Тема 4. Мобільні генетичні елементи (МГЕ) бактерій

26.02.14

 

У 70-х роках в області молекулярної генетики були зроблені істотні відкриття: виявилось, що окремі фрагменти ДНК, які мають специфічну структурну організацію, можуть переміщатися в геномі як в межах однієї хромосоми, так і між хромосомами. Вони були названі рухомими (мобільними) елементами. Рухомі елементи включають приблизно від тисячі до десятків тисяч пар нуклеотидів. Здатність до переміщень визначається особливостями їх структури і наявністю білків-ферментів, що забезпечують ці переміщення (транспозиції). Переміщення здійснюються або шляхом вирізування елементу з одного місця і вбудовування його в інше, або шляхом утворення копії рухомого елементу, що вбудовується в нове місце, тоді як батьківська копія залишається на колишньому місці. В останньому випадку відбуватиметься розмноження рухомих елементів, збільшення їх кількості в геномі. У деяких випадках рухомий елемент, покидаючи хромосому, залишає слід своєї минулої присутності, локально змінюючи нуклеотидну послідовність ДНК. Відкриття рухомих (мобільних) елементів показало, що послідовність нуклеотидів ДНК за довжиною хромосоми не незмінна, вона може змінюватися завдяки переміщенню цих елементів. Виявилось, що рухомі елементи, вбудовуючись в гени або між генами, спричиняють мутації.

Оскільки рухомі елементи можуть переміщуватись в межах геному з одного місця в інше, то вони можуть бути досить ефективними векторами для передачі рекомбінантної ДНК.

До таких елементів належать прості вставні послідовності (IS – елементи – Insertion Sequences), транспозони (Tn-елементи) та фаги-транспозони (Mu, ДЗ112 та ін.). Інтеграція їх в реплікони здійснюється незалежно від системи спільної (гомологічної) рекомбінації клітин.

Прикладом рухомих елементів є транспозони (Tn елементи). Транспозони іноді використовують геном клітини або фага у власних цілях. У такому випадку елемент стає статичним і бере участь в регуляції, транспозиції, з'єднанні негомологічних послідовностей ДНК і забезпеченні специфічних рекомбінаційних процесів.

На основі принципу транспозиції МГЕ поділяють на: Клас 1 – ретротранспозони.

Клас 2 – ДНК-транспозони.

Слід зазначити, що значення транспозонів для природної селекції ще не з’ясовано. Існує припущення, що (принаймні деякі) транспозонні елементи не дають ні переваг, ні шкоди клітині, а є «егоїстичною ДНК», зайнятою тільки своїм власним розмноженням. Згідно цієї концепції, взаємозв'язок транспозона з геномом нагадує відносини між паразитом і його господарем. Мабуть, розповсюдження елементів шляхом дуплікації і транспозиції врівноважується тими шкідливими наслідками, що приводить до інактивації необхідного гена.

Загальна характеристика транспозиції. Транспозицією називається нереципрокне переміщення генетичного матеріалу в межах однієї хромосоми або між хромосомами. Транспозиції можуть бути спрямованими, за яких переміщення генетичного матеріалу здійснюється лише в певні місця геному, і неспрямованими, коли такі переміщення можливі в будь-які за будовою ділянки хромосом. Неспрямовані транспозиції відбуваються з участю особливих мобільних (транспозибельних) або мігруючих генетичних елементів (МГЕ), здатних змінювати свою локалізацію в геномі. Однак бувають і такі транспозиції, які не пов'язані з функцією МГЕ. Роль мобільних елементів можуть виконувати деякі віруси – у цьому випадку можливе переміщення послідовностей ДНК не тільки в межах генетичного матеріалу однієї клітини, але й між клітинами.

