sok éven át minden baktériumról azt hitték, hogy egyetlen, kör alakú kromoszómával rendelkezik az eukariótákhoz képest, amelyek lineáris kromoszómákkal rendelkeznek. Talán ennek oka az akkoriban vizsgált baktériumtörzsek korlátozott mintája,valamint a bakteriális kromoszómák vizsgálatára rendelkezésre álló szekvenálási technikák. Ezt a hitet azonban megcáfolták, amikor 1989-ben több és/vagy lineáris kromoszómával rendelkező baktériumokat fedeztek fel.

Egyetlen Kör alakú Kromoszóma

E. coli supercoiled kromoszóma

Körkörös kromoszóma térképe E. coli

1963-Ban végzett vizsgálatok által több kutató megállapította, hogy az Escherichia coli genom szervezett egyetlen, kör alakú kromoszóma . A kromoszómális DNS szerkezetére vonatkozó bizonyítékot autoradiográfiával, elektronmikroszkópiával, valamint fluoreszcens mikroszkóppal készített DNS mozgóképekkel sikerült kimutatni. Cairns volt az első kutató, aki képet kapott az E. coli teljes kromoszómájáról . Az alkalmazott technika az autoradiográfia volt, ahol az E. coli kromoszómáját trícium címkével jelölték meg timidin, a hidrogén radioaktív izotópja . A kromoszómák mérete azonban változó volt, a kör alakú formák alacsony gyakoriságát észlelték. A Hfr konjugáción alapuló további kísérletek meggyőzően bizonyítják, hogy az E. coli körkörös kromoszómával rendelkezik .

az E. coli körkörös kromoszóma közzétett adatait sok kutató gyorsan elfogadta. Ezért az E. coli-t széles körben használják elsődleges modellként a kromoszóma replikáció vizsgálatára .

több kromoszóma

az R két kör alakú kromoszómájának térképe. sphaeroides

a baktériumok több kromoszómájának első bizonyítékát Rhodobacter sphaeroides-ban, egy rúd alakú, Gram-negatív baktériumban találták (2 .ábra). A kutatók tudták, hogy biztosítanak teljes fizikai térkép a R. sphaeroides genom által megszerzése kromoszóma DNS-töredékek keresztül korlátozás megemészteni a AseI, SpeI, DraI, valamint SnaBI a genomiális DNS-t, amely segített bizonyítani a létezését több kromoszómák . Az impulzusmező elektroforézist (PFGE) a DNS-molekulák elválasztására használják elektromos mező alkalmazásával. A szokásos gélelektroforézissel ellentétben a feszültséget folyamatosan három különböző irányba kapcsolják . A feltételezés itt az, hogy a kör alakú DNS mozdulatlan, míg a legtöbb DNS mozgósítja törés . A PFGE előnye, hogy néhány kilobázisból (kb) elválaszthatja a DNAs-t több mint 10 megabáz (Mb) párra. Az endonukleázok, például a SnaBI felhasználásával nyert DNS-fragmensek a kromoszómák fizikai leképezéséhez hasznos sávok különálló mintáját eredményezik. A két kör alakú kromoszóma elképzeléséhez vezető első bizonyíték a genomikus DNS-emésztés volt SnaBI és AseI segítségével, ahol a fragmentumokat PFGE-vel és hibridizációval elválasztották a hemával, mint szondával . Az eredmények azt mutatták, hogy a 784 kb-os SnaBI fragmentum teljes egészében az AseI D, E és H 914 kb-os töredékekben található . Van azonban egy 130 kb-os DNS, ami számtanilag lehetetlenné teszi, mivel a teljes SnaBI fragmentum hossza 1,225 kb . Ezért a D, E és H AseI-fragmenseket nem lehet összekapcsolni a többi szomszédos AseI-fragmentummal . A fragmentumok összekapcsolásának szűkítése révén a kromoszómákat fizikailag leképezték. Molekuláris alapon ezt a kísérletet arra használták, hogy megállapítsák, hogy az R. sphaeroides két kör alakú kromoszómával rendelkezik, ahol az egyik 3,1 Mb, a másik pedig 0,9 Mb . Genetikai alapon a HFR törzseket használó megszakított párzási kísérletek megerősítették a több kromoszóma jelenlétének bizonyítékát az R. sphaeroides-ben .

lineáris kromoszómák

1970-ben felfedezték a lineáris kromoszómák első bizonyítékát, de a tudományos technikák korlátozott rendelkezésre állása, valamint a bakteriális kromoszómális keringés erős meggyőződése annyira meggyőző volt, hogy sokan csak sokkal később vették ezt az ötletet. 1989-ben, a pulse-field gél elektroforézis technikát fejlesztettek ki, majd együtt használják korlátozás megemészti, hogy ellenőrizze, hogy spirocheta Borrelia burgdorferi egy lineáris kromoszóma segítségével egy hasonló folyamat szűkül le, ha a készüléket a külön töredékek, mint a R. sphaeroides . B. burgdorferi volt az első baktérium, amely kimutatta, hogy a prokariótákban lineáris kromoszómák vannak jelen, és a kromoszóma mérete körülbelül 1,0 Mb volt . Ez a kromoszóma szervezet összehasonlítható az eukarióta kromoszóma szervezettel.

