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인테그론

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1. 개요

인테그론은 처음에는 항생제 내성과 관련하여 플라스미드에서 발견된 유전자 요소이다. 인테그론은 부위-특이적 재조합효소를 코딩하는 유전자, 유전자 카세트가 삽입되는 재조합 부위, 그리고 유전자 카세트의 전사를 지시하는 프로모터로 구성된다. 인테그론은 유전자 카세트를 포함하며, 이 카세트는 항생제 내성 유전자를 암호화할 수 있다. 인테그론은 플라스미드, 트랜스포존과 같은 이동성 유전 요소 또는 염색체에서 발견될 수 있으며, 세균의 스트레스 반응에 연결되어 있다.

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인테그론
개요
정의세균의 염색체나 플라스미드에 삽입될 수 있는 이동성 유전 인자
구조integrase 유전자 (intI)
부착점 (attI)
프로모터 (Pc)
특징
기능유전자 카세트를 획득하고 발현시키는 기능
역할세균의 항생제 내성 획득 및 확산에 중요한 역할
세균의 적응 및 진화에 기여
구성 요소
Integrase (인테그라제)intI 유전자에 의해 암호화되는 효소
부착점 (attI)integrase에 의해 인식되는 DNA 서열
프로모터 (Pc)획득된 유전자 카세트의 발현을 조절하는 DNA 서열
유전자 카세트항생제 내성 유전자 등을 포함하는 가변적인 유전자 단위
기능 메커니즘
유전자 카세트 획득Integrase는 attI 부위와 유전자 카세트의 attC 부위를 인식하여 유전자 카세트를 integron으로 삽입함
유전자 카세트 발현Pc 프로모터는 삽입된 유전자 카세트의 발현을 조절함
역할
항생제 내성 확산항생제 내성 유전자를 포함하는 유전자 카세트의 획득 및 확산을 통해 항생제 내성균의 출현 및 확산에 기여
세균 진화다양한 유전자 카세트의 획득 및 발현을 통해 세균의 적응 및 진화에 기여
임상적 중요성
항생제 내성임상적으로 중요한 항생제 내성 유전자를 운반하는 integron의 존재는 항생제 치료의 어려움을 가중시킴
감염 관리Integron을 매개로 한 항생제 내성 확산을 억제하기 위한 감염 관리 전략이 필요함
연구 동향
Integron의 진화 및 확산Integron의 진화 및 확산 메커니즘에 대한 연구가 활발히 진행 중임
새로운 항생제 개발Integron을 표적으로 하는 새로운 항생제 개발 연구가 진행 중임

2. 발견

인테그론은 처음에는 항생제 내성과 관련하여 접합 플라스미드에서 발견되었다.[13][2] 실제로, 이러한 이동성 인테그론은 항생제 내성과 직접 관련된 유전자를 포함한 다양한 카세트를 운반하는 것으로 알려져 있다.[20] 추가 연구에 따르면, 인테그론은 염색체 요소이며, 플라스미드로의 이동(mobilsation)은 트랜스포존과 과도한 항생제의 사용에 의해 촉진된다고 알려져있다. 염색체 인테그론에서 발견되는 카세트의 대부분은 기능이 밝혀지지 않았다.

3. 구조

인테그론은 재조합효소를 코딩하는 유전자(''intI''), 재조합 부위(''attI''), 프로모터(''Pc'')를 기본적으로 포함한다.[21][22][6][7][14][15]

3. 1. 핵심 구성 요소

인테그론은 최소한 다음 요소로 구성된다.[21][22][6][7][14][15]

  • 부위-특이적 재조합효소를 코딩하는 유전자 ''intI'': 인테그라제 패밀리에 속한다.
  • 근위 재조합 부위 ''attI'': 인테그론효소(integrase)에 인식되는 부위. 유전자 카세트가 삽입될 수 있다.[23][8][16]
  • 프로모터 ''Pc'': 카세트 인코딩된 유전자의 전사를 지시한다.


또한, 인테그론은 일반적으로 하나 이상의 유전자 카세트를 포함하며, 이 카세트들은 인테그론에 통합되어 있다. 유전자 카세트는 항생제 내성 유전자를 암호화할 수 있으며,[9], 대부분의 인테그론 유전자는 특성이 밝혀지지 않았다. ''attC'' 서열(59-be라고도 함)은 카세트 양쪽에 위치하는 반복 서열로, 카세트가 ''attI'' 부위에 통합되고, 절제되며, 수평 유전자 전달을 겪을 수 있게 한다.