Транспозиції відбуваються як у прокаріотів, так і у еукаріотів. Краще вивчені переміщення генетичного матеріалу шляхом транспозицій у бактерій. Тут можливі транспозиції в будь-якому напрямку: в межах хромосоми бактерії, із хромосоми в плазміду, із плазміди в геном фага, із останнього в хромосому бактерії, із плазміди в плазміду тощо. Саме так переносяться гени стійкості до різних антибіотиків і токсинів. У еукаріотів транспозуються гени від одних хромосом до інших; є докази того, що в геном еукаріотів можуть вбудовуватися ДНК-копії генів деяких вірусів, а також інші продукти зворотної транскрипції. Розміри нуклеотидних послідовностей МГЕ коливаються в досить широких межах, але загалом вони не дуже великі і коливаються від одного до декількох генів.

Транспозиція МГЕ не вимагає гомології в послідовностях донорних і реципієнтних сайтів ДНК, і це відрізняє її від деяких інших механізмів, що призводять до перебудови хромосом. Механізми RecA -залежних рекомбінаційних процесів і транспозицій істотно відрізняються, тому переміщення МГЕ називають ще незаконною рекомбінацією. Остання практично не залежить від генів RесАВС, але потребує участі особливого ферменту – транспозази, а іноді й деяких інших білків, які кодуються власною ДНК багатьох, але не всіх різновидностей транспозонних елементів. МГЕ, що не мають власного гена транспозази, не здатні до переміщення, але можуть це робити за наявності у геномі інших МГЕ, які можуть забезпечити синтез цього ферменту.

Частота транспозицій окремих МГЕ дуже різна і коливається в межах частот спонтанних мутацій (від 10^-4 до 10^-7 на покоління). Такі переміщення нерідко супроводжуються вставками (інсерціями) МГЕ всередину гена, що виключає транскрипцію або трансляцію відповідного продукту. Крім того, такі інсерції можуть виявляти полярний ефект, тобто впливати на функцію розташованих за вставкою генів. Це може бути наслідком функціонування привнесених інсерцією нових промоторів, енхансерів, термінаторів та інших регуляторних елементів геному, появою нонсенс-триплетів і т. ін. Порушення структури і функцій генів, визвані інсерціями МГЕ – це мутації, реверсія яких до дикого типу здійснюється лише одним способом – делецією вбудованого матеріалу. Цим транспозиції істотно відрізняються від точкових мутацій гена. Переміщення МГЕ може супроводжуватися численними перебудовами хромосом – інверсіями, розривами, делеціями сегментів, транслокаціями, актами рекомбінацій у сайтах розташування гомологічних МГЕ тощо.

Існує багато типів транспозонних елементів як у прокаріотів, так і у еукаріотів, однак певні риси будови і поведінки для них є спільними. Серед них:

1. Більшість МГЕ – це автономні генетичні одиниці, які кодують білки, необхідні для транспозиції (фермент транспозазу та ін.). Деякі з МГЕ (наприклад, складні транспозони бактерій) можуть містити також гени резистентності до антибіотиків та інші гени.

2. На кінцях кожного МГЕ локалізовані короткі (у прокаріотів) або довгі (у еукаріотів) інвертовані або прямі нуклеотидні повтори, що мають повну або часткову гомологію. Завдяки останній, деякі МГЕ, принаймні у еукаріотів, здатні переміщуватись за допомогою рекомбінаційних механізмів.

3.МГЕ можуть містити по декілька сигналів початку і кінця транскрипції і трансляції, що призводить до синтезу декількох транскриптів і поліпептидів. Функція останніх не завжди з'ясована.

4.Кожний МГЕ зліва і справа обмежений (фланкований) невеликим прямим повтором від 4 до 9 п. н. Ця дуплікація не є частиною транспозонного елемента, а є повтором сайта-мішені, в який вбудовується цей елемент.

5.Більшість МГЕ мають декілька або безліч сайтів-мішеней в геномі. Деякі віддають перевагу так званим «гарячим» точкам. Хоч сайти інсерцій можуть вибиратися випадково, все ж є ділянки геному, в які МГЕ вбудовуються частіше. Ця регіональна специфічність ще не знайшла переконливого пояснення. Важливо, що на молекулярному рівні вибір мішені, як правило, не залежить від нуклеотидної послідовності.

