Bakteriengenetik Neuhaus

Definition: DNA Abschnitt der seine Position im Genom veränderen kann.

Klasse I

• Retrotransposons, RNA Zwischenstufe wird gebildet => Copy and Paste Mechanismus, wobei die RNA revers transkribiert wird und die entstehende DNA an einer neuen Stelle in die DNA eingefügt wird.

Klasse II

• Cut and Paste Mechanismus => DNA wird ausgeschnitten und an einer anderen Stelle eingefügt

a) Disruption of Silencer

Transposon springt in ein Repressorgen hinein und aktiviert dadurch den dahinter liegenden Promotor

b) Addition von Promotor

Transposon spring mit seinem eigenen Promotor vor ein aktives Gen, dann fungiert nun das Transposon als neuer Promotor des Gens. Dieses nachfolgende Gen kann dann bei anderen "Umweltbedingungen" eingeschaltet sein als vorher.

c) Sequence Truncation

Transposon springt in Promotor eines Gens, dass ein Repressorprotein herstellt. Dadurch wird das Repressorprotein nicht mehr hergestell und die zu repressierende Sequenz bleibt weiterhin aktiv.

d) Deletion durch homologe Rekombination

Replikatives Transposon springt etwas entfernt vom Ausgangspunkt. Nun kann die DNA einen Loop formen und durch homologe Rekombination wird dieser Loop entfernt. Da dieser Loop keinen Ori hat geht er verloren. Dies kann von Vorteil sein, denn je weniger DNA desto schneller können die Bakterien wachsen.

Vorteile/Nachteile:

Einige Transposons tragen Gene die dem Wirtsbakterium Vorteile bringen, wie z.B Resistenzgene.

Transposons können allerdings auch essentielle Gene kaputt machen oder abschalten sowie regulatorische Elemente schädigen.

Mittels Tn5 oder MuA Transposase

• Einfügen von Genabschnitten ins bakterielle Genom oder unspezifische Mutation => Untersuchung von veränderten Proteinen/Proteinfunktion

Tagmentation in NGS mittels Transposase

• Verwendung von Transposons um Adaptoren (welche später Oligos an der Glasoberfläche binden) an die zu sequenzierende DNA anzubringen
• Verwendung der Transposase Dimere

Das Transposon springt nicht in seine direkte Umgebung. Die direkte Umgebung ist in etwa 200kbp lang. Das Tn7 Transposons bindet hierfür ein B Protein an seine  Zielstellen. Dies führt dazu das eine hohe B Protein Konzentration in der Nähe des Transposons gibt. Das B Protein interargiert wiederum negativ mit dem C Protein welches die Transposition aktiviert in dem es ATP zu ADP in C hydrolisiert. Dies führt dazu das es kein C in der Nähe des Transponsons gibt und nur wieit weg vom Transposon mit D oder E Protein interagieren kann. Somit wird verhindert dass innerhalb von 200kbp keine Transposition stattfindet.

Mu-Phagen besitzen eine andere Vermehrungsstrategie, die über Transposition funktioniert. Das Genom vom Mu-Phagen ist ein fertiges Transposon (Transposase + Loop der DNA). Dieses wird zufällig ins bakterielle Genom integriert. Wenn sich die Bakterienzelle vermehrt, wird dieser Genabschnitt weitergegeben (lysogener Zyklus). Beim einem lytischen Zyklus fängt dieses Transposase Gen and überall auf dem Chromosom zu springen und sich zu vermehren. Neue Phagen entstehen werden wird mit dem Transposon befüllt und zerstören das Bakterium von innen.

Transpostion findet meist während der Replikation statt. Springt das Transposon nun nicht-replikativ vom einen Strang der Replikationsgabel auf den anderen, so gibt es zwei Möglichkeiten. Der Enzymkomplex bemerkt das es eine Lücke in einem der Stränge gibt und repariert diese, anhand der Vorlage des anderen Strangs. Die führt dazu das es so erscheint als wäre das Transposon replikativ transponiert. Es  kann auch passieren, dass die Lücke nicht bemerkt wird, dann löst sich der Strang mit der Lücke auf, die DNA Replikation ist nicht erfolgreich und man erhält einen Strang mit zwei Transposons. Hier erscheint es wiederum so als wäre das Transposon replikativ.

Die Regulation erfolgt zum einen über ein symmetrisches DNA Element, welches verhindert dass durch einen upstream Promotor die Transposase transkribiert wird. Zum anderen werden die Promotoren der Transposase durch Methylgruppen inhibiert, während die Promotoren des Inhibitors aktiv sind. Obwohl ein Verhältnis von Transposase zu Inhibitor von 1:4 benötigt wird kommt es dadurch nur 10^-5 mal pro Zelle und Generation zu einem Transpositions Ereignis. Das einzige Zeitpunkt bei dem die Promotoren nicht Methyliert sind, ist während der DNA-Replikation weshalb es meistens hier zu einem Transkriptionsereignis kommt.

Copy and Paste Mechanismus. Sie verwenden einen RNA Zwischenschritt, der von einer reversen Transkriptase wieder in DNA umgewandelt wird. Diese DNA wird an einer anderen Stelle im Genom insertiert => Verdopplung.