Bakteriers tillväxt, metabolism och genetik

Bakteriell tillväxt uppstår genom en samordnad koppling mellan näringsupptag, energikonservering, makromolekylsyntes, genomreplikation och celldelning. Mutationer och horisontell genöverföring skapar samtidigt den genetiska variation som möjliggör snabb anpassning. Processerna avgör bland annat odlingsresultat, virulens, antibiotikaeffekt och spridning av resistensgener.

Grundbegrepp: tillväxt, celldelning och genetisk anpassning

Cellulär tillväxt innebär att en bakterie ökar sin biomassa genom att syntetisera protein, RNA, DNA, lipider, peptidoglykan och andra cellkomponenter. Populationsökning kräver däremot att cellerna delar sig. Begreppen är nära kopplade men inte identiska: under lagfas kan biomassa och cellvolym öka utan påtaglig ökning av cellantalet, medan filamentbildande bakterier kan replikera DNA utan fullbordad septumbildning.

Tillväxt förutsätter samordning mellan transport av näringsämnen, katabolism, ATP-bildning, reduktionskraft och anabolism. Kol, kväve, fosfor och svavel måste införlivas i makromolekyler, samtidigt som membran och cellvägg expanderar. När tillräcklig biomassa har bildats initieras eller fullföljs kromosomreplikation, kromosomerna segregeras och ett septum bildas. Brister i denna koordinering kan ge filamentering, anukleära celler, osmotisk lys eller avstannad tillväxt.

Vertikal nedärvning innebär att genetiskt material överförs från modercell till dotterceller. Mutationer som uppkommer i en cell kan därigenom expandera klonalt. Horisontell genöverföring sker mellan celler som inte står i ett direkt förälder–avkomma-förhållande och omfattar transformation, transduktion och konjugation. Den kan på kort tid tillföra hela resistensoperon, toxin-gener eller metabola funktioner.

Tillväxthastigheten har direkt klinisk betydelse. Antibiotika som hämmar cellväggssyntes, proteinsyntes eller DNA-replikation är vanligen mest effektiva när målprocessen är aktiv. Långsamt växande bakterier kan därför vara fenotypiskt toleranta utan att vara genetiskt resistenta. Snabb tillväxt kan samtidigt öka uttrycket av vissa virulensfaktorer, medan stress- och stationärfasprogram kan gynna adhesion, biofilm och överlevnad. Odlingsdiagnostik påverkas av generationstid, näringskrav och fysiologiskt tillstånd; ett negativt tidigt odlingsresultat utesluter inte långsamväxande eller skadade bakterier.

Binär fission och den bakteriella cellcykeln

Bakteriers vanligaste delningsform är binär fission. Hos många arter börjar kromosomreplikationen när initiatorproteinet DnaA i ATP-bunden form binder sekvenser vid replikationsorigin, oriC. DNA öppnas lokalt, helikas laddas och två replisomer etableras. Replikationsgafflarna rör sig bidirektionellt runt kromosomen tills de möts i terminusområdet.

Replisomen innehåller bland annat helikas, primas, DNA-polymeras III, sliding clamp och topoisomeraser. Den ledande strängen syntetiseras kontinuerligt, medan den släpande strängen bildas som Okazaki-fragment. Topoisomeraser avlägsnar torsionsspänning framför replikationsgaffeln. Efter replikation separeras sammanlänkade dotterkromosomer av topoisomeraser, och kromosomorganisation, cellförlängning och aktiva partitionsmekanismer bidrar till segregation mot var sin cellhalva.

När kromosomerna har lämnat mittregionen polymeriserar GTPaset FtsZ till en dynamisk Z-ring på cellens insida. Ringen positioneras så att septum normalt inte skär genom nukleoiden. FtsZ rekryterar divisomets övriga komponenter, däribland membranförankrande proteiner och peptidoglykansyntetiserande enzymer. Septala penicillinbindande proteiner bygger nytt peptidoglykan samtidigt som cytoplasmamembranet invagineras. Autolysiner klyver därefter definierade bindningar i septum så att dottercellerna kan separeras.