A lineáris kromoszómákkal kapcsolatos problémák

két probléma merül fel a lineáris kromoszómák jelenlétével és használatával a prokarióták körkörös kromoszómáihoz képest. Először is, a szabad kettős szálú DNS-végeknek valamilyen védelemmel kell rendelkezniük, hogy az intracelluláris nukleázok ne rontsák le őket . Másodszor, a telomerek, amelyek a lineáris DNS-molekulák végei, eltérő folyamatot igényelnek a DNS-replikációhoz . A védelem érdekében kétféle telomert figyeltek meg. Az első az úgynevezett palindromic hajtű hurkok ,amelyekben nincsenek szabad kettős szálú végek,. A másik típus az invertron telomerek, ahol a kromoszómák olyan fehérjét tartalmaznak, amely az 5′-végekhez kötődik . Ez megtalálható a Streptomyces lineáris kromoszómákban. A lineáris DNS-molekulák végeinek DNS-replikációja szempontjából a mechanizmusról nem sokat tudunk.

A lineáris kromoszómák Egyéb eredményei

S. griseus egy Gram-pozitív baktérium, amelyről ismert, hogy az antibiotikumot, a sztreptomicint termeli . Ennek a baktériumnak van egy lineáris kromoszómája is, amelyet impulzusmező gél elektroforézissel azonosítanak a restrikciós emésztésekkel együtt . Vannak más Streptomyces fajok is, amelyek lineáris kromoszómákat azonosítanak.

Agrobacterium tumefaciens

impulzusmező gélelektroforézissel elemezték az A. tumefaciens genomját, ahol egy lineáris kromoszómát és egy kör alakú kromoszómát azonosítottak . A lineáris kromoszóma mérete 2100 Kb, ami kisebb, mint a 3000 Kb kör alakú kromoszóma . Az Agrobacterium Fajok szoros kapcsolatban állnak a Brucella fajokkal, amelyek tagjai ismert, hogy két kör alakú kromoszómával rendelkeznek .

több kromoszóma Egyéb eredményei

B. A melitensis egy Gram-negatív coccobacillus baktérium, amelynek két kör alakú kromoszómája van . A két kromoszómaméret 2117 Kb és 1178 Kb. Más, két kör alakú kromoszómával rendelkező Brucella Fajok: B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus és B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. a denitrificans egy speciális baktérium, amelynek három kör alakú kromoszómáját impulzusmező gélelektroforézissel azonosítják . A kromoszómák hozzávetőleges mérete 2, 1,1 és 0,64 Mb .

Vibrio faj

sok más baktérium van több kromoszómával, de a Vibrio fajnak két kör alakú kromoszómája van . Ezek közé tartozik a V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus és 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 burgdorferi lineáris kromoszómája.”Res. Microbiol., 1989, 140: 507-516

(3) Bendich, A. J. “a kromoszómális DNS-molekulák formája bakteriális sejtekben.”Biochimie, 2001, 83: 177-186

(4) Cairns, J. “The bakteriális kromoszóma and its way 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.” Divided Genomes: A prokarióták Sejtciklusának tárgyalása több kromoszómával.”Molekuláris mikrobiológia, 2005, 56(5): 1129-1138

(7) Griswold, A. “Genom csomagolás prokariótákban: az E. coli kör alakú kromoszómája.”Nature Education, 2008, 1(1)

(8) Hinnebusch, J. and Tilly, K. “lineáris plazmidok és kromoszómák a baktériumokban.”Molekuláris mikrobiológia, 1993, 10(5): 917-922

(9) Jumas-Bilak, E., Michaux-Charachon, S., Bourg, G., O’ Callaghan, D. és Ramuz, M. “a Brucella nemzetségben a kromoszómák száma és a genom Átrendeződései.”Mol. Mikrobiol., 1998, 27(1): 99-106

(10) Lezhava A., Mizukami, T., Kajitani, T., Kameoka, D., Redenbach, M., Shinkawa, H., Nimi, O. és Kinashi, H. “A Stremptomyces griseus lineáris kromoszómájának fizikai térképe.”Journal of Bacteriology, 1995, 177(22): 6492-6498

(11) Suwanto, A. és Kaplan, S. “kromoszóma-transzfer Rhodobacter sphaeroides-ban: Hfr-képződés és genetikai bizonyíték két egyedi kör alakú kromoszómára.”Journal of Bacteriology, 1992, 174(4): 1135-1145

(12) Suwanto, A. és Kaplan, S.” A Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 Genom fizikai és genetikai feltérképezése: Két egyedi kör alakú kromoszóma jelenléte.”Journal of Bacteriology, 1989, 171(11): 5850-5859

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

(14) Volff, J. N. és Altenbuchner, J. ” Egy új kezdet új végekkel :a körkörös kromoszómák Linearizálása a bakteriális evolúció során.”MEMS Microbiology Letters, 2000, 186: 143-150

(15) Winterstein, C. and Ludwig, B. “A Paracoccus denitrificans Genom mindhárom kromoszómáján légző komplexeket kódoló gének.”Arch. Mikrobiol., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Park, K. S., Yamamoto, K. and Honda, T. “a Vibrio parahaemolyticus genomjának fizikai és genetikai térképe: két kromoszóma jelenléte a Vibrio fajokban.”Mol Mikrobiol., 1999, 31(5): 1513-1521