Наявність рухомих генетичних елементів є загальною властивістю всіх організмів. Виникає питання, чи можуть вони виконувати корисні для організмів функції. Важають, що рухомі генетичні елементи сприяють залученню в геном нових генів. Так, наприклад, інтеграція F-плазміди в хромосому кишкової палички здійснюється завдяки RесA -залежній рекомбінації, яка відбувається між кільцевими ДНК в сайтах розташування однакових IS -елементів (рис. 1).

 

Рис. 1. Механізм інтеграції деяких плазмід: гомологічна рекомбінація між однаковими IS -елементами плазміди і хромосоми призводить до вбудування плазміди у хромосому.

 

Подібна рекомбінація між плазмідними і геномними ДНК може мати суттєве значення для розповсюдження генів. Зазначений процес є зворотним резистентності до антибіотиків, сульфаніламідів і т. п.

Інша можлива функція МГЕ може бути пов'язана з їх здатністю провокувати найрізноманітніші хромосомні перебудови, наприклад сусідні делеції та інверсії. Це може бути важливим механізмом виникнення внутрішньовидової мінливості хромосомних структур. Геноми клітин або фагів іноді використовують МГЕ як елемент регуляції. У цьому випадку МГЕ стає стабільним, однак приймає участь у специфічних подіях, подібних транспозиції. Регуляція деяких процесів (наприклад, зміна типів флагеліну джгутиків у сальмонел, поверхневих антигенів у деяких бактерій, здатності фага Ми до вибору клітин хазяїна) полягає в інверсії специфічного сегмента ДНК, який здійснюється рекомбінаційним механізмом, пов'язаним з транспозицією. Таким чином, транспозиції приймають участь у цілому ряді подій – від з'єднання негомологічних послідовностей ДНК до забезпечення специфічних рекомбінаційних процесів.

Щодо механізмів переміщення різних типів МГЕ по хромосомах, то можливі такі варіанти:

Реплікативна транспозиція – транспозонний елемент реплікується і копія його переноситься на нове місце. Цей механізм найбільш розповсюджений.

Нереплікативна (консервативна) транспозиція – МГЕ вирізається і переноситься в новий сайт.

РНК-опосередкована транспозиція, за якої в хромосому вбудовується копія МГЕ або інший сегмент ДНК, що синтезується шляхом зворотної транскрипції на РНК-матрицях.

Досліджено, що перенесення Tn3 здійснюється у два етапи. Під час першого відбувається злиття молекул донорної та рецепієнтної ДНК, що супроводжується дуплікацією транспозона. Утворюється коінтеграт, що містить копії транспозона у місцях злиття двох репліконів. Під час другого етапу реплікони діляться за рахунок реципрокних рекомбінацій між ідентичними ділянками (res-сайтами) двох Tn3, що розташовані в коінтеграті. Описаний механізм перенесення називається реплікативною транспозицією. Поряд з ним існує метод транспозиції, при якому відбувається виділення елемента, що переміщується із молекули донора та вставлення його у молекулу реципієнта. Цей механізм одержав назву консервативної транспозиції. Наприклад, Tn916, спочатку проникає у клітину у вигляді лінійної молекули ДНК і включається в хромосому в результаті простої інсерції. У залежності від умов один той же мігруючий елемент може використовувати, як реплікативний, так і консервативний механізм для транспозиції.

Мігруючі генетичні елементи (МГЕ) прокаріотів. Хоч деякі автори всі МГЕ, незалежно від їх походження і будови, називають транспозонними елементами або транспозонами, значно частіше цей термін вживають у відношенні прокаріотів. Транспозони бактерій поділяють на типи незалежно від їх будови. Група найпростіших транспозонів, що утримують лише гени, необхідні для транспозиції, отримала назву інсерційних послідовностей або IS-елементів (від англ. insertion sequences – послідовності-вставки). Розміри цих елементів – від 200 до 6000 п. н. На їх кінцях розташовані, як правило, інвертовані повтори, необхідні для транспозиції (рис. 2). У різних ІS -елементів довжина кінцевих повторів коливається від 8 до 40 п. н.

Рис.2. Загальна структура IS-елемента: 1 — ген (або гени), що кодує транспозазу, необхідну для переміщення IS; 2 — короткі кінцеві інвертовані повтори: 3—-дублікація ДНК-мішені, яка виникає за вбудування IS- елемента.

