po mnoho let se věřilo, že všechny bakterie mají jediný Kruhový chromozom ve srovnání s eukaryoty, které mají lineární chromozomy. Možná to bylo způsobeno omezeným vzorkem bakteriálních kmenů studovaných v té době a sekvenačními technikami dostupnými ke zkoumání bakteriálních chromozomů. Tato víra však byla vyvrácena, když byly v roce 1989 objeveny bakterie s více a/nebo lineárními chromozomy.

Jeden a Kruhový Chromozom

E. coli supercoiled chromozomu

Kruhový chromozom mapa E. coli

V roce 1963, studie provedené několika vědci zjistili, že bakterie Escherichia coli genomu byla organizována do jednoho kruhového chromozomu . Důkazy o struktuře chromozomální DNA byly prokázány obrazy dosaženými pomocí autoradiografie, elektronové mikroskopie a pohyblivých obrazů DNA pomocí fluorescenční mikroskopie. Cairns byl prvním výzkumníkem, který získal obraz celého chromozomu Pro E. coli . Použitou technikou byla autoradiografie, kde byl chromozom Pro E. coli označen pomocí tritium značeného thymidinu, radioaktivního izotopu vodíku . Velikosti chromozomů však byly variabilní a byla zjištěna nízká frekvence kruhových forem. Další experimenty založené na konjugaci Hfr přesvědčivě prokazují, že E. coli má kruhový chromozom .

publikovaná data kruhového chromozomu v E. coli byla rychle přijata mnoha výzkumníky. Proto se E. coli stala široce používanou jako primární model pro zkoumání chromozomální replikace .

Více Chromozomů

Mapa dvou kruhových chromozomů R. sphaeroidy

první důkaz mnohočetných chromozomů v bakteriích byl nalezen u Rodobacter sphaeroides, gramnegativní bakterie ve tvaru tyčinky (Obrázek 2). Výzkumníci byli schopni poskytnout kompletní fyzikální mapa R. sphaeroides genomu získáním chromozomálních fragmentů DNA prostřednictvím omezení strávit s AseI, systém spei, podniku drai, a SnaBI z genomické DNA, který pomáhal při prokázání existence více chromozomů . Pulsní pole get elektroforéza (PFGE) se používá k oddělení molekul DNA aplikací elektrického pole. Na rozdíl od standardní gelové elektroforézy se napětí neustále přepíná ve třech různých směrech . Předpokládá se, že kruhová DNA je nehybná, zatímco většina DNA je mobilizována zlomením . Výhodou PFGE je, že je možné oddělit Dna od několika kilobází (kb), aby více než 10 megabase (Mb) párů. Fragmenty DNA získané použitím endonukleáz, jako je SnaBI, vytvářejí odlišný vzor pásů užitečných pro fyzické mapování chromozomů. První důkazy vedoucí k myšlence dvou kruhových chromozomů byla z genomové DNA trávení pomocí SnaBI a AseI, kde fragmenty byly rozděleny pomocí PFGE a hybridizace s hemA jako sondu . Výsledky ukázaly, že fragment SnaBI 784 kb byl umístěn jako celek v fragmentech AseI D, E A H 914 kb . Existuje však 130 kb DNA nezvěstné, což je aritmeticky nemožné, protože musí existovat celková délka fragmentu SnaBI 1 225 kb . Proto fragmenty AseI D, E A H nemohou být spojeny s ostatními souvislými fragmenty AseI . Prostřednictvím procesu zúžení toho, jak se fragmenty spojují, byly chromozomy fyzicky mapovány. Na molekulární bázi byl tento experiment použit k určení, že R. sphaeroides mají dva kruhové chromozomy, kde jeden je 3,1 Mb a druhý 0,9 Mb . Pokud jde o genetický základ, přerušené pokusy o páření pomocí kmenů Hfr posílily důkazy o přítomnosti více chromozomů v r. sphaeroides .

Lineární Chromozomy

V roce 1970, první důkazy o lineárních chromozomů byla objevena před, ale omezená dostupnost vědeckých metod, a silné přesvědčení, bakteriální chromozomální kruhovitosti byl tak přesvědčivý, že mnoho lidí nevzal v této myšlence až mnohem později. Do roku 1989, pulse-field gel electrophoresis technika byla vyvinuta a používá se ve spojení s omezením výběrů ověřit, že spirochéta Borrelia burgdorferi má lineární chromozom pomocí podobného procesu zúžení připojením oddělené fragmenty jako R. sphaeroides . B. burgdorferi byla první bakterie ukázat, že lineární chromozomy jsou přítomny v prokaryot, a velikost chromozomů bylo zjištěno, že kolem 1.0 Mb . Tato organizace chromozomů je srovnatelná s organizací eukaryotických chromozomů.

problémy s lineárními chromozomy

dva problémy vznikají s přítomností a použitím lineárních chromozomů ve srovnání s kruhovými chromozomy u prokaryot. Za prvé, volné dvouvláknové konce DNA musí mít nějakou ochranu, aby je intracelulární nukleázy nedegradovaly . Za druhé, telomery, které jsou konci lineárních molekul DNA, budou vyžadovat jiný proces replikace DNA . Pro ochranu existují dva typy telomer, které byly pozorovány. První se nazývá palindromické vlásenky, ve kterých nejsou k dispozici žádné volné dvouvláknové konce . Druhým typem jsou invertronové telomery, kde chromozomy obsahují protein, který se váže na 5 ‚ – konce , . To lze nalézt v lineárních chromozomech Streptomyces. Pokud jde o replikaci DNA konců lineárních molekul DNA, o mechanismu není známo mnoho.

