אי פתוגניות

אי פָּתוֹגֶנִיוּת, או אי מַרְעָנוּת, הוא אי גנומי שנרכש על ידי מיקרואורגניזמים באמצעות העברת גנים אופקית, ובו גנים הקשורים לגורמי אלימות. איי פתוגניות נמצאים בפתוגנים של בעלי חיים וצמחים כאחד, בין אם בחיידקים גרם חיוביים או גרם שליליים. האיים מועברים באמצעות אירועי העברת גנים אופקית, כגון העברה על ידי פלסמיד, בקטריופאג' או טרנספוזון בקוניוגציה. כפועל יוצא, איי פתוגניות הם חלק מתהליך האבולוציה של מיקרואורגניזמים.

תכונות

מדובר במקבצי גנים המשולבים בגנום של אורגניזמים פתוגנים, בין אם בכרומוזום עצמו או מחוצה לו, אולם הם בדרך כלל אינם מופיעים באורגניזמים שאינם פתוגנים מאותו מין או ממין קרוב. האיים עשויים להיות ממוקמים על הכרומוזום החיידקי, מועברים בתוך פלסמיד או להימצא בגנום ממקור בקטריופאג'י. תכולת ה-GC והשימוש בקודונים באיי הפתוגניות שונה לעיתים קרובות מזה של שאר הגנום, מה שעשוי לסייע בזיהוי שלהם בתוך רצף DNA נתון, אלא אם כן לתורם ולמקבל בהעברת גנים אופקית זו יש תGC דומה.

איי פתוגניות הם יחידות גנטיות נפרדות בנות 10–200 אלפי זוגות בסיסים שמשני עבריהן רצפי DNA חוזרים בזה אחר זה, כמו גם רצפי החדרה או גנים המקודדים ל-tRNA, המשמשים נקודות לשחלוף ושילוב אל תוך ה-DNA. משום כך הם נחשבים לאזורי DNA לא יציבים. הם יכולים לעבור אותם כיחידה אחת לתאי חיידקים חדשים, ובכך להקנות אלימות לזנים שפירים בעבר. מנגד, מחיקות של איי פתוגניות המוכנסים לגנום עלולות לגרום לשיבוש בשעתוק tRNA ובהמשך להשפיע על חילוף החומרים של התא.

איי פתוגניות עשויים לשאת גנים בתחום תפקוד התא החיידקי, כגון אינטגראזים, טרנספוזאזים, חלבונים המתווכים פגוציטוזה או רצפי החדרה, אולם הם גם עלולים לשאת גנים הטומנים בחובם גורמי אלימות, כגון אדהזינים, מערכות הפרשה חיידקיות, רעלנים, אינווזינים, מודולינים, אפקטורים, סופר אנטיגנים, מערכות קליטת ברזל, אנטיגני O, עמידות לחלבוני הנסיוב, משרי אפופטוזה וחלבונים בוני קפסולה.

אופני הבקרה על הביטוי של איי הפתוגניות מגוונים. גנים של בקרה באי הפתוגניות יכולים לווסת ביטוי של גורמי אלימות באי הפתוגניות עצמו או מחוצה לו, וגנים חיצוניים יכולים לווסת ביטוי של גורמי אלימות הממוקמים באי הפתוגניות. גנים של בקרה באיי פתוגניות כוללים באופן טיפוסי חלבונים דמויי AraC.

דוגמאות

• האי P fimbriae מכיל גורמי אלימות כגון המוליזין, פילי, גורם נמק ציטוטוקסי וחלבון סגולי אורופתוגני (USP).
• לאי הפתוגניות I של החיידק Yersinia pestis יש גנים המווסתים את ספיגת הברזל ואגירתו.
• משפחת איי הפתוגניות SaPI של Staphylococcus aureus מקודדת לסופר אנטיגנים, כולל הגן לרעלן תסמונת הלם רעלי (TSST-1) ומנוידת בשכיחות גבוהה על ידי בקטריופאג'ים ספציפיים.
• רעלן הכולרה של Vibrio cholerae, רעלן הדיפתריה של Corynebacterium diphtheriae, הנוירוטוקסין של Clostridium botulinum והציטוטוקסין של Pseudomonas aeruginosa, כולם נמצאים על איי פתוגניות המועברים באמצעות בקטריופאג'ים.
• לחיידק Helicobacter pylori יש שני זנים, האחד אלים יותר מהשני בשל קיום אי הפתוגניות Cag בגנום שלו.