R1-Plasmid

Das R1-Plasmid wurde 1963 erstmals aus Salmonella paratyphi isoliert . ^{[ 1 ]} Es ist ein kurzes Plasmid , bestehend aus 97.566 Nukleotiden und 120 Genen, und gehört zur IncFII-Plasmidgruppe. ^{[ 2 ]} Pro Chromosom befinden sich etwa ein bis zwei Kopien des R1-Plasmids. ^{[ 3 ]} Das R1-Plasmid verleiht seinen Wirtsbakterien Resistenzen gegen mehrere Antibiotika. ^{[ 4 ]} Das „R“ in „R1“ steht für „Resistenz“, und das R1-Plasmid enthält Resistenzfaktoren, sogenannte R-Faktoren, die ihm die Fähigkeit verleihen, bestimmten Antibiotika zu widerstehen. ^{[ 1 ]}

Es handelt sich um ein sogenanntes „Low-Copy“-Plasmid, da es in Bakterien nur in relativ wenigen Kopien vorliegt. Diese Eigenschaft ermöglicht dem R1-Plasmid ein effizientes Plasmidstabilisierungssystem, das zur Stabilisierung von Plasmiden mit mittlerer Kopienzahl beiträgt. ^{[ 5 ]} R1 ist auf ein Segregationssystem vom Typ II angewiesen. Dieses Plasmidsystem stellt sicher, dass nach der Zellteilung in jeder Tochterzelle mindestens eine Kopie vorhanden ist. ^{[ 4 ]}

Das Plasmid R1 gehört zur IncFII-Plasmidgruppe. ^{[ 2 ]} Die Bezeichnung Inc steht für Inkompatibilität; Plasmide werden dieser Gruppe zugeordnet, wenn sich zwei Plasmide im selben Wirt nicht stabil vermehren können. ^{[ 6 ]} Die wichtigste Inkompatibilitätsgruppe, die an der Übertragung von Resistenz- und Virulenzgenen beteiligt ist, ist die IncF-Gruppe. Da R1 ein IncFII-Plasmid ist, trägt es den FII-Replikon. Dieser Plasmidsubtyp trägt häufig blaCTX-M-Gene. ^{[ 7 ]}

Das R1-Plasmid enthält 120 Gene, die in drei verschiedene Gruppen unterteilt werden können. Die größte Gruppe (grün in Abbildung 1 ) bildet das konjugative Plasmid-Backbone. Der violett dargestellte Bereich ist hauptsächlich ein Tn21 - ähnliches Transposon , und der kleinste gelb dargestellte Bereich enthält Sequenzen, die denen von Klebsiella oxytoca ähneln . ^{[ 8 ]}

• repA: Leitet die Replikation am Replikationsursprung (oriV) ein, was zur Kontrolle der Plasmidkopienzahl beiträgt.
• copA: reguliert die Translation der repA-mRNA mithilfe einer Antisense-RNA und kontrolliert so die Replikationsfrequenz.
• copB: trägt zur Kontrolle der Kopienzahl bei, indem es als Repressorprotein fungiert, das die RepA-Transkription hemmt.
• oriV: Replikationsursprung. RepA wird benötigt, um die Replikation zu initiieren. ^{[ 2 ]}

• ParM : Dieses Protein bildet dynamische Filamente, die Plasmidkopien zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle transportieren.
• ParR: rekrutiert ParM an das Plasmid, indem es als DNA-bindendes Protein fungiert , das die zentromerähnliche Stelle von ParC erkennt.
• ParC: die zentromerähnliche Stelle, an der ParR bindet. ^{[ 9 ]}

Diese Gene ermöglichen den horizontalen Gentransfer durch Konjugation und verbreiten so das Plasmid zwischen Bakterien.

• TraI: Relaxase, die den Transfer durch Einschneiden des Plasmids am Transferursprung (oriT) einleitet.
• TraM, traJ, traY: regulatorische Proteine, die die Expression des tra- Operons und den Zusammenbau des konjugativen Pilus steuern.
• trb-Gene: kodieren Strukturproteine ​​des Systems zur Paarbildung, einschließlich Pili-Komponenten.
• oriT: Ursprung des Transfers. Hier beginnt die DNA-Prozessierung für die Konjugation. ^{[ 10 ]}

Die Produkte dieser Gene verleihen Resistenzen gegen mehrere gängige Antibiotika:

• blaTEM-1: vermittelt Resistenz gegen Ampicillin durch die Kodierung von β-Lactamase.
• Katze: Chloramphenicol-Acetyltransferase-Gen, verleiht Resistenz gegen Chloramphenicol.
• aadA: Aminoglykosid-Adenyltransferase, verleiht Resistenz gegen Streptomycin und Spectinomycin.
• sul1: Sulfonamidresistenz. ^{[ 2 ]}

Dieses genetische System stabilisiert die Plasmidvererbung, indem es plasmidfreie Segreganten abtötet.

• Das Hok/sok-System, ein postsegregatives Tötungssystem des Plasmids, Toxin-Antitoxin-System
  • hok: kodiert ein Toxin, das Zellen ohne das Plasmid abtötet.
  • sok: kurze Antisense-RNA, die die Translation der hok-mRNA in Plasmid-tragenden Zellen hemmt. ^{[ 12 ]}

Diese Gene gewährleisten, dass die Plasmidmoleküle monomer bleiben und tragen so zu einer stabilen Vererbung bei.

• resD: spielt eine Rolle bei der ortsspezifischen Rekombination, indem es Plasmid-Multimere an der cer-Stelle wieder in Monomere auflöst. ^{[ 13 ]}

ParM ist ein prokaryotisches Aktin-Homolog, das die Kraft liefert, um Kopien des R1-Plasmids vor der Teilung zu den gegenüberliegenden Enden stäbchenförmiger Bakterien zu treiben.

CopA-ähnliche RNA , eine Antisense-RNA, die an der Replikationskontrolle des Plasmids beteiligt ist.

Die Replikation des R1-Plasmids beginnt an der oriRI- Schnittstelle. RepA ist das im Plasma kodierte Initiatorprotein, das an oriRI bindet , um die Replikation einzuleiten. ^{[ 14 ]} RepA benötigt mindestens eine 188 bp lange DNA-Region zur Bindung. Die Initiierung des Leitstrangs, der durch DnaG primiert wird, erfolgt an einem G-Typ-Priming-Signal. Dieses Signal befindet sich 400 bp stromabwärts der RepA-Bindungssequenzen. ^{[ 14 ]}

Ein neu synthetisiertes RepA-Protein wird von einem oriR auf derselben Matrize verwendet, auf der es synthetisiert wurde; dies ist eine cis-spezifische Wirkung. ^{[ 3 ]}

Gewährleistet die aktive Trennung von Plasmiden während der Zellteilung und verhindert so den Verlust von Plasmiden. ^{[ 9 ]}

Die Verteilung des R1-Plasmids ist ein Mechanismus, der für die Vererbung des R1-Plasmids notwendig ist. Das Par-System besteht aus den interagierenden Regionen ParR und ParC. Es bestimmt die Position des Replikons und stellt so sicher, dass die Plasmidkopien nach Abschluss der DNA-Replikation optimal für den Beginn der Zellteilung positioniert sind. Das Par-System ermöglicht außerdem die Bildung von ParM. ParM produziert die beiden wichtigen Zytoskelettproteine ​​MreB und Aktin. ParM transportiert die Plasmidkopien zu den gegenüberliegenden Zellpolen. Anschließend findet die Zellteilung statt, wodurch die verteilten Plasmide auf zwei Tochterzellen verteilt werden. ^{[ 14 ]}