 

Повтори можуть бути повністю ідентичними (досконалими) або не зовсім ідентичними (недосконалими).

Отже, у бактерій є 2 класи рухомих генів, які відрізняються за довжиною і складністю організації.

1) Інсерційні послідовності або IS-елементи, які мають довжину приблизно 200 п.н.– 6 тис. пар нуклеотидів і містять тільки ген, що відповідає за їх переміщення.

2) Транспозони, довжиною від 3 до 20 тис. пар нуклеотидів, які містять ряд додаткових генів, що відповідають за стійкість бактерій до різних токсичних речовин.

Вбудовуючись у нову ділянку локалізації, IS-елементи спричиняють незначну дуплікацію ДНК-мішені – часто 5 або 9 п. н. Ці дупліковані послідовності хромосоми-мішені є прямими і оточують IS-елемент на новому місці. IS-елементи різних типів позначають номерами: IS1, IS2 і т.п. Ці елементи є нормальними компонентами бактеріальних хромосом і плазмід. Наприклад, один із стандартних штамів кишкової палички містить вісім копій IS1 і п'ять копій IS2.

В F-факторі цієї бактерії знайдено два ІS3, один ІS2 і ще один елемент. Саме по сайтах знаходження цих мігруючих елементів і здійснюється рекомбінація, коли F-фактор інтегрується з хромосомою Е. coli, утворюючи Hfr-штами. Залежно від того, які елементи хромосоми і F-плазміди взаємодіють за процесу рекомбінації, виникають різні Hfr-штами з неоднаковою локалізацією у хромосомі інтегрованого F-фактора. Переважна більшість IS-елементів містить одну протяжну кодуючу область (для транспозази та інших білків транспозиції), яка починається посеред одного інветованого повтору і закінчується перед іншим (або в середині його). Іноді існують кодуючі ділянки і в протилежному ланцюгу ДНК, в цьому випадку інформація зчитується у зворотному напрямку.

Деякі транспозони, крім генів, пов'язаних з транспозицією, несуть також гени лікарської стійкості та інші гени. Такі транспозони називають складними і позначають як Тn з відповідними номерами (ТnЗ, Тn5, Тn9 і т. п.).

Один клас транспозонів, що має досить великі розміри, містить центральну область, де, крім іншого, є ген стійкості до лікувальних препаратів, і довгі кінцеві повтори (LTR) або плечі з обох боків, де локалізовані гени білків транспозиції. Плечі можуть мати одну і ту ж або (частіше) інвертовану орієнтацію. Отже, такий складний транспозон за своєю будовою відповідає одній із представлених на рисунку 3.

Рис. 3. Загальні принципи будови складних бактеріальних транспозонів (а) та схеми структурної організації деяких із них (б).

Іноді плечі це ідентичні IS-елементи. Так, наприклад, Тn9 на кожному із кінців утримує прямі повтори IS-елементів. В інших випадках плечі складного транспозону нагадують IS-елементи, але у вигляді самостійних структур у геномі не зустрічаються. Їх називають IS-подібними елементами. Якщо IS- або IS-подібні елементи є частинами складних транспозонів, то вони називаються IS- або IS-подібними модулями. Деякі складні транспозони мають іншу будову і нагадують IS-елементи, що одночасно несуть гени білків транспозиції і інші, додаткові гени. Прикладом може бути Тn3

Транспозон Tn3 представляє родину мобільних елементів з короткими інвертованими повторами (35-50 п.н.), що переміщаються за допомогою реплікативної транспозиції та створюючими дупліковані прямі повтори з 5 п.н.

У Tn3 центральна частина містить гени транспозази, резолвази і бета-лактамази bla (забезпечує стійкість до антибіотиків пеніцилінового ряду). Ген транспозази tnA кодує великий білок з приблизно 1000 а.о., ген резолвази tnR кодує білок з 185 а.о. Гени транспозази і резолвази транскрибуються в протилежних напрямках з промоторів, розташованих в міжгенному просторі довжиною 170 п.н. У міжгенному просторі знаходиться і сайт res, по якому відбувається утворення коінтегратів. Транскрипції генів резолвази і транспозази конкурують один з одним, і ген резолвази виступає як ген-регулятор гена транспозази.

