Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ген rpoB кодирует β-субъединицу бактериальной РНК-полимеразы и гомологичную пластидную РНК-полимеразу (PEP). Он кодирует 1342 аминокислоты у *E. coli*, что делает его вторым по величине полипептидом в бактериальной клетке. Ген является мишенью для семейства антибиотиков рифамицинов, таких как рифампин. Мутации в rpoB, обуславливающие устойчивость к рифамицинам, изменяют аминокислотные остатки, участвующие в связывании лекарственного препарата, тем самым снижая сродство к этим антибиотикам. Некоторые бактерии содержат несколько копий гена 16S рРНК, который обычно используется в качестве молекулярного маркера для изучения филогенетических взаимосвязей. В таких случаях единственная копия гена rpoB может быть использована для изучения микробного разнообразия. Ингибитор транскрипции у бактерий, тагетитоксин, также ингибирует PEP, что свидетельствует о высокой степени сходства комплекса, обнаруженного у растений, с гомологичным ферментом у бактерий.
The rpoB gene encodes the β subunit of bacterial RNA polymerase and the homologous plastid encoded RNA polymerase (PEP). It codes for 1342 amino acids in E. coli, making it the second largest polypeptide in the bacterial cell. It is targeted by the rifamycin family of antibacterials, such as rifampin. Mutations in rpoB that confer resistance to rifamycins do so by altering the protein's drug binding residues, thereby reducing affinity for these antibiotics. Some bacteria contain multiple copies of the 16S rRNA gene, which is commonly used as the molecular marker to study phylogeny. In these cases, the single copy rpoB gene can be used to study microbial diversity. An inhibitor of transcription in bacteria, tagetitoxin, also inhibits PEP, showing that the complex found in plants is very similar to the homologous enzyme in bacteria.
Устойчивость к лекарственным средствам
В бактериях, не имеющих соответствующих мутаций в rpoB, рифампицин связывается с участком вблизи точки расхождения цепей в β-субъединице и препятствует полимеразе транскрибировать более двух-трех пар оснований любой последовательности РНК, останавливая синтез белков в клетке. Большинство этих мутаций локализованы в 81-парном участке в кластере I, который называется "Регион, определяющий устойчивость к рифампицину (RRDR)". Существуют также дополнительные мутации, которые могут возникать в β-субъединице полимеразы, расположенные вдали от места связывания рифампицина, и которые также могут вызывать умеренную устойчивость. Эти мутации приводят к высокой устойчивости к рифампицину при относительно небольшом снижении жизнеспособности. Помимо придания устойчивости к рифампицину, определенные мутации rpoB были обнаружены в 70% штаммов золотистого стафилококка с промежуточной чувствительностью к ванкомицину (VISA).
In a bacterium without the proper mutation(s) in rpoB rifampicin binds to a site near the fork in the β subunit and prevents the polymerase from transcribing more than two or three base pairs of any RNA sequence and stopping production of proteins within the cell. The majority of these mutations are located within an 81 base pair(bp) region in cluster I dubbed the "Rifampicin Resistance Determining Region (RRDR)". There are additional mutations which can occur in the β subunit of the polymerase which are located away from the rifampicin binding site that can also result in mild resistance. These mutations result in high rifampicin resistance with a relatively low loss of fitness. In addition to imparting resistance to rifampicin, certain rpoB mutations have been identified in 70% of Vancomycin Intermediate S. aureus (VISA) strains.
Физиологические эффекты мутаций rpoB
Области гена *rpoB*, подверженные мутациям, обычно хорошо консервативны, что указывает на их важность для жизнедеятельности. Это делает весьма вероятным, что мутации в этих областях оказывают влияние на общую приспособленность организма. Эти физиологические изменения могут включать снижение скорости роста, повышенную чувствительность к изменениям температуры, а также изменения в свойствах удлинения цепи РНК и терминации транскрипции. Однако такие изменения не универсальны для всех бактерий. Мутация в кодоне 450 у *M. tuberculosis* приводит к незначительной потере приспособленности, в то время как соответствующая мутация у *S. aureus* приводит к тому, что бактерии едва выживают. У *Neisseria meningitidis* наблюдались мутации в гене *rpoB*, которые повышают экспрессию ферментов, участвующих в метаболизме углеводов, а также ферментов, участвующих в цикле Кребса и удлинении транскрипции. Одновременно с этим ферменты, участвующие в производстве АТФ, клеточном делении и метаболизме липидов, подавляются или экспрессируются на уровне ниже нормы. У *M. tuberculosis* мутации в гене *rpoB* могут значительно повышать уровень поликетидсинтазы, что потенциально указывает на увеличение производства фтиоцерола димикоцерозата – липида, продуцируемого *M. tuberculosis* и связанного с вирулентностью бактерий. Мутации также влияют на процессы связывания промотора, удлинения, терминации и репарации, сопряженной с транскрипцией, в самой РНК-полимеразе. Благодаря этому мутации *rpoB* использовались для изучения механизмов транскрипции до того, как интерес сместился на их способность обуславливать устойчивость к антибиотикам. Определенные мутации могут даже приводить к появлению штаммов *M. tuberculosis*, которые лучше растут в присутствии рифампицина, чем в его отсутствие. У бактерий, используемых для производства природных антибиотиков, таких как эритромицин (*Saccharopolyspora erythraea*) и ванкомицин (*Amycolatopsis orientalis*), определенные мутации *rpoB* могут увеличивать продукцию антибиотика бактериями, несущими эти мутации.
The regions of the rpoB gene which are susceptible to mutations are typically well conserved, indicating they are important for life. This makes it very likely that mutations within these regions have some effect on the overall fitness of the organism. These physiological changes can include a reduced rate of growth, increased sensitivity to increases or decreases in temperature, and alterations to the properties of RNA chain elongation and transcription termination. Such changes are not universal across all bacteria, though. A mutation in codon 450 of M. tuberculosis leads to a minor loss of fitness, while the corresponding mutation in S. aureus results in bacteria barely able to survive. In Neisseria meningitidis rpoB mutations have been observed to increase expression of enzymes which are involved in metabolizing carbohydrates, as well as enzymes involved in the citric acid cycle and in transcription elongation. At the same time enzymes involved in ATP production, cell division, and lipid metabolism are all downregulated, or expressed at a lower than normal level. In M. tuberculosis mutations in the rpoB gene can significantly upregulate polyketide synthase, potentially indicating increased production of phthiocerol dimycocerosate, a lipid produced by M. tuberculosis and implicated in virulence of the bacteria. Mutations also impact promoter binding, elongation, termination, and transcription coupled repair processes in the RNA polymerase itself. Because of this, rpoB mutations were used to study transcription mechanisms before interest shifted to their ability to impart antibiotic resistance. Particular mutations can even result in strains of M. tuberculosis which grow better in the presence of rifampicin than they do when the antibiotic is not present. In bacteria which are used to produce naturally occurring antibiotics such as erythromycin (Saccharopolyspora erythraea) and vancomycin (Amycolatopsis orientalis) certain rpoB mutations can increase the production of antibiotic by bacteria with those mutations.