De ce este rRNA 16s folosit pentru identificarea bacteriilor

Bacteriile sunt cea mai omniprezenta forma de viata de pe pamant. Biomasa de bacterii depășește cea a plantelor sau a animalelor. Datorită abundenței lor, majoritatea speciilor bacteriene nu au fost identificate până acum. Identificarea tradițională a bacteriilor se bazează pe caracteristicile fenotipice, care nu sunt exacte ca metode genotipice. Comparația secvenței 16S rRNA a apărut ca o metodă genotipică cea mai preferată pentru identificarea bacteriilor la nivelul genului lor. Există mai multe motive pentru a utiliza rSNA 16S ca a gospodărie producție genetică, care vor fi explicate mai detaliat.

Domenii cheie acoperite

1. Ce este rRNA 16S
- Definiție, structură, rol
2. De ce este folosit rRNA 16S pentru identificarea bacteriilor
- Introducere, motive, metode
3. Care sunt aplicațiile de rRNA 16S în microbiologie
- Aplicații

Termeni cheie: bacterii, clasificare, secvență genetică, identificare, ribozom, rRNA 16S

Ce este rRNA 16S

RNAl 16S este o componentă a subunității mici a ribozomului procariotic. Cele două subunități ale ribozomului procariotic sunt subunitatea mare 50S și subunitatea mică 30S. Formează ribozomul 70S. Subunitatea mică este compusă din rRNA 16S legat la 21 de proteine. RNAl 16S este alcătuit din 1540 nucleotide. Structura secundară a ARN 16S este prezentată în figura 1.

Figura 1: rRNA 16S

Capătul 3 'al rRNA 16S conține secvența anti-Shine-Dalgarno care se leagă în amonte de codonul de start, AUG. Secvența Shine-Dalgarno este situsul de legare ribozomal al ARNm bacterian. Deoarece rRNA 16S este esențial pentru funcționarea bacteriilor, gena care codifică rRNA 16S este foarte conservată în rândul speciilor bacteriene. Secvența ARN 16S este utilizată pe scară largă în identificarea și clasificarea bacteriilor.

De ce este folosit rRNA 16S pentru identificarea bacteriilor

Metodele tradiționale de identificare a bacteriilor se bazează în principal pe caracteristicile fenotipice ale bacteriilor. Cu toate acestea, compararea secvenței 16S rRNA a devenit un "standard de aur", înlocuind metodele tradiționale de identificare bacteriană. Analiza secvenței rRNA 16S este mai bună pentru identificarea tulpinilor aberante fenotipic, slab descrise sau izolate rar. Este, de asemenea, mai bine pentru identificarea bacteriilor necultivate și a agenților patogeni noi. Gena rRNA 16S apare în operonul rRNA din genomul bacterian. Operonul ARNr este prezentat în figura 2.

Figura 2: Operon rRNA

Analiza ARN 16S este adecvată pentru a fi utilizată ca marker genetic pentru gospodărie din mai multe motive. Acestea sunt descrise mai jos.

16S gena rRNA este o genă omniprezentă în genomul bacterian. Deoarece funcția 16S rRNA este esențială pentru celula bacteriană în timpul translației, aproape toate genomii bacteriene sunt compuse din gena 16S rRNA.
Secvența genei rRNA 16S este foarte conservată. Deoarece funcția ARN-ului 16S este mai generală, secvența genei rSNA 16S este foarte conservată. Modificările din secvența genei pot fi considerate ca o măsurătoare a timpului (evoluție).
Mărimea genei rSNA 16S (1, 550 bp) este suficientă pentru scopurile bioinformatice.
Rata genei rSNA 16S este o gena bine studiata in genomul bacterian. Deoarece funcția genei 16S rRNA este vitală pentru celulă, ea este supusă la numeroase studii.

Identificare

Pana in prezent, peste 8, 168 de specii bacteriene au fost identificate cu utilizarea secventei genei rSNA 16S. Procedura procesului de identificare este descrisă mai jos.

