i 1963 fastslog undersøgelser foretaget af flere forskere, at Escherichia coli-genomet var organiseret i et enkelt cirkulært kromosom . Beviset for strukturen af kromosomalt DNA blev vist ved billeder opnået gennem autoradiografi, elektronmikroskopi og bevægelige billeder af DNA ved hjælp af fluorescensmikroskopi. Cairns var den første forsker, der fik et billede af hele kromosomet for E. coli . Den anvendte teknik var autoradiografi, hvor kromosomet for E. coli blev mærket ved hjælp af tritiummærket thymidin, en radioaktiv isotop af hydrogen . Størrelsen af kromosomerne var imidlertid variabel, og der var en lav frekvens af cirkulære former detekteret. Yderligere eksperimenter baseret på HFR-konjugation viser overbevisende, at E. coli har et cirkulært kromosom .

de offentliggjorte data om det cirkulære kromosom i E. coli blev hurtigt vedtaget af mange forskere. Derfor blev E. coli meget anvendt som den primære model til at undersøge kromosomal replikation .

Multiple kromosomer

kort over to cirkulære kromosomer af R. sphaeroides

det første bevis på flere kromosomer i bakterier blev fundet i Rhodobacter sphaeroides, en stavformet, Gram-negativ bakterie (figur 2) . Forskerne var i stand til at tilvejebringe et komplet fysisk kort over R. sphaeroides-genomet ved at opnå kromosomale DNA-fragmenter gennem restriktion fordøjelse med AseI, SpeI, DraI og SnaBI fra det genomiske DNA, som hjalp med at bevise eksistensen af flere kromosomer . Pulse-field get elektroforese (PFGE) bruges til at adskille DNA-molekylerne ved at anvende et elektrisk felt. I modsætning til standard gelelektroforese skiftes spændingen konstant i tre forskellige retninger . Antagelsen her er, at cirkulært DNA er ubevægeligt, mens det meste af DNA ‘ et mobiliseres ved brud . Fordelen ved PFGE er, at den kan adskille DNA ‘ er fra et par kilobaser (kb) til over 10 megabase (Mb) par. DNA-fragmenterne opnået ved anvendelse af endonukleaser, såsom SnaBI, producerer et tydeligt mønster af bånd, der er nyttige til fysisk kortlægning af kromosomerne. Det første bevis, der førte til ideen om to cirkulære kromosomer, var fra genomisk DNA-fordøjelse ved hjælp af SnaBI og AseI, hvor fragmenterne blev adskilt ved hjælp af PFGE og hybridisering med hemA som en sonde . Resultaterne viste, at SnaBI-fragmentet på 784 kb var placeret helt inden for Asei-fragmenterne D, E og H på 914 kb . Der er dog en 130 kb DNA, der ikke er registreret, hvilket gør det aritmetisk umuligt, da der skal være en total SnaBI-fragmentlængde på 1.225 kb . Derfor kan Asei-fragmenterne D, E og H ikke forbindes med de andre sammenhængende Asei-fragmenter . Gennem processen med at indsnævre, hvordan fragmenterne forbinder, blev kromosomerne fysisk kortlagt. På molekylær basis blev dette eksperiment brugt til at bestemme, at R. sphaeroides har to cirkulære kromosomer, hvor den ene er 3,1 Mb og den anden er 0,9 Mb . Med hensyn til et genetisk grundlag styrkede de afbrudte parringseksperimenter ved anvendelse af Hfr-stammer beviset for tilstedeværelsen af flere kromosomer i R. sphaeroides .

lineære kromosomer

i 1970 blev det første bevis på lineære kromosomer opdaget, men den begrænsede tilgængelighed af videnskabelige teknikker og en stærk tro på bakteriel kromosomal cirkularitet var så overbevisende, at mange mennesker ikke tog denne ide til meget senere. I 1989 blev pulsfeltgelelektroforese-teknikken udviklet og brugt i forbindelse med restriktionsfordøjelser for at verificere, at spirochete Borrelia burgdorferi har et lineært kromosom ved hjælp af en lignende proces med indsnævring ved at forbinde de adskilte fragmenter som R. sphaeroides . B. burgdorferi var den første bakterie, der viste, at lineære kromosomer er til stede i prokaryoter, og størrelsen på kromosomet viste sig at være omkring 1,0 Mb . Denne kromosomorganisation kan sammenlignes med den eukaryote kromosomorganisation.

problemer med lineære kromosomer

to problemer opstår med tilstedeværelsen og brugen af lineære kromosomer sammenlignet med cirkulære kromosomer i prokaryoter. For det første skal de frie dobbeltstrengede DNA-ender have en form for beskyttelse, så intracellulære nukleaser ikke nedbryder dem . For det andet vil telomerer, som er enderne af de lineære DNA-molekyler, kræve en anden proces til DNA-replikation . Til beskyttelse er der to typer telomerer, der er blevet observeret. Den første kaldes de palindromiske hårnålsløjfer, hvor der ikke er nogen gratis dobbeltstrengede ender til rådighed , . Den anden type er invertron telomerer, hvor kromosomerne indeholder et protein, der binder til 5′-enderne,. Dette kan findes i Streptomyces lineære kromosomer. Med hensyn til DNA-replikation af enderne af de lineære DNA-molekyler er der ikke meget kendt om mekanismen.

