E. colin superkiintynyt kromosomi

E. colin ympyränmuotoinen kromosomikartta

vuonna 1963 useiden tutkijoiden tekemät tutkimukset selvittivät, että Escherichia colin genomi oli järjestäytynyt yhteen, pyöreään kromosomiin . Näyttöä kromosomaalisen DNA: n rakenteesta saatiin autoradiografian, elektronimikroskopian ja fluoresenssimikroskopian avulla otettujen DNA: n liikkuvien kuvien avulla. Cairns oli ensimmäinen tutkija, joka sai kuvan koko kromosomista kolibakteerille . Menetelmänä käytettiin autoradiografiaa, jossa E. colin kromosomi merkittiin tritiumilla merkityllä tymidiinillä, joka on vedyn radioaktiivinen isotooppi . Kromosomien koot olivat kuitenkin vaihtelevia ja kehämäisiä muotoja havaittiin vähän. HFR-konjugaatioon perustuvat lisäkokeet osoittavat vakuuttavasti, että E. coli-bakteerilla on pyöreä kromosomi .

monet tutkijat omaksuivat nopeasti julkaistut tiedot E. colin pyöreästä kromosomista. Siksi E. coli tuli laajalti käytetty ensisijainen malli tutkia kromosomien replikaatio .

Monikromosomit

kartta kahdesta r: n ympyräkromosomista. sphaeroides

ensimmäinen todiste useiden kromosomien esiintymisestä bakteereissa löytyi rodobacter sphaeroidesista, sauvamaisesta Gramnegatiivisesta bakteerista (kuva 2) . Tutkijat pystyivät tarjoamaan täydellisen fyysisen kartan R. sphaeroides genomin saamalla kromosomien DNA fragmentteja kautta restriction digest asei, SpeI, DraI, ja SnaBI genomisesta DNA, joka auttoi todistamaan olemassaolon useita kromosomeja . Pulssikenttää get electroforesis (pfge) käytetään DNA-molekyylien erottamiseen sähkökentän avulla. Toisin kuin standardi geelielektroforeesi, jännite kytketään jatkuvasti kolmeen eri suuntaan . Oletus tässä on, että pyöreä DNA on liikkumaton, kun taas suurin osa DNA: sta mobilisoituu rikkoutumalla . Pfge: n etuna on se, että se pystyy erottamaan DNAs: t muutamasta kilobaasista (kb) yli 10 megabaasin (Mb) pareihin. Endonukleaasien, kuten Snabin, avulla saadut DNA-fragmentit tuottavat kromosomien fysikaalisessa kartoituksessa käyttökelpoisen kaistaleen. Ensimmäinen todiste, joka johti ajatukseen kahdesta kehäkromosomista, oli genomisesta DNA-digestiosta SnaBI-ja AseI-menetelmällä, jossa fragmentit erotettiin toisistaan pfge-menetelmällä ja hybridisoitumalla Heman kanssa koettimena . Tulokset osoittivat, että 784 kb: n SnaBI-katkelma sijaitsi kokonaisuudessaan 914 kb: n AseI-fragmenttien D, E ja H sisällä . DNA: ta on kuitenkin 130 kb kateissa, mikä tekee sen laskennallisesti mahdottomaksi, koska SnaBI-fragmentin kokonaispituuden on oltava 1 225 kb . Tämän vuoksi AseI-fragmentteja D, E ja H ei voida yhdistää muihin yhtenäisiin AseI-fragmentteihin . Sen kautta, miten fragmentit yhdistyvät, kromosomit kartoitettiin fyysisesti. Molekyylipohjaisesti tällä kokeella selvitettiin, että R. sphaeroidesilla on kaksi ympyränmuotoista kromosomia, joissa toinen on 3,1 Mb ja toinen 0,9 Mb . Geneettisen perustan osalta keskeytetyt parittelukokeet HFR-kannoilla vahvistivat näyttöä useiden kromosomien esiintymisestä R. sphaeroidesissa .

lineaariset kromosomit

vuonna 1970 löydettiin ensimmäiset todisteet lineaarisista kromosomeista, mutta tieteellisten tekniikoiden rajallinen saatavuus ja vahva usko bakteerien kromosomien kiertokulkuun oli niin vakuuttava, että monet omaksuivat tämän ajatuksen vasta paljon myöhemmin. Vuoteen 1989 mennessä kehitettiin pulssikenttägeelielektroforeesi-tekniikka, jota käytettiin yhdessä restriktioelektroforeesi-tekniikan kanssa varmistamaan, että spirokeete Borrelia burgdorferi on lineaarinen kromosomi käyttäen samanlaista kaventumisprosessia yhdistämällä erotetut fragmentit kuten R. sphaeroides . B. burgdorferi oli ensimmäinen bakteeri, joka osoitti, että prokaryooteissa on lineaarisia kromosomeja, ja kromosomin kooksi todettiin noin 1,0 Mb . Tämä kromosomiorganisaatio on verrattavissa eukaryoottiseen kromosomiorganisaatioon.

