Vi khuẩn và Sự Tiến Hóa của Tác Nhân Gây Bệnh: từ Sự Tái Sắp Xếp Hệ Gen đến Chuyển Đổi Lysogen

Microbiology and Molecular Biology Reviews - Tập 68 Số 3 - Trang 560-602 - 2004
Harald Brüssow1, Carlos Canchaya1, Wolf‐Dietrich Hardt2
1Nestlé, Research Center, Vers-chez-les-Blanc, Lausanne
2Institute for Microbiology, D-BIOL, ETH Zürich, Zürich, Switzerland

Tóm tắt

TÓM LƯỢCGenomics so sánh đã chứng minh rằng các nhiễm sắc thể từ vi khuẩn và virus của chúng (thực khuẩn thể) đang đồng tiến hóa. Quá trình này được quan sát rõ nhất ở các tác nhân gây bệnh của vi khuẩn, nơi mà phần lớn chứa các prophage hoặc dư lượng phage tích hợp vào DNA của vi khuẩn. Nhiều prophage từ các tác nhân gây bệnh vi khuẩn mã hóa các yếu tố gây độc. Có thể phân biệt hai tình huống: Vibrio cholerae, Shiga toxin-producingEscherichia coli, Corynebacterium diphtheriae, và Clostridium botulinum phụ thuộc vào một độc tố được mã hóa bởi prophage cụ thể để gây ra một bệnh nhất định, trong khi Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, và Salmonella enterica serovar Typhimurium mang một loạt các prophage và mỗi yếu tố gây độc lực hoặc yếu tố thể chất được mã hóa bởi phage đóng góp từng bước vào sự thích nghi của lysogen. Các prophage này cư xử như "các bầy đàn" của các prophage có liên quan. Sự đa dạng hóa của prophage dường như được thúc đẩy bởi sự chuyển giao thường xuyên của vật liệu phage bằng cách tái tổ hợp với các phage siêu nhiễm, prophage cư trú hoặc thỉnh thoảng tiếp nhận các yếu tố DNA di động khác hoặc các gene nhiễm sắc thể vi khuẩn. Các prophage cũng đóng góp vào sự đa dạng hóa cấu trúc hệ gen vi khuẩn. Trong nhiều trường hợp, thực tế chúng đại diện cho một phần lớn của các trình tự DNA đặc hiệu cho chủng. Ngoài ra, chúng có thể phục vụ như điểm neo cho các đảo ngược hệ gen. Bài đánh giá hiện tại trình bày dữ liệu genomics và sinh học có sẵn về prophage từ các tác nhân gây bệnh vi khuẩn trong một khung tiến hóa.

Từ khóa

#prophage #vi khuẩn #tác nhân gây bệnh #genomics #thực khuẩn thể #đồng tiến hóa #yếu tố gây độc #chuyển đổi lysogen #đa dạng hóa hệ gen.

Tài liệu tham khảo

10.1128/IAI.66.9.4496-4498.1998

10.1016/0027-5107(83)90143-4

10.1128/JB.184.7.1974-1987.2002

10.1016/S0042-6822(03)00198-3

10.1128/jb.179.14.4493-4500.1997

10.1046/j.1365-2958.2003.03797.x

10.1016/S0140-6736(02)08713-5

10.1128/JB.182.8.2341-2344.2000

10.1016/S0966-842X(02)02461-7

10.1128/IAI.71.12.7079-7086.2003

10.1146/annurev.mi.28.100174.001405

Barua D. and W. B. Greenough. 1992. Cholera. Plenum Medical Book Co. New York N.Y.

10.1128/iai.62.11.5095-5101.1994

10.1073/pnas.152298499

10.1126/science.3160112

10.1128/jcm.31.9.2483-2488.1993

10.1046/j.1365-2958.2002.03130.x

10.1073/pnas.2628026100

10.1016/S1097-2765(02)00529-4

10.1128/jb.82.6.984-993.1961

10.1126/science.277.5331.1453

10.1016/S0021-9258(17)42109-0

10.1128/JB.185.21.6467-6471.2003

10.1111/j.1749-6632.1980.tb27987.x

10.1128/aem.61.11.4099-4104.1995

10.1016/S0966-842X(02)02459-9

10.1128/JB.182.19.5530-5538.2000

10.1099/00221287-148-6-1655

10.1128/JB.185.20.6220-6223.2003

10.1073/pnas.202488399

10.1128/JB.182.23.6638-6644.2000

10.1128/IAI.71.7.3782-3786.2003

10.1128/IAI.69.3.1440-1443.2001

10.1128/IAI.70.6.2805-2811.2002

10.1046/j.1365-2958.2001.02228.x

10.1016/S0092-8674(01)00637-7

10.1128/iai.49.3.679-684.1985

10.1073/pnas.101589398

Bushman F. 2002. Lateral DNA transfer: mechanisms and consequences. Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor N.Y.