Вважають, що два IS-елементи здатні перемістити будь-яку послідовність нуклеотидів, що міститься між ними, а також свої власні послідовності. Ця особливість IS-елементів показана на рис. 4, із якого видно, що два модулі (IS10L і IS10R — лівий і правий) у складі кільцевої ДНК фланкують з одного боку ген tet.

Рис. 4. Модулі IS10 здатні забезпечити транспозицію будь-якої послідовності ДНК, що знаходиться поміж ними.

 

В акт транспозиції може втягуватись як Тn10, так і протилежний транспозон «навиворіт». Частота транспозиції тим менша, чим більша відстань між модулями. Дуже важливою є здатність мобільних елементів бактерій призводити до зливання двох і більшої кількості репліконів в один, внаслідок чого утворюються коінтеграти (рис. 5).

Рис. 5. Дві основні реакції, які здійснюються IS та Тn-елементами.

Транспозони переносяться з частотою 10^-4–10^-7 при одному поділі бактерійної клітини. Наявність транспозиції залежить від властивостей транспозона. Вона різко відрізняється навіть у транспозонів, що мають однакову структуру.

Відомо багато транспозонів, які несуть детермінанти стійкості до антибіотиків та інших інгібіторів росту бактерій (рис 6). Наприклад, Tn5, кодує резистентність до канаміцину, Tn9 – резистентність до хлорамфеніколу, а Tn10 – стійкість до тетрацикліну. Ці транспозони можуть пересуватися в клітинах різних грамнегативних бактерій.

Рис. 6. Структура транспозонів, що несуть гени стійкості до антибіотиків.

 

У грампозитивних бактерій виявили Tn551 (у St. aureus) та Tn917 (Str. faecalis), що забезпечують стійкість до еритроміцину. У Str. faecalis описаний також транспозон Tn916, який забезпечує стійкість до тетрацикліну та має гени плазмідного походження ї здатний до кон’югації при відсутності кон’югативних плазмід. Проникнувши у рецепієнтну клітину, Tn 916 може зберігатися в ній лише вмонтувавшись у бактерійну хромосому (або якись інший реплікон).

Частота транспозиції для одного і того ж транспозона може залежати від характеру реплікона як донора, так і реципієнта, а також від клітини-господаря. Наприклад,у E. coli виявили мутації, які суттєво пригнічували транспозицію багатьох Tn-елементів. Крім того, на переміщення транспозонів можуть впливати фактори зовнішнього середовища (температура, УФ промені, хімічні сполуки). Переміщення деяких Tn-елементів, які містять детермінанти стійкості до інгібіторів росту може індукуватися цими інгібіторами. Наприклад, сублетальна концентрація еритроміцину стимулює транспозицію Tn917, що несе ген стійкості до цього антибіотика.

Транспозони утворюються в результаті включення деяких генів між двома однаковими IS-елементами, які на початку зберігають свою повноцінну структуру (Tn9). Переміщення транспозонів здійснюється за рахунок функції IS-елементів. Для того, щоб відбулася транспозиція достатньо активності одного IS-елемента. Тому еволюція транспозонів пов’язана з постійною диференціацією між двома однаковими вставними послідовностями. Наприклад, в Tn10 транспозазу кодує переважно правий промовтор (IS10R).

Разом із плазмідами та фагами, транспозони переносять гени між різними видами бактерій, відповідно вони відіграють важливу роль в еволюції мікроорганізмів. Нові можливості дозволяють використовувати мігруючі елементи в генетичному конструюванні. На основі їх використання створюють методи транспозонного мутагенезу та генетичної інженерії in vivo, що суттєво пришвидшує конструювання геномів бактерій, які мають важливе промислове значення.

Механізми перенесення транспозонів до кінця не вивчені.