Generationstiden varierar kraftigt. Escherichia coli kan under optimala laboratorieförhållanden ha en generationstid omkring 20 minuter, och vissa bakterier delar sig på mindre än 20 minuter. Många kliniskt relevanta mykobakterier behöver däremot timmar för en delning. Hos snabbt växande bakterier kan en fullständig kromosomreplikation ta längre tid än generationstiden. Detta löses genom multifork-replikation: nya replikationsomgångar initieras innan föregående omgång har avslutats, så att dottercellerna ärver kromosomer där nästa replikationscykel redan pågår.

Kvantitativ tillväxtkinetik

Vid ideal exponentiell tillväxt fördubblas populationen en gång per generation. Om startpopulationen är (N_0) och antalet generationer är (n), gäller:

[ N=N_0\times 2^n ]

och därmed:

[ n=\log_2\left(\frac{N}{N_0}\right) ]

En population som genomgår tio generationer ökar således (2^{10}), det vill säga 1 024 gånger. Eftersom bakterieantal ofta varierar över många tiopotenser redovisas celltal, CFU och optisk densitet vanligen på logaritmisk skala. Exponentiell tillväxt framträder då som en rät linje.

Den specifika tillväxthastigheten (\mu) beskriver biomassans eller cellantalets relativa förändring per tidsenhet:

[ \frac{dN}{dt}=\mu N ]

Lösningen är (N=N_0e^{\mu t}). Generationstiden (g) ges av:

[ g=\frac{\ln 2}{\mu} ]

En hög (\mu) motsvarar alltså kort generationstid. Antalet generationer under tidsintervallet (t) är (n=t/g), förutsatt konstant exponentiell tillväxt.

Vid substratbegränsning kan sambandet mellan tillväxthastighet och koncentrationen av ett begränsande substrat (S) beskrivas med Monodkinetik:

[ \mu=\mu_{\max}\frac{S}{K_s+S} ]

Här är (\mu_{\max}) maximal specifik tillväxthastighet och (K_s) den substratkoncentration där (\mu=\mu_{\max}/2). Vid (S\ll K_s) är tillväxten starkt substratberoende; vid (S\gg K_s) närmar den sig (\mu_{\max}). Modellen är en approximation och tar inte ensam hänsyn till flera samtidiga begränsningar, toxicitet eller underhållsmetabolism.

Biomassautbytet (Y) anger hur mycket biomassa som bildas per mängd förbrukat substrat. Ett högt utbyte behöver inte innebära hög maximal tillväxthastighet. Man måste också skilja bruttotillväxt från nettotillväxt: om nya celler bildas samtidigt som andra dör kan totalantalet vara konstant trots betydande omsättning. Momentan (\mu), antal genomgångna generationer, viabilitet och nettotillväxt är därför olika mått.

Tillväxtkurvan i sluten kultur

I en batchkultur tillsätts ett inokulat till en bestämd mängd medium utan kontinuerligt inflöde av näring eller utflöde av avfall. Den klassiska tillväxtkurvan omfattar lagfas, exponentiell fas, stationär fas och dödsfas. Gränserna är biologiskt gradvisa, och en kultur innehåller ofta fysiologiskt heterogena subpopulationer.

Lagfasens längd bestäms bland annat av inokulatets ålder, skador, storlek och tidigare tillväxtmiljö. Celler från ett likartat medium kan börja dela sig snabbt, medan celler från stationär fas eller ett annat kolsubstrat först måste syntetisera transportörer, ribosomer och metabola enzymer. Lagfas är därför inte metabol inaktivitet utan ofta en period med intensiv biosyntes och reparation.

