Ecological fitness, genomic islands and bacterial pathogenicity

Abstract

The compositions of bacterial genomes can be changed rapidly and dramatically through a variety of processes including horizontal gene transfer. This form of change is key to bacterial evolution, as it leads to ‘evolution in quantum leaps’. Horizontal gene transfer entails the incorporation of genetic elements transferred from another organism—perhaps in an earlier generation—directly into the genome, where they form ‘genomic islands’, i.e. blocks of DNA with signatures of mobile genetic elements. Genomic islands whose functions increase bacterial fitness, either directly or indirectly, have most likely been positively selected and can be termed ‘fitness islands’. Fitness islands can be divided into several subtypes: ‘ecological islands’ in environmental bacteria and ‘saprophytic islands’, ‘symbiosis islands’ or ‘pathogenicity islands’ (PAIs) in microorganisms that interact with living hosts. Here we discuss ways in which PAIs contribute to the pathogenic potency of bacteria, and the idea that genetic entities similar to genomic islands may also be present in the genomes of eukaryotes.

Species concepts and speciation factors in cyanobacteria, with connection to the problems of diversity and classification

“…Shi and Falkowski 2008), which putatively plays an important role in rapidly changing environments (Rodriguez-Valera et al 2009) and niche partitioning among close relatives (Kopac et al 2014). The shell genome genes do not seem to be randomly dispersed over the chromosome, but rather concentrated within genomic islands with frequent HGT and HR events (Hacker and Carniel 2001;RodriguezValera et al 2009). However, Narechania et al (2012) showed that many core genes have an identical phylogenetic signal as shell genes, which denotes their common evolutionary history.…”

How Does the Horizontal Gene Transfer in Bacteria Occur and Than Is It Tied Up

“…Следует подчеркнуть, что во всех случаях речь идет о геномах конкретных штаммов, а не о видовых геномах, поскольку внутривидовые различия в размерах геномов, в составе и количес-тве генов могут быть значительными [12]. Эти раз-личия обусловлены прежде всего вариабельностью той части генома, которую составляют гены вспомо-гательного (auxiliary [12,48]) или так называемого гибкого (flexible [35]) набора. Более консервативный базовый (core) набор, состоящий из генов «домаш-него хозяйства», обслуживает жизненно-необходи-мые информационные процессы репликации, транс-крипции, трансляции, ключевые пути метаболизма и формирования клеточных структур, определяющих видовую/родовую принадлежность организма.…”

“…Таким образом, интегроны играют роль своеобразных «ловушек», обеспечива-ющих функционирование захваченных кассет, содер-жащих сцепленные гены, контролирующие резистен-тность к лекарственным препаратам, патогенность, синтез ферментов катаболизма и т. п. Особенности структурной организации интегронов и более слож-ных суперинтегронов, рекомбинационные механизмы сборки и перемещения различных интегронов деталь-но рассматриваются в обзорах [2,67]. в геномных островках (ГО) совмещаются раз-личные мобильные элементы и большое число генов, обеспечивающих многокомпонентные процессы, определяющие ключевые черты образа жизни орга-низма хозяина [22,34,35]. Собранные в ГО гены, ответственные за патогенность [22,34,68], биоде-градацию ксенобиотиков [72], симбиогенез [35,63], транспорт металлов и т. д.…”

“…в геномных островках (ГО) совмещаются раз-личные мобильные элементы и большое число генов, обеспечивающих многокомпонентные процессы, определяющие ключевые черты образа жизни орга-низма хозяина [22,34,35]. Собранные в ГО гены, ответственные за патогенность [22,34,68], биоде-градацию ксенобиотиков [72], симбиогенез [35,63], транспорт металлов и т. д. (табл.…”

“…В хромосоме ГО выявляются по отличию в ГЦ-составе и частоте встречаемости кодонов от остальной части генома, что указывает на попадание ГО в клетку через систе-мы ОГПГ. Островки имеют на флангах специфичес-кие повторы, по которым осуществляется их встраи-вание/вырезание преимущественно в районах генов транспортных РНК [22,35], что снижает опасность нарушения функционально значимых белковых ге-нов базового набора. Особенности процесса интег-рации делают ГО неустойчивыми структурами [35], которые могут элиминироваться из популяции в ус-ловиях, когда снижается селективное значение ГО.…”