Молекулярний механізм транспозиції. Досить добре в цьому відношенні вивчений фаг Мu, який можна розглядати як дещо незвичайний транспозон. Цей помірний бактеріофаг вбудовується в будь-який сайт хромосоми бактерії-хазяїна. За індукції фага він розмножується, не вирізаючись із хромосоми, шляхом повторних актів реплікативної транспозиції. Вирізання фагової ДНК здійснюється лише на стадії її пакування у фагові частинки. Встановлено, що для реплікації-транспозиції фага Ми необхідні активні продукти його генів А і В, а також інтактні кінці фагової ДНК. Продукти вказаних генів утворюють фермент, який має центральну роль у транспозиції – транспозазу. Продукт гена А специфічно взаємодіє з кінцями фагової ДНК і саме тут здійснює одноланцюгові розтини – по одному на кожний протилежний ланцюг, але з різних сторін інтегрованого фага (транспозону). Молекули А -білка зв'язуються з обома кінцями транспозону, утворюючи комплекс, який взаємодіє з ДНК-мішенню і В -білком. Білки А і В (транспозаза) вносять у ДНК-мішень уступчатий розтин: комплементарні ланцюги розриваються на відстані 5 п. н. один від одного. У подальшому ланцюги ДНК-мішені, що містять зазначені уступи, приєднуються до протилежних кінців транспозону в місцях розривів його ДНК, що відбулися раніше. У результаті виникає структура, яка є не що інше, як дві реплікативні вилки, направлені назустріч одна одній. Реплікація йде за рахунок реплікативного апарату клітини і приводить до подвоєння транспозону і дуплікації послідовності ДНК-мішені довжиною 5 п. н.

Деякі великі (біля 5000–8000 п. н.) транспозони, наприклад Тn1, ТnЗ та інші своєю поведінкою нагадують фаг Мu. Їхні транспозази також спричиняють утворення коінтегратів та дуплікацію 5 п. н. ДНК-мішені після реплікації. При цьому у складі коінтеграта одна копія дуплікованої ділянки межує з однією копією транспозону, а друга – з іншою.

Продукт гена tnpR – фермент резолваза (від англ. resolution) – необхідний для поділу виникаючого коінтеграта на вихідні реплікони. Цей фермент здійснює реакцію сайт-специфічної рекомбінації по певних (res) послідовностях транспозону, якщо вони знаходяться в прямій орієнтації одна до одної. Якщо послідовність res відсутня, реакція розриву коінтеграта (його поділу на реплікони) може бути замінена RecA -залежною рекомбінацією, але остання менш ефективна.

Зазначений механізм транспозиції властивий не всім транспозонам. Складні транспозони, що мають IS-модулі (Тn5, Тn10 та ін.), а також самі IS-елементи можуть переміщуватися без проміжної стадії коінтеграта. Вони, як вважають, вирізаються транспозазами з місця старої локалізації і вбудовуються в інше місце того ж або іншого реплікону. Такий механізм називається нереплікативним або консервативним. В принципі консервативна реплікація може здійснюватись за вже знайомою нам схемою, але з деякими відмінностями.

Після перших двох одноланцюгових розтинів ДНК -донора з обох сторін транспозону і приєднання донього уступчасто розрізаних ланцюгів ДНК -мішені транспозаза здійснює ще два розрізи ланцюгів, що зв'язують транспозон з місцем старої локалізації. Після цього транспозон виявляється вирізаним із одного місця ДНК і вбудованим в інше місце. Процес закінчується незначним (5–9 п. н.) репаративним синтезом ДНК-мішені, наслідком якого є повтор цієї короткої послідовності з обох сторін транспозону. Цікаво, що переміщення бактеріальних транспозонів за консервативним механізмом не обов'язково супроводжується його зникненням у місці старої локалізації. Є дані, що МГЕ вирізається головним чином із напівметильованої (тобто щойно реплікованої) молекули ДНК, причому вирізання здійснюється лише із одного (ще не метильованого) ланцюга. Це забезпечує зберігання однієї копії мобільного елемента на старому місці.

