细菌整合子功能的研究进展

陈亦琦 吴亮 仇锦波

【摘  要】整合子在细菌基因组是一种功能强大的基因整合系统。整合子在细菌中存在时间悠久，可以赋予细菌表型的多样性和对不同环境的适应性，在细菌抗生素抗性基因的获取、表达和传播中发挥了重要作用。本文综述了整合子的功能和活性，以及细菌如何通过整合子从外界环境基因池中选择特定基因以获得对抗生素。

【关键词】整合子;耐药基因;功能

整合子是革兰阴性菌重要的可遗传元件，在细菌捕获和表达外源基因过程中发挥重要作用，促进细菌耐药性发展以及耐药基因的广泛^[1]。目前临床分离菌株中广泛存在整合子，开展整合子结构和功能研究对细菌耐药性获得机制以及遏制细菌耐药性的快速发展具有重要意义^[2]。

1 细菌整合子结构

整合子由3个部分组成，包括：5-保守末端（5-conserved segment， 5-CS）、3-保守末端（3-conserved segment， 3-CS）和两者之间的可变区（variable region）。 5-CS是整合子的基本结构，包括编码整合酶基因（ingegrase， Int Ⅰ）、整合子重组位点att Ⅰ和整合子可变区启动子（P_ant）。Int Ⅰ属于酪氨酸整合酶家族，可以催化基因盒在整合子重组位点att Ⅰ和基因盒重组位点att C之间的整合和剪切^[3]。

2 整合子在细菌中广泛存在

细菌整合子最早报道于霍乱弧菌，该整合子与目前大部分整合子并不相同，它位于霍乱弧菌染色体上，拥有数百个基因片段，并且这些基因片段编码了众多未知功能新蛋白^[4]。过去20年的研究表明，染色体整合子主要存在于环境分离细菌中，临床分离细菌整合子主要存在基因组外质粒中，并且这种现象可能源自于人类长期使用抗生素带来的选择驱动效应^[5]。

通过对弧菌整合子的进一步研究发现，该整合子携带了丰富基因，占细菌整个基因组的0.7%～3.1%。上述整合子和携带基因可以通过垂直遗传方式传播。在弧菌数亿年的进化过程中，伴随着整合子大规模重新整合，并引入各种外源性基因。但并不是所有的细菌染色体整合子都携带大量基因片段，在海洋生物如聚球藻属染色体中就很少发现整合子，因此自然环境中细菌整合子是否也活跃存在尚未完全明确^[6]。

3 细菌整合子基因盒

3.1细菌整合子基因盒多样性

细菌整合子基因盒来源非常广泛。宏基因组学研究发现，细菌可以从各种外界环境，包括各种土壤（沙漠土壤、森林土壤、极地土壤、河流沉积物、温泉底泥等）、各种水体（海洋、河流、湖泊等），以及生物膜、植物表面和真核生物等，获取外源基因并整合入自身整合子基因盒^[7]。

3.2基因盒功能

基因盒中各种基因细菌获得遗传变异信息的巨大宝库。分析表明，基因盒中高达65%的基因片段及其编码多肽是未知的，还有15%的基因编码蛋白质与保守的假设蛋白具有同源性，仅有20%基因编码蛋白是已知的。此外，细菌整合子基因盒中大量基因片段与细菌毒性和宿主相容性有关，包括脂肪酸合成、荚膜多糖、肠毒素、纤溶酶和甲硫氨酸还原酶等，这些基因与细菌的DNA合成修饰、多糖的生物合成、氨基酸合成、转运体生成和外部转运功能相关。整合子基因盒还含有与细菌耐药相关基因，这些基因可以帮助细菌在强大的抗生素选择性压力下存活^[8]。

4 结论

整合子是抗生素耐药性传播的主要参与者，尤其是革兰阴性细菌。基因借助整合子，实现功能DNA片段或质粒在不同种细菌之间，细菌与外界环境之间的转移。目前临床常见耐药菌主要携带1类、2类和3类整合子，其中1类整合子最为常见。整合子的广泛传播是人类长期使用抗生素过程中所施加的强大选择压力而产生的趋同进化结果。了解整合子的结构功能，有利于对我们深入透彻地研究细菌耐药机制，防范“超级细菌”的产生^[9]。

参考文献

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課题资助：

本项目受江苏大学大学生科研立项资助