Under exponentiell fas råder ungefär balanserad tillväxt: cellens beståndsdelar ökar med jämförbara relativa hastigheter. Antibiotika riktade mot peptidoglykan, ribosomer eller replikation har ofta störst effekt här. Om två kolkällor finns kan bakterien först använda den föredragna. När denna tar slut uppstår en ny lagfas innan alternativa enzymsystem induceras; förloppet kallas diauxisk tillväxt.

Stationär fas inträder när ett näringsämne begränsar, syre blir otillräckligt, pH förändras eller toxiska metaboliter ansamlas. Globalt genuttryck skiftar mot oxidativt stresskydd, DNA-reparation, näringstransport och underhåll. Vissa celler använder ämnen som frigörs från döda grannar, så kallad kryptisk tillväxt. Under dödsfasen minskar vanligen antalet odlingsbara celler, men förloppet är ofta bifasiskt eller icke-exponentiellt. Autolys, persisterceller och olika subpopulationers tålighet bidrar.

Optisk densitet kan förbli hög trots att CFU minskar, eftersom döda celler och cellfragment fortfarande sprider ljus. Kontinuerlig odling undviker delar av batchkulturens dynamik. I en kemostat bestäms tillväxthastigheten av tillflödets spädningshastighet och ett begränsande substrat. I en turbidostat regleras tillflödet återkopplat för att hålla turbiditeten nära ett förinställt värde, ofta så att kulturen växer nära sin maximala hastighet.

Näringskrav och fysikalisk-kemiska tillväxtvillkor

Bakterier behöver makronäringsämnen som kol, väte, syre, kväve, fosfor och svavel. Kalium, magnesium, kalcium och järn krävs bland annat för enzymfunktion, ribosomer, membran och elektrontransport. Mikronäringsämnen såsom mangan, zink, kobolt, molybden, nickel och koppar fungerar som enzymkofaktorer men kan vara toxiska i överskott. Tillväxtfaktorer är organiska ämnen som organismen inte själv kan syntetisera i tillräcklig mängd, exempelvis vissa vitaminer, aminosyror, puriner, pyrimidiner eller hem.

Temperaturen påverkar reaktionshastighet, proteinveckning och membranfluiditet. Kyla gör membranet stelare och bromsar enzymreaktioner, medan hög temperatur destabiliserar protein och nukleinsyror. Bakterier kompenserar delvis genom att ändra fettsyrasammansättning och uttrycka köld- eller värmechockproteiner. Inkubationstemperaturen måste därför väljas efter misstänkt organism; en standardtemperatur är inte optimal för alla kliniska isolat.

pH påverkar proteiners laddning, transportörer och protonmotorisk kraft. Bakterier kan hålla cytoplasmatiskt pH inom ett snävare intervall än omgivningen genom protonpumpar, buffertar och metabola reaktioner. Osmotisk stress motverkas genom upptag eller syntes av kompatibla lösta ämnen, exempelvis betain. Låg vattenaktivitet, som vid hög salthalt eller uttorkning, begränsar tillväxt även om näringsämnen finns.

Obligata aerober behöver syrgas som terminal elektronacceptor. Obligata anaerober saknar tillräckligt skydd mot reaktiva syreföreningar eller har syrekänsliga enzymsystem och växer inte vid atmosfärisk syrgas. Fakultativa anaerober kan växla mellan syrgasrespiration, anaerob respiration och fermentation. Aerotoleranta bakterier använder inte syrgas för energikonservering men tolererar den, medan mikroaerofiler behöver lägre syrgashalt än luftens. Katalas, superoxiddismutas och peroxidaser är centrala för avgiftning av väteperoxid och superoxid.

Odling och mätning av bakterietillväxt

Tillväxt kan mätas som cellantal, biomassa, metabol aktivitet eller odlingsbarhet. Metoderna besvarar olika frågor och kan inte alltid ersätta varandra.