3. 2. 유전자 카세트

인테그론은 일반적으로 그 안에 통합되어 있는 하나 이상의 유전자 카세트를 포함한다. 유전자 카세트는 항생제 내성 유전자를 암호화 할 수 있지만,[9] 인테그론 내 대부분의 유전자는 특징이 파악되지 않았다. ''attC'' 서열(59-be로도 불림)은 카세트 옆면에 존재하며, 카세트를 ''attI'' 부위에 통합시키고, 절단하여 수평 유전자 전달을 시키는 반복 서열이다.

4. 인테그론 기능

인테그론은 항생제 내성에서의 역할을 통해 접합 플라스미드(conjugative plasmid)에서 처음 발견되었다.[20] 이동성 인테그론은 항생제 내성과 직접 관련된 유전자를 포함한 다양한 카세트를 운반한다. 인테그론은 염색체 요소이며, 플라스미드로의 이동은 트랜스포존과 과도한 항생제 사용에 의해 촉진된다. 염색체 인테그론에서 발견되는 카세트의 대부분은 기능이 밝혀지지 않았다.

4. 1. 주요 기능 메커니즘

인테그론에 의해 암호화된 인테그라아제는 두 가지 유형의 재조합 반응을 주로 일으킨다. 첫째는 attC x attC로, 카세트 절제를 유발한다. 둘째는 attI x attC로, 카세트가 인테그론의 attI 부위에 통합되도록 한다. 이렇게 삽입된 카세트는 세포 분열 동안에도 유지된다.[3] 유전자 카세트가 연속적으로 통합되면 일련의 카세트 배열이 형성된다. 가장 마지막에 통합된 카세트는 attI 부위의 Pc 프로모터에 가장 가깝게 위치한다. IntI에 의해 촉매되는 재조합 방식은 구조화된 단일 가닥 DNA를 포함하며, attC 부위 인식 방식에 고유한 특징을 부여한다.[4]

또한, 인테그론 내 유전자 카세트의 통합은 오페론과 마찬가지로 배열 내 모든 카세트의 발현을 가능하게 하는 Pc 프로모터를 제공한다.[3] 카세트의 유전자 발현 수준은 그 앞에 있는 카세트의 수와 특성에 따라 달라진다. 2009년, 디디에 마젤과 그의 팀은 IntI 인테그라아제의 발현이 세균의 SOS 반응에 의해 제어되어, 이 적응 장치를 세균의 스트레스 반응에 연결한다는 것을 밝혀냈다.[5]

최소 인테그론은 다음 요소로 구성된다.[14][15]

  • 부위 특이적 재조합 효소를 코딩하는 유전자 ''intI''
  • 재조합 효소에 의해 인식되어[16] 유전자 카세트가 삽입되는 근위 재조합 부위 ''attI''
  • 카세트에 코딩된 유전자를 직접 전사하는 프로모터 ''Pc''
  • 유전자 카세트


일반적으로 인테그론에는 과거에 삽입된 하나 이상의 유전자 카세트가 존재한다. 이 유전자 카세트는 항생제 내성에 관한 유전자를 암호화하는 것으로 생각되지만, 인테그론 내 유전자의 대부분은 확인되지 않았다. 59-be라고도 불리는 ''attC'' 서열이 카세트에 인접해 있으며, 카세트가 ''attI'' 부위에 삽입될 수 있도록 하여 수평 유전자 이동을 가능하게 한다.

4. 2. 추가 기능 정보

카세트 유지는 복제 요소(염색체, 플라스미드) 내에서 통합되어야 한다. 인테그론에 의해 암호화된 인테그라아제는 두 가지 유형의 재조합 반응을 우선적으로 촉매한다. 1) attC x attC는 카세트 절제를 유발하고, 2) attI x attC는 카세트가 인테그론의 attI 부위에 통합되도록 한다. 삽입된 카세트는 세포 분열 동안 유지된다.[3] 유전자 카세트의 연속적인 통합은 일련의 카세트 형성을 초래한다. 마지막으로 통합된 카세트는 attI 부위의 Pc 프로모터에 가장 가깝다. IntI에 의해 촉매되는 재조합 방식은 구조화된 단일 가닥 DNA를 포함하며 attC 부위 인식 방식에 고유한 특성을 부여한다.[4]

또한 인테그론 내 유전자 카세트의 통합은 오페론과 마찬가지로 배열 내 모든 카세트의 발현을 허용하는 Pc 프로모터를 제공한다.[3] 카세트의 유전자 발현 수준은 그 앞에 있는 카세트의 수와 특성에 따라 달라진다. 2009년, 디디에 마젤과 그의 팀은 IntI 인테그라아제의 발현이 세균의 SOS 반응에 의해 제어되어, 이 적응 장치를 세균의 스트레스 반응에 연결한다는 것을 보여주었다.[5]

인테그론에는 일반적으로 과거에 삽입된 하나 이상의 유전자 카세트가 존재한다. 이 유전자 카세트는 항생제 내성에 관한 유전자를 암호화하는 것으로 생각되지만, 인테그론 내 유전자의 대부분은 확인되지 않았다. 59-be라고도 불리는 ''attC'' 서열이 카세트에 인접해 있으며, 카세트가 ''attI'' 부위에 삽입될 수 있도록 하여 수평적 유전자 이동을 실현한다.