10.1073/pnas.84.13.4364

10.1128/jb.169.10.4759-4764.1987

10.1128/jb.174.23.7495-7499.1992

Campbell A. and D. Botstein. 1983. Evolution of the lambdoid phages p. 365-380. In J. R. W. Hendrix F. W. Stahl and R. A. Weisberg (ed.) Lambda II. Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor N.Y.

10.1046/j.1365-2958.2003.03847.x

10.1073/pnas.86.17.6676

10.1006/viro.2002.1570

10.1111/j.1365-2958.2004.04113.x

10.1128/MMBR.67.2.238-276.2003

10.1046/j.1365-2958.2003.03580.x

Casjens, S., G. F. Hatfull, and R. W. Hendrix. 1992. Evolution of dsDNA tailed-bacteriophage genomes. Semin. Virol.3:383-397.

10.1093/nar/gkg874

10.1046/j.1365-2958.2003.03550.x

10.1128/IAI.68.6.3523-3534.2000

10.1128/IAI.70.2.762-770.2002

10.1006/jmbi.2001.4868

10.1111/j.1365-2958.1991.tb00768.x

10.1146/annurev.micro.54.1.735

d'Adda di Fagagna, F., G. R. Weller, A. J. Doherty, and S. P. Jackson. 2003. The Gam protein of bacteriophage Mu is an orthologue of eukaryotic Ku. EMBO Rep.4:47-52.

10.1128/JB.181.16.4949-4954.1999

10.1046/j.1365-2958.2000.01772.x

10.1093/emboj/20.8.1850

10.1126/science.1086568

10.1093/emboj/cdf427

10.1126/science.288.5464.333

10.1016/S1369-5274(02)00005-X

10.1073/pnas.94.25.13997

10.1128/JB.184.16.4601-4611.2002

10.1128/JB.185.7.2330-2337.2003

10.1006/viro.2001.1085

10.1016/S0960-9822(01)00555-3

10.1038/255735a0

10.1128/jvi.21.2.560-564.1977

10.1128/JB.185.23.6950-6967.2003

10.1128/JB.186.4.1215-1219.2004

10.1128/IAI.67.8.4099-4105.1999

Eklund, M. W., F. T. Poysky, and S. M. Reed. 1972. Bacteriophage and the toxigenicity of Clostridium botulinum type D. Nat. New Biol.235:16-17.

10.1126/science.172.3982.480

Eklund M. W. V. R. Dowell and Joint United States-Japan Cooperation on the Development and Utilization of Natural Resources Program Toxic Micro-Organisms Panel. 1987. Avian botulism: an international perspective. Charles C. Thomas Springfield Ill.

10.1073/pnas.96.13.7502

10.1128/IAI.67.11.5723-5729.1999

10.1073/pnas.0337468100

10.1128/IAI.71.6.2993-2999.2003

10.1073/pnas.071559398

10.1046/j.1365-2958.1999.01461.x

10.1046/j.1365-2958.1997.4451807.x

10.1046/j.1365-2958.2001.02234.x

10.1016/0925-4439(93)90069-D

10.1046/j.1365-2958.1997.4891851.x

10.1073/pnas.161098098

10.1128/jb.61.6.675-688.1951

10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_18020191.x

10.1146/annurev.cellbio.17.1.53

10.1126/science.284.5418.1322

10.1128/IAI.71.6.3107-3115.2003

10.1128/iai.60.2.518-522.1992

10.1073/pnas.202353699

10.1128/JB.183.6.1835-1842.2001

10.1006/mpat.1998.0217

10.1128/jcm.21.4.654-655.1985

10.1093/infdis/155.2.253

Hambleton, P. 1992. Clostridium botulinum toxins: a general review of involvement in disease, structure, mode of action and preparation for clinical use. J. Neurol.239:16-20.