Vid CFU-bestämning görs vanligen en seriell spädning, följd av spridning eller ingjutning av en känd volym på agar. Kolonier räknas efter inkubation och resultatet räknas tillbaka till ursprungsprovet. En CFU är en kolonibildande enhet, inte nödvändigtvis en enskild bakterie; kedjor och aggregat ger ofta en koloni. Plattutstryk kan användas för kvantifiering, medan spot assays ger en mer semikvantitativ jämförelse mellan flera spädningar eller stammar.

Selektiva medier hämmar vissa organismer och gynnar andra, medan differentiella medier synliggör biokemiska egenskaper genom exempelvis pH-indikator, hemolys eller kromogena substrat. Anaerobodling kräver låg redoxpotential och syrgasfri hantering, ofta med anaerobkärl eller anaerobkammare. Transporttid och syreexponering kan annars göra odlingen falskt negativ.

Felkällor omfattar cellaggregat, ojämn provblandning, pipetteringsfel, mättad OD-signal och otillräcklig inkubationstid. Skadade bakterier kan behöva längre återhämtning eller berikningsmedium. Celler i viable but nonculturable, VBNC, tillstånd kan ha bevarad membranintegritet och metabolism men inte bilda kolonier under använda betingelser. Molekylär detektion kan då vara positiv trots negativ odling, men påvisat DNA behöver inte innebära levande bakterier.

Biofilm, stationärfas, persistens och sporbildning

Biofilmbildning börjar vanligen med reversibel ytadhesion, följd av stabilare bindning via adhesiner, pili eller extracellulära polymerer. Cellerna bildar mikrokolonier och producerar en matrix av polysackarider, protein, lipider och extracellulärt DNA. Matrixen håller samman biofilmen och påverkar diffusion, men utgör inte en fullständigt ogenomtränglig barriär.

Närings- och syrgasgradienter uppstår snabbt. Ytliga celler kan respirera och växa relativt snabbt, medan djupare celler blir hypoxiska, sura eller näringsbegränsade. Quorum sensing, tvåkomponentsystem och sekundära budbärare samordnar bland annat matrixproduktion, virulens och dispersion. Följden blir en heterogen population med olika genuttryck och antibiotikakänslighet.

Långsamt växande celler har låg metabol aktivitet men kan återuppta delning. VBNC-celler är viabla enligt andra kriterier men odlas inte med standardmetodik. Persisterceller är en reversibel fenotypisk subpopulation som överlever antibiotika utan ärftlig resistensökning; efter återväxt är avkomman vanligen lika känslig som ursprungspopulationen. Genetiskt resistenta kloner har däremot mutationer eller förvärvade gener som höjer MIC och ärvs vid celldelning.

Endosporer hos exempelvis Bacillus och Clostridium är metaboliskt inaktiva överlevnadsformer, inte reproduktiva strukturer. En vegetativ cell bildar normalt en spore genom asymmetrisk septumbildning, omslutning av foresporen, cortex- och sporhöljebildning samt dehydrering av kärnan. Kalcium–dipikolinat och små syralösliga sporproteiner bidrar till värme- och DNA-resistens. Vid gynnsamma förhållanden germinerar sporen till en vegetativ cell.

Biofilm och persisterceller bidrar till recidiverande infektioner och svårbehandlade implantatinfektioner. Endosporer har särskild betydelse för smittspridning och sterilisation; desinfektion som dödar vegetativa bakterier behöver inte vara sporicid. Validerad sterilisation måste därför beakta sporer som biologiskt mer resistenta mål.

Metabola huvudtyper och trofisk klassifikation

Bakteriell metabolism klassificeras separat efter energikälla, elektrondonator och kolkälla. Termerna beskriver olika axlar och bör kombineras snarare än användas som synonymer.

Många humanpatogener är kemorganoheterotrofer: de får energi, elektroner och kol från organiska föreningar. Cyanobakterier är typiskt fotolitoautotrofa och använder ljusenergi, oorganiska elektrondonatorer och koldioxidfixering. Nitrifierande och svaveloxiderande bakterier kan vara kemolitoautotrofa; oxidation av exempelvis ammoniak, nitrit eller reducerade svavelföreningar driver ATP-bildning och koldioxidfixering.