5. 존재

인테그론은 처음에는 항생제 내성에 관여하는 역할 때문에 접합성 플라스미드에서 발견되었다.[2] 실제로, 이러한 이동성 인테그론은 항생제 내성과 관련된 유전자를 포함하는 다양한 카세트를 운반할 수 있다. 추가 연구를 통해 인테그론이 염색체 요소이며, 플라스미드로의 동원은 트랜스포존에 의해 촉진되었고 항생제의 집중적인 사용에 의해 선택되었다는 결론에 도달했다. 염색체 인테그론에서 발견되는 대부분의 카세트 기능은 아직 알려지지 않았다.[13]

인테그론은 플라스미드트랜스포존 등의 이동 유전자 요소의 일부로 존재한다. 또한, 염색체 중에서도 발견된다.

6. 용어

처음으로 슈퍼-인테그론(''super-integron'')이라는 용어가 적용된 것은 ''비브리오 콜레라''의 작은 염색체에 긴 카세트 배열을 갖는 인테그론이었다.[24][25] 이후 이 용어는 다양한 카세트 배열 길이의 인테그론 또는 박테리아 염색체의 인테그론(예: 플라스미드)에 사용되었다. 현재 "슈퍼 인테그론"은 그 의미가 명확하지 않기 때문에 사용을 권장하지 않는다.

1998년에 "슈퍼 인테그론"이라는 용어가 처음 사용되었지만, 정의 없이 콜레라균의 작은 염색체에 긴 카세트 배열을 가진 인테그론에 적용되었다.[10][11] 이후 이 용어는 다양한 카세트 배열 길이의 인테그론 또는 세균 염색체상의 인테그론(예: 플라스미드와 비교)에 사용되었다. "슈퍼 인테그론"의 의미가 불분명해짐에 따라, 현재는 이 용어의 사용이 권장되지 않는다.[10]

더 현대적인 용법에서는 세균 염색체에 위치한 인테그론을 "정착성 염색체 인테그론"이라고 부르며, 전이인자 또는 플라스미드와 관련된 인테그론을 "이동성 인테그론"이라고 부른다.[12]

참조

[1] 논문 "ASMscience {{!}} The Integron: Adaptation On Demand" http://www.asmscienc[...]
[2] 논문 Integrons: agents of bacterial evolution
[3] 논문 Mobile gene cassettes and integrons: capture and spread of genes by site-specific recombination 2006-10-27
[4] 논문 Structural basis for broad DNA-specificity in integron recombination http://dx.doi.org/10[...] 2006
[5] 논문 The SOS Response Controls Integron Recombination https://www.science.[...] 2009-05-22
[6] 논문 Mobile Gene Cassettes and Integrons
[7] 논문 Mobile gene cassettes and integrons in evolution.
[8] 논문 Mobile gene cassettes and integrons: Capture and spread of genes by site-specific recombination
[9] 논문 Profile and resistance levels of 136 integron resistance genes 2023
[10] 논문 Integrons or super integrons?
[11] 논문 A Distinctive Class of Integron in the Vibrio cholerae Genome
[12] 논문 Differences in Integron Cassette Excision Dynamics Shape a Trade-Off between Evolvability and Genetic Capacitance 2017-05-03
[13] 논문 Integrons: agents of bacterial evolution https://www.ncbi.nlm[...] 2006-08
[14] 논문
[15] 논문 Mobile gene cassettes and integrons in evolution https://www.ncbi.nlm[...] 1999-05-18
[16] 논문 Mobile gene cassettes and integrons: Capture and spread of genes by site-specific recombination
[17] 논문 Integrons or super integrons?
[18] 논문 A Distinctive Class of Integron in the Vibrio cholerae Genome
[19] 논문 "ASMscience {{!}} The Integron: Adaptation On Demand" http://www.asmscienc[...]
[20] 논문 Integrons: agents of bacterial evolution
[21] 논문 Mobile Gene Cassettes and Integrons
[22] 논문 Mobile gene cassettes and integrons in evolution.
[23] 논문 Mobile gene cassettes and integrons: Capture and spread of genes by site-specific recombination
[24] 논문 Integrons or super integrons?
[25] 논문 A Distinctive Class of Integron in the Vibrio cholerae Genome



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