Властивості фага Мu. Фаг Мu може знаходитися в клітині в альтернативному стані, здійснюючи літичний цикл. Він був відкритий завдяки його здатності викликати мутації в Е. coli. Мутації виникають при впровадженні фагового генома, що містить 37 т.п.н., у випадкові сайти (з регіональною специфічністю) бактерійної ДНК. При цьому реверсій з доступною визначенню частотою не відбувається.

Вбудований геном Мu має той же порядок генів, що і вільна фагова ДНК, яка має лінійну форму. (Слід зазначити існуюча відмінність від фага лямбда, вільна лінійна ДНК якого при інфекції утворює кільцеву молекулу; в результаті інтеграції утворюється лінійний профаг.) Лінійні геноми фага Мu не містять ні липких кінців, ні повторів; тому не ясно, яким чином здійснюється узгоджена дія кінців під час інтеграції. Можливо, що реакція залежить від гомології, яка зустрічається на відстані приблизно 100 пар від кожного кінця. Існування механізму, що впізнає специфічні кінці інтегрованої послідовності фага Мu, було виявлене при відкритті здатності цього фага вирізатися. Реакція відбувається тільки в тому випадку, якщо профаг Мu зустрічає IS1-елемент. Механізм вирізання невідомий, проте встановлено, що в нього включені як функції, кодовані Мu, так і функції, контрольовані IS1-елементом.

Кінці вільної ДНК фага Мu володіють додатковим матеріалом, який не є частиною фагового генома. Фактично кінці представлені послідовностями генома господаря. Лівий кінець містить близько 100, а правий – близько 1500 пар основ. У окремих молекулах ДНК фага Мu ці послідовності різні; вони отримуються при упаковці фага з попередників, в яких фаговий геном фланкований послідовностями господаря. При попаданні фагового генома в бактерійну хромосому додаткові області втрачаються.

Інфікуюча батьківська ДНК фага Мu упаковується в геном господаря неефективно. Більшість молекул ДНК під час літичного циклу зберігають свої вільні кінці. Менше 10% інфікуючих фагових геномів упаковується. Проте під час репродуктивного циклу послідовності ДНК фага Ми упаковується ефективно. Цей парадокс показує, що копії ДНК Мu, що утворюються при реплікації, здатні вмонтовуватися в геном господаря. У спорідненій реакції індукція профагу Мu, веде до вступу у літичний цикл, це не супроводжується вирізанням фагової ДНК з хромосоми господаря. Знову провідну роль в цьому циклі відіграє продукт реплікації.

Зв'язок між інтеграцією і реплікацією виявлений при вивченні мутантів фага Мu, нездатних до інтеграції. Виявилось, що і реплікація у цих мутантів порушена. Мутації, які визначають таку дефектність фага, локалізуються в одному з двох генів, А або В, необхідних для реплікації фага. Таким чином, інтеграція, мабуть, залежить від функції реплікації, а не від спеціальних рекомбінаційних ферментів (як у фага лямбда).

Існують два шляхи вмонтовування фага Мu. У результаті простих вмонтовувань Мu утворюються лізогенні бактерії, що містять профаг. Виявлена наявність прямих повторів з 5 пар основ з кожного боку від профагу, що вказує на схожість цієї події з транспозицією. Крім того, в процесі літичного розвитку майже всі продукти Мu-опосередкованої транспозиції мають структуру коінтегратів.

Помірний бактеріофаг Mu, виявлений у E. coli, здатний розмножуватися в клітинах багатьох грамнегативних бактерій. Лінійна дволанцюгова ДНК фага містить 38 т. п. н., що кодують біля 30 генів, в ньому також наявні інвертовані повтори, що складаються із 2 т. п. н. На кінцях фагової хромосоми містяться ділянки бактерійної ДНК, які зникають при інтеграції фага. Фаг Mu може проникати в різні реплікони, викликаючи мутації будь-яких генів. Під час літичного циклу реплікація геному фага здійснюється в процесі багаторазових транспозицій його в хромосому клітини-господаря. Дві групи Mu-подібних фагів виявили у P. aeruginosa. Фаги-транспозони дуже схожі з IS- та Tn-елементами і відрізняються від них лише тим, що можуть утворювати вірусні частинки.