Klassifikationen är inte alltid permanent för en art. Fakultativa organismer kan växla elektronacceptor när syrgas försvinner, inducera fermentation eller använda olika kolkällor. Metabol flexibilitet påverkar vilka anatomiska nischer bakterien kan kolonisera och vilka diagnostiska slutprodukter som bildas.

Central kolmetabolism, biosyntes och metabol reglering

Embden–Meyerhof–Parnas-vägen, den klassiska glykolysen, omvandlar en glukosmolekyl till två pyruvat. Netto bildas två ATP genom substratnivåfosforylering och två NADH. Entner–Doudoroff-vägen ger också pyruvat men har ett annat enzymatiskt förlopp och lägre ATP-utbyte. Pentosfosfatvägen bildar framför allt NADPH och ribos-5-fosfat samt intermediärer som kan återföras till glykolysen.

Pyruvat kan omvandlas till acetyl-CoA och därefter oxideras i citronsyracykeln. Cykeln producerar reducerade elektronbärare och biosyntetiska prekursorer. Intermediärer används för syntes av aminosyror, porfyriner och andra metaboliter; acetyl-CoA bidrar till lipider, pentoser till nukleotider och glykolytiska intermediärer till peptidoglykan och aminosocker.

När intermediärer tappas av för biosyntes måste de fyllas på genom anaplerotiska reaktioner, exempelvis karboxylering av pyruvat eller fosfoenolpyruvat till oxaloacetat. Glyoxylatshunten kringgår citronsyracykelns koldioxidavgivande steg och möjliggör nettobildning av fyrkolsintermediärer från acetyl-CoA. Den är viktig vid tillväxt på acetat eller fettsyror.

Metabolismen regleras genom allosterisk hämning, kovalent modifiering, substrattillgång och förändrat genuttryck. Slutprodukter kan återkopplingshämma tidiga enzymer i sin biosyntesväg. Operon samlar funktionellt relaterade gener under gemensam kontroll. Kolkatabolitrepression prioriterar ofta ett effektivt kolsubstrat och håller alternativa system nedreglerade, vilket förklarar den tillfälliga tillväxtpausen vid diauxi.

Respiration, fermentation och energikonservering

Substratnivåfosforylering innebär direkt överföring av en fosfatgrupp från en energirikare metabolit till ADP. Vid respiration överförs i stället elektroner via membranbundna elektrontransportkedjor. Frigjord energi används för att pumpa protoner, eller hos vissa bakterier natriumjoner, över cytoplasmamembranet.

Den elektrokemiska gradienten består av membranpotential och kemisk jonkoncentration och kallas proton- eller natriummotorisk kraft. När joner återvänder genom (F_0F_1)-ATP-syntas kopplas flödet till ATP-syntes. Gradienterna driver även aktiv transport och flagellrotation. Bakterier saknar mitokondrier; respirationskedjan sitter huvudsakligen i cytoplasmamembranet.

Vid aerob respiration är syrgas terminal elektronacceptor. Anaerob respiration använder exempelvis nitrat, fumarat eller sulfat. Energiutbytet beror på redoxpotentialskillnaden mellan givare och acceptor, kedjans sammansättning, protonläckage, underhållsbehov och faktisk P/O-kvot. Ett enda universellt ATP-tal per glukos är därför missvisande.

Vid fermentation används ingen extern terminal elektronacceptor. NADH oxideras tillbaka till NAD⁺ genom reduktion av organiska intermediärer, så att glykolysen kan fortsätta. Via klassisk glykolys blir nettoutbytet ofta cirka två ATP per glukos. Slutprodukter som laktat, etanol, format, acetat, butyrat, koldioxid och vätgas används i biokemisk diagnostik. Vävnader med låg syrgasspänning, abscesser och nekrotiska områden selekterar för anaerob respiration eller fermentation.

