rpoB

ГроВ ген кодирует бета - субъединицу бактериальной РНК - полимеразы. rpoB также обнаружен в хлоропластах растений, где он образует бета-субъединицу кодируемой пластидами РНК-полимеразы (PEP). Ингибитор транскрипции в бактериях, тагетитоксин, также ингибирует PEP, показывая, что комплекс, обнаруженный в растениях, очень похож на гомологичный фермент в бактериях. Он кодирует 1342 аминокислоты, что делает его вторым по величине полипептидом в бактериальной клетке. Это место мутаций, которые придают устойчивость к антибактериальным агентам рифамицина, таким как рифампицин. Мутации в rpoB, которые придают устойчивость к рифамицинам, происходят за счет изменения остатков сайта связывания рифамицина на РНК-полимеразе, тем самым снижая аффинность связывания рифамицина с рифамицинами.

Некоторые бактерии содержат несколько копий гена 16S рРНК, который обычно используется в качестве молекулярного маркера для изучения филогении. В этих случаях ген rpoB можно использовать для изучения микробного разнообразия.

В бактерии без соответствующей мутации (мутаций) в rpoB рифампицин связывается с сайтом рядом с вилкой в ​​субъединице β и не позволяет полимеразе транскрибировать более двух или трех пар оснований любой последовательности РНК и останавливать производство белков в клетке. Бактерии с мутациями в соответствующих локусах гена rpoB устойчивы к этому эффекту.

Первоначальные исследования были проведены Джином и Гроссом для генерации мутаций rpoB в E. coli, которые придали устойчивость к рифампицину. Были идентифицированы три кластера мутаций: кластер I в кодонах 507-533, кластер II в кодонах 563-572 и кластер III в кодоне 687. Большинство этих мутаций расположены в области 81 пары оснований (п.н.) в кластере I, названном «Область определения устойчивости к рифампицину (RRDR)». Эта устойчивость обычно связана с мутацией, при которой одно основание в ДНК заменяется другим, а новая последовательность кодирует аминокислоту с большой боковой цепью, которая препятствует связыванию молекул рифампицина с полимеразой.

Существуют дополнительные мутации, которые могут возникать в β-субъединице полимеразы, которые расположены вдали от сайта связывания рифампицина, что также может привести к легкой устойчивости. Это потенциально указывает на то, что форма этих областей может влиять на образование сайта связывания рифампицина.

Зонды нуклеиновой кислоты могут обнаруживать мутации в rpoB, которые придают устойчивость к рифампицину. Для Mycobacterium tuberculosis наиболее часто встречающиеся мутации, устойчивые к рифамицину, включают кодоны 516, 526 и 531 (условно пронумерованные, как в Escherichia coli rpoB). Эти мутации приводят к высокой устойчивости к рифампицину с относительно низкой потерей приспособленности. Для Staphylococcus aureus наиболее часто встречающаяся мутация устойчивости к рифамицину включает кодон 526.

Помимо придания устойчивости к рифампицину, определенные мутации rpoB были идентифицированы в 70% штаммов S. aureus промежуточного звена ванкомицина (VISA).

Районы гроВ гена, которые восприимчивы к мутации, как правило, хорошо сохраняются, что указывает они имеют важное значение для жизни. Это делает весьма вероятным то, что мутации в этих областях оказывают некоторое влияние на общую приспособленность организма. Эти физиологические изменения могут включать снижение скорости роста, повышенную чувствительность к повышению или понижению температуры, а также изменения свойств удлинения цепи РНК и терминации транскрипции. Однако такие изменения не универсальны для всех бактерий. Мутация в кодоне 450 M. tuberculosis приводит к незначительной потере приспособленности, в то время как соответствующая мутация в S. aureus приводит к тому, что бактерии едва ли могут выжить.

У Neisseria meningitidis мутации rpoB увеличивают экспрессию ферментов, участвующих в метаболизме углеводов, а также ферментов, участвующих в цикле лимонной кислоты и в удлинении транскрипции. В то же время ферменты, участвующие в производстве АТФ, делении клеток и метаболизме липидов, подавляются или экспрессируются на более низком уровне, чем обычно.

У M. tuberculosis мутации в гене rpoB могут значительно активировать поликетид-синтазу, что потенциально указывает на повышенное производство фтиоцерина димикоцерозата, липида, продуцируемого M. tuberculosis и участвующего в вирулентности бактерий. Мутации также влияют на связывание, удлинение, терминацию промотора и связанные с транскрипцией процессы репарации в самой РНК-полимеразе. Из-за этого мутации rpoB использовались для изучения механизмов транскрипции, прежде чем интерес переключился на их способность придавать устойчивость к антибиотикам. Определенные мутации могут даже привести к появлению штаммов M. tuberculosis, которые лучше растут в присутствии рифампицина, чем в отсутствие антибиотика.

У бактерий, которые используются для производства природных антибиотиков, таких как эритромицин ( Saccharopolyspora erythraea) и ванкомицин ( Amycolatopsis orientalis), определенные мутации rpoB могут увеличивать выработку антибиотика бактериями с этими мутациями.