박테리아는 지구상에서 가장 유비쿼터스 생명체입니다. 박테리아의 바이오 매스는 식물이나 동물의 바이오 매스를 초과합니다. 풍부함으로 인해 대부분의 박테리아 종은 지금까지 확인되지 않았습니다. 박테리아의 전통적인 식별은 표현형 특성을 기반으로하며, 이는 유전자형 방법으로 정확하지 않습니다. 16S rRNA 서열의 비교는 그들의 수준에서 박테리아의 확인을위한 가장 바람직한 유전자형 방법으로 나타났다. 16S rRNA를 하우스 키핑 유전자 메이커로 사용해야하는 몇 가지 이유가 있습니다 , 더 자세히 설명 할 것입니다.
주요 영역이 적용됩니다
1. 16S rRNA
- 정의, 구조, 역할
2. 16S rRNA가 박테리아를 식별하는 데 사용되는 이유
- 소개, 이유, 방법
3. 미생물학에서 16S rRNA의 적용
- 응용 프로그램
주요 용어 :박테리아, 분류, 유전자 서열, 식별, 리보솜, 16S rRNA
16s rrna
는 무엇입니까?16S rRNA는 원핵 리보솜의 작은 서브 유닛의 구성 요소입니다. 원핵 생물 리보솜의 두 서브 유닛은 50 년대 큰 서브 유닛이고 30S 작은 서브 유닛이다. 그들은 70 년대 리보솜을 형성합니다. 작은 서브 유닛은 21 개의 단백질에 결합 된 16S rRNA로 구성된다. 16S rRNA는 1540 개의 뉴클레오티드로 구성됩니다. 16S rRNA의 2 차 구조는 그림 1 에 나와 있습니다. .
그림 1 :16S rrna
16S rRNA의 3'end에는 시작 코돈에 상류에 결합하는 항-샤인 달 가르노 서열이 포함되어 있습니다. Shine-Dalgarno 서열은 박테리아 mRNA의 리보솜 결합 부위이다. 16S rRNA가 박테리아의 기능에 필수적이기 때문에, 16S rRNA를 암호화하는 유전자는 박테리아 종들 사이에서 고도로 보존된다. 16S rRNA의 서열은 박테리아의 식별 및 분류에 널리 사용된다.
16S rRNA가 박테리아를 식별하는 데 사용되는 이유
박테리아의 전통적인 식별 방법은 주로 박테리아의 표현형 특성을 기반으로합니다. 그러나 16S rRNA 서열의 비교는 전통적인 박테리아 식별 방법을 대체하여 '골드 표준'이되었습니다. 16S rRNA 서열의 분석은 표현형 적으로 비정상적, 잘 설명되지 않았거나 거의 분리되지 않은 균주의 확인에 더 좋습니다. 비 배양 박테리아와 새로운 병원체의 식별에도 더 좋습니다. 16S rRNA 유전자는 박테리아 게놈의 rRNA 오페론에서 발생합니다. rRNA 오페론은 도 2에 도시되어있다
그림 2 :RRNA Operon
16S rRNA는 몇 가지 이유로 인해 하우스 키핑 유전자 마커로서 사용되기에 적합합니다. 아래에 설명되어 있습니다.
- 16S rRNA 유전자는 박테리아 게놈에서 유비쿼터스 유전자입니다. 16S rRNA 기능은 번역 동안 박테리아 세포에 필수적이기 때문에 거의 모든 박테리아 게놈은 16S rRNA 유전자로 구성됩니다.
- 16S rRNA 유전자의 순서는 고도로 보존됩니다. 16S rRNA의 기능이 더 일반적이기 때문에, 16S rRNA 유전자의 서열은 고도로 보존된다. 유전자 서열의 변화는 시간 측정 (진화)으로 간주 될 수있다.
- 16S rRNA 유전자 (1, 550 bp)의 크기는 생물 정보학 목적으로 충분합니다.
- 16S rRNA 유전자는 박테리아 게놈에서 잘 연구 된 유전자입니다. 16S rRNA 유전자의 기능은 세포에 필수적이므로 많은 연구에 적용됩니다.