Bakteriegenomets organisation, replikation och genuttryck

Bakteriekromosomen är vanligen haploid och cirkulär, men linjära kromosomer och arter med flera kromosomer förekommer. Genomstorleken ligger ofta omkring 0,7–10 Mb, med betydande undantag. E. coli har ungefär 4,6 Mb DNA.

DNA finns i nukleoiden och kompakteras genom negativ supercoiling, topologiska domäner och nukleoidassocierade proteiner såsom HU och H-NS. Organisationen är dynamisk och påverkar både genuttryck och replikation. Plasmider och andra extrakromosomala element kan komplettera kromosomens geninnehåll.

Replikation initieras vid oriC och utförs av replisomen. DNA-polymeras III är det huvudsakliga replikativa polymeraset. Hos E. coli kan synteshastigheten under optimala förhållanden vara omkring 1 000 baspar per sekund. Proofreading och efterföljande reparationssystem begränsar felfrekvensen.

Promotorer känns igen av RNA-polymerasets sigmafaktorer. Transkriptionsfaktorer och små regulatoriska RNA styr vilka gener som uttrycks. Funktionellt relaterade gener är ofta organiserade i operon och transkriberas till polycistroniskt mRNA. Eftersom ingen kärnmembranbarriär finns kan translation påbörjas innan transkriptionen är avslutad. Bakteriella 70S-ribosomer består av 30S- och 50S-subenheter och utgör mål för flera antibiotikaklasser.

Mutation, DNA-reparation och bakteriell populationsgenetik

Mutationer omfattar bas substitutioner, insertioner, deletioner, frameshiftmutationer, genamplifieringar och större inversioner eller translokationer. Effekten kan vara synonym, missense, nonsense, regulatorisk eller fullständigt funktionsförlustgivande. Eftersom bakterier oftast är haploida uttrycks en recessiv funktionsförlust utan att maskeras av en andra allel.

Replikationsfel är en viktig källa till variation. Oxidativ stress kan modifiera baser och orsaka enkel- eller dubbelsträngsbrott. UV-ljus kan bilda pyrimidindimerer som stör replikation och transkription. Proofreading av DNA-polymeras, mismatch repair, basexcision och nukleotidexcision motverkar sådana skador. Fotoreaktivering kan direkt spjälka vissa UV-inducerade dimerer med hjälp av ljusaktiverat fotolyas.

Vid omfattande DNA-skada aktiveras SOS-responsen. Reparation prioriteras, celldelning kan hämmas och mer felbenägna polymeraser kan tillåta replikation förbi lesioner. Homolog rekombination reparerar bland annat dubbelsträngsbrott och införlivar homologt DNA från andra källor. Stress kan därmed öka mutations- eller rekombinationsfrekvensen, men förändringarna är inte målinriktade mot den egenskap som skulle vara gynnsam.

Antibiotika skapar således inte en specifik resistensmutation därför att bakterien ”behöver” den. Läkemedelsexponering selekterar stokastiskt uppkommen variation eller förvärvade resistensgener. Populationer med högt cellantal, snabb omsättning och stora genetiska mål har större sannolikhet att innehålla resistenta varianter. Kombinationsterapi kan minska sannolikheten att en enskild klon samtidigt har alla nödvändiga resistensmekanismer.

Plasmider och andra mobila genetiska element

En plasmid är en autonomt replikerande DNA-molekyl med ett replikon och ett origin of replication. Kopietalet kan vara lågt eller högt och regleras genom plasmidkodade RNA eller proteiner. Lågkopieplasmider behöver ofta aktiva partitioneringssystem för att säkert fördelas till dottercellerna.

