A Кассета гена представляет собой тип мобильного генетического элемента, который содержит ген и сайт рекомбинации. Каждая кассета обычно содержит один ген и имеет тенденцию быть очень маленькой; порядка 500–1000 пар оснований. Они могут существовать включенными в интегрон или свободно в виде кольцевой ДНК. Кассеты генов могут перемещаться внутри генома организма или передаваться другому организму в окружающей среде посредством горизонтального переноса генов. Эти кассеты часто несут гены устойчивости к антибиотикам . Примером может служить кассета kanMX, которая придает устойчивость к канамицину (антибиотику ) бактериям.
Интегроны - это генетические структуры в бактерии, которые экспрессируют и способны приобретать и обмениваться кассетами генов. Интегрон состоит из промотора, сайта присоединения и гена интегразы, который кодирует сайт-специфичную рекомбиназу. Существует три класса описанных интегронов. Мобильные единицы, которые вставляются в интегроны, представляют собой кассеты генов. Для кассет, которые несут один ген без промотора, вся серия кассет транскрибируется с соседнего промотора внутри интегрона. Предполагается, что генные кассеты вставляются и вырезаются через кольцевой промежуточный продукт. Это будет включать рекомбинацию между короткими последовательностями, обнаруженными на их концах и известными как 59 основных элементов (59-be), которые могут не иметь длины 59 оснований. 59-be - это разнообразное семейство последовательностей, которые функционируют как сайты узнавания для сайт-специфической интегразы (фермента, ответственного за интеграцию генной кассеты в интегрон), которые расположены ниже кодирующей последовательности гена.
Способность генетических элементов, таких как генные кассеты, вырезать и вставлять в геномы, приводит к появлению очень похожих участков генов у отдаленно родственных организмов. Три класса интегронов похожи по структуре и идентифицируются по тому, где происходят вставки и с какими системами они совпадают. Интегроны класса 1 наблюдаются в разнообразной группе бактериальных геномов и, вероятно, все являются потомками одного общего предка. Распространенность интегрона сформировала эволюцию бактерий, позволив быстро передать новые для организма гены, такие как гены устойчивости к антибиотикам.
В генной инженерии, генная кассета представляет собой управляемый фрагмент ДНК, несущий и способный экспрессировать один или несколько представляющих интерес генов между одним или несколькими наборами сайтов рестрикции. Его можно перенести из одной последовательности ДНК (обычно в векторе ) в другую, «вырезав» фрагмент с помощью рестрикционных ферментов и «вставив» его обратно в новый контекст. Векторы, содержащие интересующий ген, обычно несут ген устойчивости к антибиотикам, чтобы также легко идентифицировать клетки, которые успешно интегрировали вектор в свой геном.
Чтобы ввести вектор в целевую ячейку, в ячейке должно быть выведено состояние компетентности. Это состояние вызывается в лаборатории инкубацией клеток с хлоридом кальция перед кратковременным тепловым шоком или электропорацией. Это делает клетки более восприимчивыми к вставляемой плазмиде. После добавления плазмиды клетки выращивают в присутствии антибиотика для подтверждения поглощения и экспрессии новых генетических элементов.
Использование систем CRISPR / Cas9 показало успешную вставку генов в геномы эукариот. Хотя модификация CRISPR все еще находится в зачаточном состоянии, есть существенные доказательства использования в сочетании с другими методами для создания систем редактирования генома с высокой пропускной способностью (HTP). Генная инженерия бактерий для производства разнообразных промышленных продуктов, включая биотопливо и специальные химикаты / нутрицевтики, является важной областью исследований.
Горизонтальный перенос генов (HGT) - это перенос генетических элементов между клетками, кроме родительского наследования. HGT ответственен за большую часть распространения устойчивости к антибиотикам среди бактерий. Кассеты генов, содержащие гены устойчивости к антибиотикам или другие факторы вирулентности, такие как экзотоксины, могут передаваться от клетки к клетке с помощью фага, трансдукции, извлечения из окружающей среды, трансформации или бактериального спряжение. Способность переносить кассеты генов между организмами сыграла большую роль в эволюции прокариот. Многие комменсальные организмы, такие как E. coli, регулярно содержат одну или несколько генных кассет, которые передают устойчивость к антибиотикам. Горизонтальный перенос генетических элементов от непатогенных комменсалов к неродственным видам приводит к появлению высоковирулентных патогенов, которые могут нести множественные гены устойчивости к антибиотикам. Растущая распространенность резистентности ставит сложные вопросы перед исследователями и врачами.