식별
최신, 8, 168 개 이상의 박테리아 종은 16S rRNA 유전자 서열의 사용으로 확인되었습니다. 식별 과정의 절차는 다음과 같습니다.
- 게놈 DNA의 추출
- 16S rRNA 유전자의 PCR 증폭
- 증폭 된 16S rRNA 유전자의 뉴클레오티드 서열 .
- 데이터베이스의 기존 뉴클레오티드 서열과 서열을 비교
16S rRNA 시퀀스는 길이가 약 1, 550베이스 쌍이며 가변 영역과 보존 된 영역 모두로 구성됩니다. 유전자의 보존 된 영역에 상보적인 범용 프라이머는 PCR에 의한 유전자의 가변 영역의 증폭에 사용될 수있다. 일반적으로, 유전자의 시작 또는 전체 유전자의 시작부터 540 염기 쌍 영역은 PCR에 의해 증폭된다. PCR 단편은 서열화되고, 서열은 사전 분리 된 박테리아 종의 확인을 위해 16S rRNA 유전자의 기존 뉴클레오티드 서열과 비교된다. 뉴클레오티드 서열의 가장 큰 저장소 인 Genbank는 2 천만 개가 넘는 90, 000 상이한 16S rRNA 유전자를 갖는다. 박테리아 종이 참신한 경우, 서열은 데이터베이스의 16S rRNA 서열과 일치하지 않습니다.
분류
16S rRNA 유전자 서열은 거의 모든 박테리아 종에서 발견되므로 다른 16S rRNA 유전자 서열의 비교는 박테리아를 종 및 아종 수준으로 구별하는 데 사용될 수 있습니다. 유사한 박테리아 종은 16S rRNA 유전자의 유사한 서열을 가질 수있다. 16S rRNA 유전자 서열을 비교하여 구축 된 박테리아의 계통 발생 트리는 도 3에 도시되어있다.
그림 3 :16S rRNA 서열 비교를 기반으로 구성된 계통 발생 트리
미생물학에서 16S rRNA의 적용은 무엇입니까
미생물학에서 16S rRNA의 적용은 다음과 같습니다.
- 16S rRNA 유전자 시퀀싱은 박테리아 종의 식별 및 분류 학적 분류를위한 "골드 표준"으로 사용됩니다.
- 16S rRNA 서열의 비교는 새로운 병원체의 인식에 사용될 수 있습니다.
- 16S rRNA 시퀀싱은 의료 미생물학에서 박테리아 식별의 표현형 방법에 대한 빠르고 저렴한 대안으로 사용될 수 있습니다.
결론
16S rRNA는 박테리아의 기능에 필수적입니다. 박테리아의 기능은 번역 동안 박테리아 mRNA를 리보솜에 결합하기위한 부위를 제공하기 때문입니다. 16SRRNA의 기능은 세포에 필수적이기 때문에, 그 유전자 서열은 거의 모든 박테리아 세포에 존재한다. 더욱이, 그 순서는 고도로 보존되어있다. 그러나, 16S rRNA 서열은 가변 영역으로 구성되어 박테리아 종의 확인을 허용한다. 또한, 박테리아 종은 16S rRNA의 유전자 서열에 기초하여 분류 될 수있다.
참조 :
1. Janda, J. Michael 및 Sharon L. Abbott. "진단 실험실에서 박테리아 식별을위한 16S rRNA 유전자 시퀀싱 :플러스, 위험 및 함정." 2007 년 9 월 미국 미생물 학회 임상 미생물학 저널.
2. Clarridge, Jill E.“임상 미생물학 및 전염병에 대한 박테리아의 식별을위한 16S rRNA 유전자 서열 분석의 영향.” 임상 미생물학 검토, 2004 년 10 월 미국 미생물 학회, 여기에서 구할 수 있습니다.
이미지 제공 :
1. Smedonius의 "16S"-Commons Wikimedia
2를 통한 자신의 작업 (공개 도메인). 앞쪽. Microbiol., 2013 년 8 월 14 일/doi :10.3389/fmicb.2013.00230 (CC x 3.0)을 통해 Wikimedia