Plasmider med likartad replikations- eller partitionskontroll kan inte alltid stabilt samexistera och tillhör då samma inkompatibilitetsgrupp. Toxin–antitoxin-system kan stabilisera plasmider: ett långlivat toxin och ett kortlivat antitoxin produceras så länge plasmiden finns kvar; en dottercell som förlorar plasmiden riskerar tillväxthämning eller död.

Konjugativa plasmider kodar den kompletta överföringsapparaten. Mobiliserbara plasmider saknar delar av denna men kan utnyttja ett konjugativt element, medan icke-mobiliserbara plasmider saknar fungerande överföringssystem. R-plasmider bär resistensgener, medan andra plasmider kodar virulensfaktorer eller metabola vägar. Episomer kan integreras i kromosomen.

Insertionselement innehåller i huvudsak gener för sin egen förflyttning. Transposoner kan dessutom bära resistens- eller andra nyttogener. Integroner fångar genkassetter genom ett integras och ett rekombinationsställe; de är ofta delar av transposoner eller plasmider snarare än självständigt rörliga element. Att bära extra DNA kan sänka tillväxthastigheten, men kompensatoriska mutationer, kopietalsanpassning och fortsatt selektion kan göra element stabila även när antibiotikatrycket minskar.

Horisontell genöverföring och klinisk evolution

Vid transformation binder en kompetent bakterie fritt DNA, transporterar det över cellhöljet och skyddar det från nedbrytning. Ofta förs en DNA-sträng in medan den andra bryts ned. DNA:t måste därefter integreras genom homolog rekombination eller innehålla ett fungerande replikon för att bevaras. Naturlig kompetens regleras ofta av celltäthet, stress och tillväxtfas.

Vid generell transduktion råkar en bakteriofag paketera fragment av värdcellens DNA och överför dem till nästa bakterie. Vid specialiserad transduktion excideras en tempererad profag felaktigt och tar med gener nära integrationsstället. En profag kan också tillföra toxin- eller andra virulensgener utan att värd-DNA flyttas; detta kallas lysogen konversion.

Konjugation kräver direkt cellkontakt. En konjugativ plasmid processas vid sitt transfer-origin, en DNA-sträng överförs genom ett typ IV-sekretionssystem och kompletteras i både donator och mottagare. F-plasmiden i E. coli är ett klassiskt exempel. Om F-elementet integreras i kromosomen uppstår en Hfr-stam, som kan överföra intilliggande kromosomala gener. Fullständig kromosomöverföring är ovanlig eftersom kontakten ofta bryts innan hela DNA-molekylen har passerat.

Främmande DNA möter barriärer. Restriktions–modifikationssystem klyver DNA med felaktigt metyleringsmönster, medan CRISPR–Cas kan känna igen sekvenser från tidigare genetiska inkräktare. Ekologisk separation, inkompatibla replikationssystem, avsaknad av homolog sekvens och genetisk kostnad begränsar också etablering.

Genomiska öar är större förvärvade DNA-regioner som kan bära adhesiner, toxiner, sekre­tionssystem eller metabolismgener. Horisontell överföring sprider kliniskt viktiga betalaktamaser och karbapenemaser mellan plasmider, kloner, arter och miljöer. Sjukhus, tarmflora, djurhållning, avloppsvatten och naturliga biofilmer kan fungera som sammankopplade genetiska reservoarer.

Påvisning av en gen är emellertid inte liktydigt med kliniskt relevant fenotyp. Genen kan vara avbruten, svagt uttryckt eller sakna nödvändiga regulatorer. Elementet kan vara kromosomalt och icke-överförbart, eller finnas i en minoritetspopulation. Genotypiska fynd måste därför tolkas tillsammans med art, genetisk kontext, uttryck, fenotypisk resistensbestämning och infektionens lokalisation.

Källor

• Bacteria
• Bakterier
• Category:Bacteria
• Bacteria
• Bild: File:96pinner.jpg — Garnhami, CC BY-SA 4.0
• Bild: File:12864 2008 Article 1790 Fig1 HTML.png — David S Holmes, Public domain