Další Zjištění Lineárních Chromozomů

S. griseus je Gram-pozitivní bakterie známo, že produkují antibiotikum streptomycin . Tato bakterie má také lineární chromozom identifikovaný pomocí gelové elektroforézy pulzního pole ve spojení s restrikčními tráveními . Existují také další druhy Streptomyces s identifikovanými lineárními chromozomy.

Agrobacterium tumefaciens

Pomocí pulse-field gel electrophoresis, A. tumefaciens genomu byla analyzována, kde jeden lineární chromozom a jeden kruhový chromozom byly identifikovány . Velikost lineárního chromozomu je 2100 Kb, což je menší než kruhový chromozom 3000 Kb . Druhy Agrobacterium mají blízký 16S rRNA sekvenční vztah s druhy Brucella, o nichž je známo, že mají dva kruhové chromozomy .

další nálezy více chromozomů

b. melitensis je gramnegativní bakterie coccobacillus, která má dva kruhové chromozomy . Dvě velikosti chromozomů jsou 2117 Kb a 1178 Kb . Další Brucella druhů s dva kruhové chromosomy zahrnují B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus a B. ovis .

bakterie paracoccus denitrificans

P. denitrificans je speciální bakterie, se třemi kruhovými chromozomy označeny pulse-field gel electrophoresis . Přibližné velikosti chromozomů jsou 2, 1,1 a 0,64 Mb .

Vibrio druhy

existuje mnoho dalších bakterií s více chromozomy, ale Vibrio druhy mají členy, které mají dva kruhové chromozomy . Patří mezi ně v. cholerae, v. parahaemolyticus, v. vulnificus a v. fluvialis .

Summary of Currently Known Bacterial Chromosome Organizations

(1) Allardet-Servent, A., Michaux-Charachon, S., Jumas-Bilak, E., Karayan, L. and Ramuz, M. „Presence of One Linear and One Circular Chromosome in the Agrobacterium tumefaciens C58 Genome.” Journal of Bacteriology, 1993, 175(24): 7869-7874

(2) Baril, C., Richaud, C., Baranton, G. and Saint-Girons, I. „Lineární chromozom Borrelia burgdorferi.“Res. Microbiol., 1989, 140: 507-516

(3) Bendich, a. J. “ forma chromozomálních molekul DNA v bakteriálních buňkách.“Biochimie, 2001, 83: 177-186

(4) Cairns, J. „Bakteriální Chromozom a jeho Způsobu Replikace, Jak je Vidět Pomocí Autoradiografie.“J. Mol. Biol., 1963, 6: 208-213

(5) Del Vecchio, V. G., Kapatral, V., Elzer, P., Patra, G. a Mujer, C. V. „Genom Brucella melitensis.“Veterinární mikrobiologie, 2002, 90: 587-592

(6) Egan, E. S., Fogel, Ma a Waldor, M. K.“ rozdělené genomy: Vyjednávání buněčného cyklu u prokaryot s více chromozomy.“Molekulární mikrobiologie, 2005, 56(5): 1129-1138

(7) Griswold, a. „balení genomu u prokaryot: Kruhový chromozom E. coli.“Nature Education, 2008, 1 (1)

(8) Hinnebusch, J. and Tilly, k.“ lineární plazmidy a chromozomy v bakteriích.“Molekulární Mikrobiologie, 1993, 10(5): 917-922

(9) Jumas-Biľak, E., Michaux-Charachon, S., Bourg, G., O‘ Callaghan, D. a Ramuz, M. „Rozdíly v Chromozomu Číslo a Přestavby Genomu v Rodu Brucella.” Molo. Mikrobiol., 1998, 27(1): 99-106

(10) a. Lezhava, Mizukami, T., Kajitani, T., Kameoka, D., Redenbach, M., Shinkawa, H., Nimi, O. a Kinashi, H. „Fyzické Mapy Lineárního Chromozomu Stremptomyces griseus.“Journal of Bacteriology, 1995, 177(22): 6492-6498

(11) Suwanto, a. Kaplan, a. S. „Chromozom Přenos v Rhodobacter sphaeroides: Hfr Vznik a Genetické Důkazy pro Dva Unikátní Kruhové Chromozomy.“Journal of Bacteriology, 1992, 174(4): 1135-1145

(12) Suwanto, a. Kaplan, a. S. „Fyzické a Genetické Mapování Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 Genomu: Přítomnost dvou jedinečných kruhových chromozomů.“Journal of Bakteriologie, 1989, 171(11): 5850-5859

(13) Ussery, D.“ Bakteriofágová genetika.“2000, http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke /genetics980311.html

(14) Volff, J. N. a Altenbuchner, J. „Nový Začátek s Novými Končí: Linearizace Kruhové Chromozomy během Bakteriální Evoluce.“FEMS Microbiology Letters, 2000, 186: 143-150

(15) Winterstein, C. a Ludwig, B. „Geny Kódující Respirační Komplexy Mapy na Všechny Tři Chromozomy z bakterie paracoccus denitrificans Genomu.” Oblouk. Mikrobiol., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Parku, K. S., Yamamoto, K., a Honda, T. „Fyzikální a Genetická Mapa Genomu Vibrio parahaemolyticus: Přítomnost Dvou Chromozomů v Vibrio Druhy.“Mol Microbiol., 1999, 31(5): 1513-1521