10.1073/pnas.1431769100

10.1016/S1286-4579(01)01411-3

10.1128/IAI.72.2.795-809.2004

10.1128/IAI.71.7.4052-4058.2003

10.1016/S0092-8674(00)81442-7

10.1073/pnas.95.5.2574

10.1046/j.1365-2958.1998.00727.x

10.1007/BF00279572

10.1128/jb.175.22.7260-7268.1993

10.1006/tpbi.2002.1590

10.1016/S0923-2508(03)00068-8

10.1016/S0966-842X(00)01863-1

10.1073/pnas.96.5.2192

Hershey A. D. 1971. The bacteriophage lambda. Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor N.Y.

10.1046/j.1365-2958.2001.02645.x

10.1128/JB.184.19.5234-5239.2002

10.1128/JB.183.2.611-620.2001

10.1046/j.1365-2958.2000.01643.x

10.1128/JB.185.24.7279-7284.2003

10.1086/315554

10.1126/science.1058709

10.1111/j.1365-2958.1992.tb01538.x

10.1038/nature00782

10.1128/MMBR.62.2.379-433.1998

10.1128/IAI.70.6.3227-3233.2002

10.1128/IAI.71.6.3028-3033.2003

10.1128/IAI.71.6.3634-3638.2003

10.1099/00221287-148-11-3681

10.1111/j.1574-6968.1987.tb02091.x

10.1006/jmbi.2000.3729

10.1016/S0378-1119(98)00278-9

10.1111/j.1365-2958.1994.tb00450.x

10.1128/IAI.68.11.6362-6369.2000

10.1038/20715

10.1128/IAI.69.8.4988-4995.2001

10.1128/JB.183.23.6885-6897.2001

10.1128/AEM.67.1.484-489.2001

10.1016/S0140-6736(00)04403-2

10.1128/CMR.12.2.224

10.1016/S0966-842X(97)01110-4

10.1128/JB.184.17.4891-4905.2002

10.1016/S0966-842X(01)02198-9

Lawrence, J. G., and H. Ochman. 1997. Amelioration of bacterial genomes: rates of change and exchange. J. Mol. Evol.44:383-397.

10.1093/genetics/143.4.1843

10.1073/pnas.111581598

10.1016/S0092-8674(00)81551-2

10.1128/jb.163.3.1114-1119.1985

10.1128/mr.47.4.510-550.1983

10.1128/jvi.21.2.554-559.1977

10.1046/j.1365-2958.1998.00947.x

10.1266/ggs.74.227

10.1073/pnas.95.7.3943

10.1128/jcm.23.1.201-202.1986

10.1128/jcm.29.11.2618-2620.1991

10.1016/S0140-6736(98)01267-7

10.1038/nature00778

10.1046/j.1365-2958.2002.02857.x

10.1073/pnas.97.13.7539

10.1046/j.1365-2958.1999.01651.x

10.1016/0378-1119(94)00691-K

10.1046/j.1365-2958.2001.02441.x

10.1016/S0092-8674(02)00829-2

10.1128/JB.183.7.2348-2358.2001

10.1073/pnas.96.17.9845

10.1006/jmbi.2001.4950

10.1086/375348

10.1128/JB.185.21.6481-6485.2003

10.1128/JB.185.11.3473-3475.2003

10.1128/IAI.70.1.69-78.2002

10.1128/iai.61.12.5309-5314.1993

10.1128/IAI.71.8.4554-4562.2003

10.1101/gr.1096703

10.1046/j.1365-2958.2000.02135.x

10.1016/S0378-1119(01)00390-0

10.1016/S0014-5793(97)01100-9

10.1046/j.1365-2958.1998.00890.x

10.1016/S0042-6822(03)00516-6

Nilsson, A. S., J. L. Karlsson, and E. Haggard-Ljungquist. 2004. Site-specific recombination links the evolution of P2-like coliphages and pathogenic enterobacteria. Mol. Biol. Evol.21:1-13.

10.1016/S0966-842X(01)02173-4

10.1073/pnas.262441699

10.1016/0022-2836(68)90170-8

10.1016/S0021-9258(18)73996-3

10.1016/S1369-5274(02)00002-4

10.1016/S1096-4959(02)00168-9

10.1016/S0092-8674(03)00233-2

10.1128/JB.185.17.5182-5191.2003

10.1128/IAI.66.8.3810-3817.1998

10.1128/JB.181.6.1767-1778.1999

10.1093/nar/18.5.1291

Popoff, M. R., D. Hauser, P. Boquet, M. W. Eklund, and D. M. Gill. 1991. Characterization of the C3 gene of Clostridium botulinum types C and D and its expression in Escherichia coli Infect. Immun.59:3673-3679.

