Durante muchos años, se creía que todas las bacterias tenían un solo cromosoma circular en comparación con los eucariotas, que tienen cromosomas lineales. Tal vez, esto se debió a la limitada muestra de cepas bacterianas estudiadas en ese momento y a las técnicas de secuenciación disponibles para examinar los cromosomas bacterianos. Sin embargo, esta creencia fue refutada cuando se descubrieron bacterias con cromosomas múltiples y/o lineales en 1989.

un Único y Cromosoma Circular

E. coli superenrollado cromosoma

Circular mapa del cromosoma de E. coli

En 1963, los estudios realizados por varios investigadores determinaron que el genoma de Escherichia coli fue organizado en un único cromosoma circular . La evidencia de la estructura del ADN cromosómico se demostró mediante imágenes obtenidas mediante autorradiografía, microscopía electrónica y imágenes en movimiento del ADN mediante microscopía de fluorescencia. Cairns fue el primer investigador en obtener una imagen de todo el cromosoma de E. coli . La técnica utilizada fue la autorradiografía, en la que el cromosoma de E. coli se etiquetó con timidina etiquetada con tritio, un isótopo radiactivo de hidrógeno . Sin embargo, los tamaños de los cromosomas fueron variables y se detectó una baja frecuencia de formas circulares. Experimentación adicional basada en la conjugación de Hfr demostrando convincentemente que E. coli tiene un cromosoma circular .

Los datos publicados del cromosoma circular en E. coli fueron adoptados rápidamente por muchos investigadores. Por lo tanto, E. coli se usó ampliamente como modelo primario para investigar la replicación cromosómica .

Múltiples Cromosomas

Mapa de los dos cromosomas circulares de R. sphaeroides

La primera evidencia de cromosomas múltiples en bacterias se encontró en Rhodobacter sphaeroides, una bacteria gramnegativa en forma de bastón (Figura 2) . Los investigadores pudieron proporcionar un mapa físico completo del genoma de R. sphaeroides mediante la obtención de fragmentos de ADN cromosómico a través de un digest de restricción con AseI, SpeI, DraI y SnaBI a partir del ADN genómico, lo que ayudó a probar la existencia de múltiples cromosomas . La electroforesis de campo de pulso get (PFGE) se utiliza para separar las moléculas de ADN mediante la aplicación de un campo eléctrico. A diferencia de la electroforesis de gel estándar, el voltaje se cambia constantemente en tres direcciones diferentes . La suposición aquí es que el ADN circular es inmóvil, mientras que la mayor parte del ADN se moviliza por rotura . La ventaja del PFGE es que puede separar DNAs de unos pocos kilobases (kb) a más de 10 pares de megabases (Mb). Los fragmentos de ADN obtenidos mediante el uso de endonucleasas como el SnaBI producen un patrón distinto de bandas útiles para el mapeo físico de los cromosomas. La primera evidencia que llevó a la idea de dos cromosomas circulares fue de la digestión genómica del ADN usando SnaBI y AseI, donde los fragmentos se separaron usando PFGE e hibridación con hemA como sonda . Los resultados mostraron que el fragmento SnaBI de 784 kb estaba ubicado en su totalidad dentro de los fragmentos AseI D, E y H de 914 kb . Sin embargo, hay 130 kb de ADN sin contabilizar, lo que lo hace aritméticamente imposible, ya que debe haber una longitud total de fragmento de SnaBI de 1.225 kb . Por lo tanto, los fragmentos de AseI D, E y H no se pueden unir con los otros fragmentos de AseI contiguos . A través del proceso de estrechar la forma en que los fragmentos se conectan, los cromosomas se mapearon físicamente. En base molecular, este experimento se utilizó para determinar que R. sphaeroides tiene dos cromosomas circulares, donde uno es de 3,1 Mb y el otro es de 0,9 Mb . En términos de base genética, los experimentos de apareamiento interrumpido utilizando cepas Hfr fortalecieron la evidencia de la presencia de múltiples cromosomas en R. sphaeroides .

Cromosomas lineales

En 1970, se descubrió la primera evidencia de cromosomas lineales, pero la disponibilidad limitada de técnicas científicas y una fuerte creencia de la circularidad cromosómica bacteriana fue tan convincente que muchas personas no tomaron esta idea hasta mucho más tarde. En 1989, se desarrolló la técnica de electroforesis en gel de campo de pulso, y se usó junto con digests de restricción para verificar que la espiroqueta Borrelia burgdorferi tiene un cromosoma lineal utilizando un proceso similar de estrechamiento conectando los fragmentos separados como el R. sphaeroides . B. burgdorferi fue la primera bacteria en mostrar que los cromosomas lineales están presentes en los procariotas, y el tamaño del cromosoma se encontró en alrededor de 1,0 Mb . Esta organización cromosómica es comparable a la organización cromosómica eucariótica.

Problemas con cromosomas lineales

Dos problemas surgen con la presencia y el uso de cromosomas lineales en comparación con los cromosomas circulares en procariotas. En primer lugar, los extremos libres de ADN de doble cadena deben tener algún tipo de protección para que las nucleasas intracelulares no los degraden . En segundo lugar, los telómeros, que son los extremos de las moléculas de ADN lineales, requerirán un proceso diferente para la replicación del ADN . Para la protección, se han observado dos tipos de telómeros. El primero se llama los bucles de horquilla palindrómicos, en los que no hay extremos de doble cadena disponibles,. El otro tipo son los telómeros invertron, donde los cromosomas contienen una proteína que se une a los extremos 5′, . Esto se puede encontrar en los cromosomas lineales de Streptomyces. En términos de replicación de ADN de los extremos de las moléculas lineales de ADN, no se sabe mucho sobre el mecanismo.

Otros hallazgos de Cromosomas lineales

S. griseus es una bacteria grampositiva conocida por producir el antibiótico estreptomicina . Esta bacteria también tiene un cromosoma lineal identificado a través de electroforesis en gel de campo de pulso junto con digests de restricción . También hay otras especies de Streptomyces con cromosomas lineales identificados.

Agrobacterium tumefaciens

Mediante electroforesis en gel de campo de pulso, se analizó el genoma de A. tumefaciens, identificándose un cromosoma lineal y un cromosoma circular . El tamaño del cromosoma lineal es de 2100 Kb, que es más pequeño que el cromosoma circular de 3000 Kb . Las especies de Agrobacterium tienen una estrecha relación de secuencia de ARNr 16s con las especies de Brucella, que tienen miembros conocidos por tener dos cromosomas circulares .

Otros Hallazgos de Varios Cromosomas

B. melitensis es un cocobacilo Gram-negativo de la bacteria, que tiene dos cromosomas circulares . Los dos tamaños de cromosomas son de 2117 Kb y 1178 Kb . Otras especies de Brucella con dos cromosomas circulares incluyen B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus y B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. denitrificans es una bacteria especial con tres cromosomas circulares identificados por electroforesis en gel de campo de pulso . Los tamaños aproximados de los cromosomas son de 2, 1,1 y 0,64 Mb .

Especie Vibrio

Hay muchas otras bacterias con múltiples cromosomas, pero la especie Vibrio tiene miembros que tienen dos cromosomas circulares . Estos incluyen a V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus y V. fluvialis .

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