جزيرة الممرضية

تُعدّ جزر الإمراضية ( PAIs )، كما صُنّفت عام 1990، فئةً مميزةً من الجزر الجينومية التي تكتسبها الكائنات الدقيقة من خلال النقل الجيني الأفقي . ^{[ 1 ] [ 2 ]} توجد جزر الإمراضية في كلٍّ من مسببات الأمراض الحيوانية والنباتية. ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى ذلك، توجد جزر الإمراضية في كلٍّ من البكتيريا موجبة وسالبة الغرام . ^{[ 2 ]} وتنتقل هذه الجزر من خلال عمليات النقل الجيني الأفقي، مثل النقل بواسطة البلازميد أو العاثية أو الترانسبوزون الاقتراني . ^{[ 3 ]} على الرغم من أن التركيب العام لجزر الإمراضية (PAIs) قد يختلف بين سلالات البكتيريا الممرضة، إلا أنه من المعروف أن جميع جزر الإمراضية تشترك في خصائص مع جميع الجزر الجينومية، بما في ذلك جينات الضراوة، وعناصر الحركة الوظيفية، ومناطق التشابه مع جينات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) والتكرارات المباشرة. ^{[ 2 ] [ 4 ]} لذلك، تُمكّن الجزر المسببة للأمراض الكائنات الدقيقة من إحداث المرض، كما تُسهم في قدرتها على التطور. ويُعدّ انتشار مقاومة المضادات الحيوية، وبشكلٍ أعم، تحوّل السلالات غير الممرضة في البيئات الطبيعية إلى سلالات تُصيب الحيوانات والنباتات المُضيفة بالأمراض، مثالين على التغيرات التطورية والبيئية الناجمة عن انتقال واكتساب الجزر المسببة للأمراض بين أنواع البكتيريا. ^{[ 5 ]} مع ذلك، لا يُمكن إغفال تأثيرها على تطور البكتيريا، إذ يُمكن للجزر المسببة للأمراض، في حال اكتسابها واستقرارها، أن تُغيّر جينوم البكتيريا تغييرًا لا رجعة فيه . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

قد يحتوي نوع واحد من البكتيريا على أكثر من جزيرة مسببة للأمراض. على سبيل المثال، تحتوي السالمونيلا على خمس جزر على الأقل. ^{[ 6 ]} ويُطلق على بنية جينومية مماثلة في بكتيريا الرايزوبيا اسم جزيرة التكافل .

جزر الإمراضية (PAIs) هي تجمعات جينية مُدمجة في جينوم الكائنات الممرضة، سواءً على الكروموسوم أو خارجه، ولكنها عادةً ما تكون غائبة عن الكائنات غير الممرضة من نفس النوع أو الأنواع وثيقة الصلة. ^{[ 2 ] [ 7 ] [ 8 ]} قد تتواجد هذه الجزر على كروموسوم بكتيري، أو قد تنتقل داخل بلازميد، أو قد توجد في جينومات العاثيات. ^{[ 2 ]} تتميز كل جزيرة جينومية بالخصائص التالية: محتوى GC يختلف عن تسلسل الحمض النووي المحيط، وارتباطها بجينات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، ووجود تكرارات على كلا الطرفين (التجاور)، وقدرتها على إعادة التركيب، والتي عادةً ما يُستدل عليها بوجود إنزيم الإدماج . ^{[ 5 ]} غالبًا ما يختلف محتوى GC واستخدام الكودونات في جزر الإمراضية عن بقية الجينوم، مما قد يساعد في اكتشافها ضمن تسلسل DNA معين، ما لم يكن لدى مانح ومستقبل جزيرة الإمراضية محتوى GC متشابه. ^{[ 2 ]}

أبسط أنواع العناصر الجينية المتحركة هو تسلسل الإدخال (IS) ، الذي يحتوي عادةً على إطار قراءة مفتوح واحد أو اثنين فقط ، يشفران جينات لتسهيل عملية النقل. ^{[ 5 ]} يمكن إعادة ترتيب أو حذف أجزاء داخل جزيرة الإمراضية (PAI) باستخدام مكونات تسلسل الإدخال. ^{[ 2 ]} تشجع هذه التغييرات على التكيف وتساعد في توليد سلالات بديلة. ^{[ 5 ]} تحتوي جزر الإمراضية أيضًا على عناصر متنقلة، وهي أشكال أكثر تعقيدًا من عناصر الإدخال. يحيط بمعظمها تكرارات طرفية معكوسة قصيرة تعمل كمواقع لإعادة التركيب المتماثل ، مما يعزز استقرار جزيرة الإمراضية. ^{[ 5 ]} إنزيمات التكامل الخاصة بالعاثيات، الموجودة أيضًا على جزر الإمراضية، هي إنزيمات تنتجها العاثيات لتمكين إعادة التركيب الموضعي بين تسلسلي تعرف ، وتعمل كشكل آخر من أشكال عناصر الحركة لتمكين إدخال جزر الإمراضية في الحمض النووي للمضيف. ^{[ 5 ]} غالبًا ما ترتبط جزر الإمراضية بجينات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ، التي تستهدف مواقع عملية التكامل هذه. ^{[ ٢ ]} نظرًا لأن التكامل قد يؤدي إلى تقصير الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، فمن المحتمل أن تصبح مواقع التكامل الشائعة هي مواقع الحمض النووي الريبوزي الناقل غير الأساسية الموجودة في مواقع متعددة، أو تلك التي تمتلك قدرة التذبذب (قدرة القاعدة 5' من مضاد كودون الحمض النووي الريبوزي الناقل على الاقتران بشكل خاطئ مع القاعدة الثالثة من كودون الحمض النووي الريبوزي الرسول). ^{[ ٢ ]} يمكن نقلها كوحدة واحدة إلى خلايا بكتيرية جديدة، مما يمنح ضراوة لسلالات كانت سابقًا حميدة. ^{[ ٧ ]}