Popoff M. R. and J.-C. Marvaud. 1999. Structural and genomic features of clostridial neurotoxins p. 174-201. Academic Press Ltd. London United Kingdom.

10.1073/pnas.122153699

10.1016/S1438-4221(00)80009-0

Prescott, J. F., C. W. Miller, K. A. Mathews, J. A. Yager, and L. DeWinter. 1997. Update on canine streptococcal toxic shock syndrome and necrotizing fasciitis. Can. Vet. J.38:241-242.

10.1128/JB.184.21.6026-6036.2002

10.1073/pnas.052704399

10.1128/JB.181.12.3618-3625.1999

10.1128/jvi.45.2.524-530.1983

10.1128/IAI.70.4.1896-1908.2002

10.1073/pnas.121188598

10.1128/AEM.69.2.1059-1066.2003

10.1111/j.1365-2958.1993.tb01221.x

10.1016/S0092-8674(03)00276-9

10.1128/JB.184.16.4529-4535.2002

10.1046/j.1365-2958.2001.02488.x

10.1046/j.1365-2958.2001.02403.x

10.1128/JB.185.13.3966-3971.2003

10.1128/aem.61.4.1637-1640.1995

10.1128/JB.185.12.3596-3605.2003

10.1046/j.1365-2958.1997.5481909.x

10.1073/pnas.062526099

10.1128/IAI.70.12.7095-7104.2002

10.1073/pnas.191267598

10.1046/j.1365-2958.1999.01525.x

10.1128/JB.182.16.4406-4413.2000

10.1038/nrm1201

Stender, S., A. Friebel, S. Linder, M. Rohde, S. Mirold, and W. D. Hardt. 2000. Identification of SopE2 from Salmonella typhimurium, a conserved guanine nucleotide exchange factor for Cdc42 of the host cell. Mol. Microbiol.36:1206-1221.

10.1128/IAI.70.2.945-952.2002

10.1128/JB.185.23.6841-6851.2003

Sung, L. M., M. P. Jackson, A. D. O'Brien, and R. K. Holmes. 1990. Transcription of the Shiga-like toxin type II and Shiga-like toxin type II variant operons of Escherichia coli. J. Bacteriol.182:6386-6395.

10.1128/mr.42.2.385-413.1978

10.1128/JB.182.21.6183-6191.2000

Taylor, R. K., V. L. Miller, D. B. Furlong, and J. J. Mekalanos. 1986. Identification of a pilus colonization factor that is coordinately regulated with cholera toxin. Ann. Sclavo Collana Monogr.3:51-61.

10.1073/pnas.84.9.2833

10.1073/pnas.182380799

10.1128/iai.58.10.3173-3177.1990

10.1128/JB.182.8.2262-2268.2000

10.1038/newbio233008a0

10.1046/j.1365-2958.2002.03145.x

10.1073/pnas.261348198

10.1128/JB.182.22.6472-6481.2000

10.1128/JB.185.3.1018-1026.2003

10.1006/viro.2002.1571

10.1016/j.virol.2003.08.019

10.1128/JB.185.15.4603-4608.2003

10.1016/j.virol.2003.11.034

10.1128/IAI.71.4.2199-2207.2003

10.1073/pnas.0337370100

10.1128/IAI.69.3.1934-1937.2001

10.1046/j.1365-2958.2002.02950.x

10.1128/JB.183.6.2081-2085.2001

10.1126/science.272.5270.1910

10.1046/j.1365-2958.2000.01892.x

10.1016/S0014-5793(01)02831-9

10.1126/science.1074584

10.1126/science.163.3873.1343

10.1128/AEM.68.9.4307-4314.2002

10.1128/AEM.69.7.3687-3694.2003

10.1128/MMBR.64.1.69-114.2000

10.1056/NEJM200006293422601

10.1046/j.1365-2958.1996.00116.x

10.1046/j.1365-2958.2000.01902.x

10.1126/science.1061106

10.1046/j.1365-2958.2000.02169.x

10.1016/S0378-1119(00)00416-9

10.1128/iai.57.12.3715-3719.1989

10.1128/iai.59.1.211-215.1991

10.1111/j.1574-6968.2002.tb11482.x

10.1128/IAI.70.7.3843-3855.2002

10.1086/315239

10.1128/aem.59.11.3825-3831.1993

10.1128/iai.63.5.2087-2091.1995

10.1271/bbb.64.2631

Thông tin
Thông tin xuất bản

Microbiology and Molecular Biology Reviews

Tập 68 Số 3

560-602

Thông tin tác giả