Extracția ADN-ului genomic
Amplificarea PCR a genei rSNA 16S
Obțineți secvența nucleotidică a genei amplificate 16S rRNA
Comparați secvența cu secvențele de nucleotide existente în bazele de date

Secvența 16S rRNA are o lungime de aproximativ 1 550 perechi de baze și este compusă din regiuni variabile și conservate. Primerii universali, care sunt complementari regiunii conservate a genei, pot fi utilizați pentru amplificarea regiunii variabile a genei prin PCR. În general, regiunea de perechi de 540 de baze de la începutul genei sau a genei întregi este amplificată prin PCR. Fragmentul PCR este secvențiat și secvența este comparată cu secvențele nucleotidice existente ale genei rSNA 16S pentru identificarea speciilor bacteriene pre-izolate. GenBank, cel mai mare depozit de secvențe nucleotidice, are peste 20 de milioane de secvențe de 90 000 de gene diferite 16S rRNA. Dacă speciile bacteriene sunt noi, secvența nu se va potrivi cu nici o secvență 16S rRNA din bazele de date.

Clasificare

Deoarece secvența genei rSNA 16S se găsește în aproape toate speciile bacteriene, compararea diferitelor secvențe de gene ARN de 16S poate fi utilizată pentru a diferenția bacteriile de nivelurile speciilor și subspecii. Speciile bacteriene similare pot avea secvențe similare ale genei rSNA 16S. Un arbore filogenetic al bacteriilor construite prin compararea secvenței genei rSNA 16S este prezentat în figura 3.

Figura 3: Arborele filogenetic construit pe baza comparării secvențelor rRNA 16S

Care sunt aplicațiile de rRNA 16S în microbiologie

Aplicațiile ARN 16S din microbiologie sunt enumerate mai jos.

16S secvențarea genei rRNA este utilizată ca "standard de aur" pentru identificarea și clasificarea taxonomică a speciilor bacteriene.
Comparația secvenței ARN 16S poate fi utilizată pentru recunoașterea noilor agenți patogeni.
Secventierea rSNA 16S poate fi utilizată ca o alternativă rapidă și ieftină la metodele fenotipice de identificare bacteriană în microbiologia medicală.

Concluzie

RNAl 16S este vital pentru funcționarea bacteriilor, deoarece asigură un loc pentru legarea ARNm bacterian la ribozom în timpul traducerii. Deoarece funcția 16SrRNA este esențială pentru celulă, secvența genei sale este prezentă în aproape toate celulele bacteriene. Mai mult, secvența sa este foarte conservată. Totuși, secvența 16S rRNA este compusă din regiuni variabile, permițând identificarea speciilor bacteriene. În plus, speciile bacteriene pot fi clasificate pe baza secvenței de gene a ARN-ului 16S.

Referinţă:

1. Janda, J. Michael și Sharon L. Abbott. "16S Sequencing gene de rRNA pentru identificarea bacteriilor in laboratorul de diagnostic: Pluses, pericole si capcane." Journal of Clinical Microbiology, Societatea Americana pentru Microbiologie, Sept. 2007, Disponibil aici.
2. Clarridge, Jill E. "Impactul analizei secvențelor de gene rSNA 16S pentru identificarea bacteriilor pe microbiologia clinică și bolile infecțioase", Microbiologie Clinical Reviews, Societatea Americană pentru Microbiologie, Oct. 2004, Disponibilă aici.

Datorită fotografiei:

1. "16S" de Squidonius - Muncă proprie (Domeniul Public) prin Wikimedia Commons
2. "Operon de rRNA de la Fitoplasma Amit Yadav" (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons
3. "Poziția filogenetică a Mollicutes printre bacterii" de Kenro Oshima, Kensaku Maejima și Shigetou Namba - Front. Microbiol., 14 august 2013 / doi: 10.3389 / fmicb.2013.00230 (CC BY 3.0) prin Wikimedia Commons

Ştiinţă