تحمل جزر الإمراضية جينات تُشفّر عاملًا واحدًا أو أكثر من عوامل الضراوة، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، عوامل الالتصاق ، وأنظمة الإفراز (نظام الإفراز من النوع الثالث والرابع)، والسموم ، وعوامل الغزو ، والمودولينات ، والمؤثرات ، والمستضدات الفائقة ، وأنظمة امتصاص الحديد، وتخليق المستضد O، ومقاومة المصل، وبروتيازات الغلوبولين المناعي A ، والاستماتة الخلوية ، وتخليق الكبسولة ، وتكوين أورام النبات عبر بكتيريا Agrobacterium tumefaciens . ^{[ 2 ]} يُعد نظاما الإفراز من النوع الثالث والرابع، واللذان يُعبَّر عنهما في البكتيريا سالبة الغرام، أكثر أنظمة الإفراز ارتباطًا بجزر الإمراضية. ^{[ 5 ]} تحتوي الأغشية البكتيرية على نظام الإفراز من النوع الثالث (T3SS)، الذي يعمل أساسًا كحقنة جزيئية. يُفرز هذا الجهاز الشبيه بالإبرة مؤثرات تنتقل من الخلية البكتيرية إلى الخلية المضيفة عبر طرف الجهاز، مُحدثةً ثقبًا في غشاء الخلية المضيفة. ^{[ 5 ]}

توجد تركيبات تنظيمية متنوعة تشمل جزر الإمراضية. التركيبة الأولى هي احتواء جزيرة الإمراضية على جينات تُنظّم جينات الضراوة المُشفّرة على هذه الجزيرة. ^{[ 2 ]} أما التركيبة الثانية، فهي احتواء جزيرة الإمراضية على جينات تُنظّم جينات تقع خارجها. ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى ذلك، قد تُنظّم جينات تنظيمية خارج جزيرة الإمراضية جينات الضراوة الموجودة فيها. ^{[ 2 ]} تشمل الجينات التنظيمية المُشفّرة عادةً على جزر الإمراضية بروتينات شبيهة بـ AraC ومنظمات استجابة ثنائية المكونات. ^{[ 2 ]}

يمكن اعتبار جزر الإمراضية (PAIs) مناطق غير مستقرة في الحمض النووي نظرًا لتعرضها للحذف أو الانتقال. ^{[ 2 ]} قد يعود ذلك إلى بنية هذه الجزر، التي تتضمن تكرارات مباشرة، وتسلسلات إدخال، وارتباطها بالحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، مما يُسهّل حذفها وانتقالها بترددات أعلى. ^{[ 3 ]} إضافةً إلى ذلك، قد يؤدي حذف جزر الإمراضية المُدرجة في الجينوم إلى تعطيل عمل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)، وبالتالي التأثير على استقلاب الخلية. ^{[ 7 ]}

• تحتوي جزيرة الزوائد P على عوامل ضراوة مثل الهيموليسين، والزغيبات، وعامل النخر السام للخلايا، والبروتين المحدد لالتهاب المسالك البولية (USP). ^{[ 9 ]}
• تحتوي جزيرة Yersinia pestis عالية الإمراضية I على جينات تنظم امتصاص الحديد وتخزينه.
• تنظم مواقع SP-1 و SP-2 في السالمونيلا غزو البكتيريا وبقائها داخل الخلايا المضيفة. ^{[ 7 ]}
• تحتوي جزيرة الممرضية في بلازميد ضراوة Rhodococcus equi على عوامل ضراوة للتكاثر في الخلايا البلعمية.
• تشفر عائلة SaPI من جزر ضراوة المكورات العنقودية الذهبية ، وهي عناصر وراثية متنقلة، مستضدات فائقة ، بما في ذلك جين سم متلازمة الصدمة السمية ، ويتم تحريكها بترددات عالية بواسطة عاثيات بكتيرية محددة . ^{[ 10 ]}
• [ 3 ]​​​​​​​​^​​​
• يوجد نوعان من جرثومة الملوية البوابية ، أحدهما أكثر ضراوة من الآخر بسبب وجود جزيرة Cag المسببة للأمراض. ^{[ 3 ]}
• تحمل جزيرة المسببات المرضية في الإشريكية القولونية جينات السموم (مثل سم شيغا ) فيسلالات الإشريكية القولونية النزفية المعوية (EHEC).

• تعريف البكتيريا الاصطناعية للإمراضية