Lineaarikromosomien ongelmat

prokaryooteissa lineaarikromosomien esiintymisessä ja käytössä ilmenee kaksi probleemaa kehäkromosomeihin verrattuna. Ensinnäkin vapailla kaksijuosteisilla DNA: n päillä on oltava jonkinlainen suoja, jotta solunsisäiset nukleaasit eivät hajoa . Toiseksi telomeerit, jotka ovat lineaaristen DNA-molekyylien päitä, vaativat erilaisen prosessin DNA: n replikointiin . Suojaksi on havaittu kahdenlaisia telomeerejä. Ensimmäistä kutsutaan palindromisiksi hiusneulasilmukoiksi, joissa ei ole vapaita kaksisäikeisiä päitä saatavilla , . Toinen tyyppi on invertronin telomeerit, joissa kromosomit sisältävät proteiinia, joka sitoutuu 5 ’ – päissä , . Tämä löytyy Streptomyces lineaarisista kromosomeista. Lineaaristen DNA-molekyylien päiden DNA-replikaation kannalta mekanismista ei tiedetä paljoakaan.

muut lineaaristen kromosomien löydökset

S. griseus on grampositiivinen bakteeri, jonka tiedetään tuottavan antibioottia, streptomysiiniä . Tällä bakteerilla on myös lineaarinen kromosomi, joka on tunnistettu pulssikenttägeelielektroforeesin avulla yhdessä rajoitusliuoksien kanssa . On myös muita Streptomyces-lajeja, joiden kromosomit ovat lineaarisia.

Agrobacterium tumefaciens

analysoitiin pulssikenttägeelielektroforeesilla A. tumefaciensin genomi, jossa tunnistettiin yksi lineaarinen kromosomi ja yksi pyöreä kromosomi . Lineaarisen kromosomin koko on 2100 Kb, joka on pienempi kuin 3000 Kb: n ympyräkromosomi . Agrobacterium-lajeilla on läheinen 16S rRNA-sekvenssisuhde Brucella-lajeihin, joiden jäsenillä tiedetään olevan kaksi pyöreää kromosomia .

muut useiden kromosomien löydökset

B. melitensis on gramnegatiivinen coccobacillus-bakteeri, jolla on kaksi pyöreää kromosomia . Kromosomin kaksi kokoa ovat 2117 Kb ja 1178 Kb . Muita Brucella-lajeja, joilla on kaksi pyöreää kromosomia, ovat B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus ja B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. denitrificans on erityinen bakteeri, jolla on kolme pyöreää kromosomia, jotka tunnistetaan pulssikenttägeelielektroforeesilla . Kromosomien likimääräiset koot ovat 2, 1,1 ja 0,64 Mb .

Vibrio-lajeilla

on monia muitakin bakteereja, joilla on useita kromosomeja, mutta Vibrio-lajeilla on jäseniä, joilla on kaksi kehäkromosomia . Näitä ovat V. cholerae, v. parahaemolyticus, v. vulnificus ja 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. ”Borrelia burgdorferin lineaarinen kromosomi.”Res. Microbiol., 1989, 140: 507-516

(3) Bendich, A. J. ”the Form of Chromosomal DNA Molecules in Bacterial Cells.”Biochimie, 2001, 83: 177-186

(4) Cairns, J. ”The Bacterial Chromosome and its method of Replikation As Seen by Autoradiography.”J. Mol. Biol., 1963, 6: 208-213

(5) Del Vecchio, V. G., Kapatral, V., Elzer, P., Patra, G. and Mujer, C. V. ”the Genome of Brucella melitensis.”Veterinary microbiology, 2002, 90: 587-592

(6) Egan, E. S., Fogel, M. A. and Waldor, M. K.”: Solusyklin neuvotteleminen prokaryooteilla, joilla on useita kromosomeja.”Molekyylimikrobiologia, 2005, 56(5): 1129-1138

(7) Griswold, A. ”Genome Packaging in Prokaryotes: the Circular Chromosome of E. coli.”Nature Education, 2008, 1(1)

(8) Hinnebusch, J. and Tilly, K. ”Linear Plasmids and Chromosomes in bacteries.”Molekyylimikrobiologia, 1993, 10(5): 917-922

(9) Jumas-Bilak, E., Michaux-Charachon, S., Bourg, G., O’ Callaghan, D. ja Ramuz, M. ”Differences in Chromosome Number and Genome Rearrangements in the Genus Brucella.”Mol. Mikrobiolia., 1998, 27(1): 99-106

(10) Lezhava A., Mizukami, T., Kajitani, T., Kameoka, D., Redenbach, M., Shinkawa, H., Nimi, O. ja Kinashi, H. ”Physical Map of the Linear Chromosome of Stremptomyces griseus.”Journal of Bakteriology, 1995, 177(22): 6492-6498

(11) Suwanto, A. ja Kaplan, S. ”Chromosome Transfer in Rhodobacter sphaeroides: Hfr Formation and Genetic Evidence for Two Unique Circular Chromosomes.”Journal of Bakteriology, 1992, 174(4): 1135-1145

(12) Suwanto, A. ja Kaplan, S.” Physical and Genetic Mapping of the Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 Genome: Läsnäolo kaksi ainutlaatuista Pyöreä kromosomi.”Journal of Bakteriology, 1989, 171(11): 5850-5859

(13) Ussery, D. ”Bacteriophage Genetics.”2000, http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke / genetics980311.html

(14) Volff, J. N. and Altenbuchner, J. ”A New Beginning with New Ends: Linearisation of Circular Chromosoms during Bacterial Evolution.”FEMS Microbiology Letters, 2000, 186: 143-150

(15) Winterstein, C. and Ludwig, B. ”Genes Coding for Respiratory Complexes Map on All Three Chromosomes of the paracoccus denitrificans Genome.” Kaari. Mikrobiolia., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Park, K. S., Yamamoto, K. ja Honda, T. ”Physical and Genetic Map of the Genome of Vibrio parahaemolyticus: Presence of Two Chromosomes in Vibrio Species.”Mol Microbiol., 1999, 31(5): 1513-1521