yếu tố kháng thuốc giống hệt nhau; đây là kiến thức tham khảo để hiểu sự lây lan và giám sát kháng thuốc. Mục này mô tả sinh học của sự chuyển gen và không phải là cơ sở cho các chỉ định điều trị hoặc kiểm soát nhiễm trùng.

Epidemiology

Các yếu tố kháng thuốc di động lưu hành rộng rãi trong các vi khuẩn môi trường, cộng sinh và gây bệnh, và các plasmid và cassette mang integron giống hệt hoặc có liên quan chặt chẽ tái xuất hiện trên khắp các châu lục. Khả năng di động này, tác động lên một kho dự trữ gen kháng thuốc cổ xưa, cho phép các yếu tố quyết định lây lan nhanh hơn nhiều so với dự đoán của đột biến độc lập (Davies & Davies, 2010; Partridge et al., 2018).

Evidence & guidelines

Mô tả về các yếu tố di động và các con đường chuyển gen ở đây tuân theo các đánh giá được trích dẫn rộng rãi về di truyền kháng thuốc (Partridge et al., 2018; Partridge, 2011; Munita & Arias, 2016). Mục này mang tính giáo dục và không cung cấp các hướng dẫn lâm sàng hoặc kiểm soát nhiễm trùng.

History

Khả năng chuyển giao kháng thuốc đã được công nhận vào giữa thế kỷ XX khi sự kháng thuốc được quan sát thấy di chuyển giữa các vi khuẩn đường ruột trên các plasmid có thể chuyển giao, sau đó được gọi là yếu tố R. Các thập kỷ tiếp theo đã mô tả transposon, trình tự chèn và integron là bộ máy mô-đun thu nhận và sắp xếp lại các gen kháng thuốc, thiết lập chuyển gen ngang như một lực lượng trung tâm trong sự tiến hóa của kháng đa thuốc (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

Ba cách vi khuẩn chuyển gen kháng thuốc theo chiều ngang là gì?

Tiếp hợp (chuyển trực tiếp qua tiếp xúc tế bào, thường là plasmid), biến nạp (hấp thụ DNA tự do từ môi trường) và tải nạp (chuyển bởi thực khuẩn thể).

Tại sao integron và plasmid lại quan trọng đối với sự kháng thuốc?

Chúng thu nhận và mang nhiều gen kháng thuốc cùng nhau, do đó một sự kiện chuyển gen duy nhất có thể chuyển khả năng kháng nhiều loại kháng sinh cùng một lúc, đẩy nhanh sự lây lan của kháng đa thuốc.