andre fund af lineære kromosomer

S. griseus er en Gram-positiv bakterie, der vides at producere antibiotikumet, streptomycin . Denne bakterie har også et lineært kromosom identificeret gennem pulsfeltgelelektroforese i forbindelse med restriktionsfordøjelser . Der er også andre Streptomyces arter med lineære kromosomer identificeret.

Agrobacterium tumefaciens

Ved anvendelse af pulsfeltgelelektroforese blev A. tumefaciens genom analyseret, hvor et lineært kromosom og et cirkulært kromosom blev identificeret . Størrelsen af det lineære kromosom er 2100 Kb, hvilket er mindre end det 3000 Kb cirkulære kromosom . Agrobacterium-arterne har et tæt 16S rRNA-sekvensforhold med Brucella-arter, som har medlemmer, der vides at have to cirkulære kromosomer .

andre fund af flere kromosomer

B. melitensis er en Gram-negativ coccobacillus-bakterie, der har to cirkulære kromosomer . De to kromosomstørrelser er 2117 Kb og 1178 Kb . Andre Brucella-arter med to cirkulære kromosomer inkluderer B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus og B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. Denitrificans er en speciel bakterie med tre cirkulære kromosomer identificeret ved pulsfeltgelelektroforese . De omtrentlige størrelser af kromosomerne er 2, 1,1 og 0,64 Mb .

Vibrio arter

der er mange andre bakterier med flere kromosomer, men Vibrio arter har medlemmer, der har to cirkulære kromosomer . Disse omfatter V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus og 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. “Lineært kromosom af Borrelia burgdorferi.”Res. Microbiol., 1989, 140: 507-516

(3) Bendich, A. J. “formen af kromosomale DNA-molekyler i bakterieceller.”Biochimie, 2001, 83: 177-186

(4) Cairns, J. “det bakterielle kromosom og dets Replikationsmåde set ved autoradiografi.”J. Mol. Biol., 1963, 6: 208-213

(5) Del Vecchio, V. G., Kapatral, V., Elser, P., Patra, G. og Mujer, C. V. “genomet af Brucella melitensis.”Veterinær mikrobiologi, 2002, 90: 587-592

(6) Egan, E. S., Fogel, M. A. og Valdor, M. K.” opdelte genomer: Forhandling af cellecyklussen i prokaryoter med flere kromosomer.”Molekylær Mikrobiologi, 2005, 56(5): 1129-1138

(7) Grisvold, A. “Genomemballage i prokaryoter: det cirkulære kromosom af E. coli.”Nature Education, 2008, 1 (1)

(8) Hinnebusch, J. og Tilly, K. “lineære plasmider og kromosomer i bakterier.”Molekylær Mikrobiologi, 1993, 10(5): 917-922

(9) Jumas-Bilak, E., Michaus-Charachon, S., Bourg, G., O’ Callaghan, D. og Ramus, M. “forskelle i kromosomtal og Genomomlejringer i slægten Brucella.”Mol. Mikrobiol., 1998, 27(1): 99-106

(10) Lekava A., Misukami, T., Kajitani, T., Kameoka, D., Redenbach, M., Shinka, H., Nimi, O. Og Kinashi, H. “fysisk kort over det lineære kromosom af Stremptomyces griseus.”Journal of Bacteriology, 1995, 177(22): 6492-6498

(11) Suvanto, A. og Kaplan, S. “Kromosomoverførsel i Rhodobacter sphaeroides: HFR-dannelse og genetisk bevis for to unikke cirkulære kromosomer.”Journal of Bacteriology, 1992, 174(4): 1135-1145

(12 )Suvanto, A. og Kaplan, S.” fysisk og genetisk kortlægning af Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 genomet: Tilstedeværelse af to unikke cirkulære kromosomer.”Journal of Bacteriology, 1989, 171(11): 5850-5859

(13) Ussery, D. “Bakteriofaggenetik.”2000, http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke / genetik980311.html

(14) Volff, J. N. og altenbuchner, J. “En ny begyndelse med nye ender: linearisering af cirkulære kromosomer under bakteriel udvikling.”FEMS Microbiology Letters, 2000, 186: 143-150

(15) Vinterstein, C. og Ludvig, B. “gener, der koder for respiratoriske komplekser kort på alle tre kromosomer i Paracoccus Denitrificans genom.” Bue. Mikrobiol., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Park, K. S., Yamamoto, K. og Honda, T. “fysisk og genetisk kort over genomet af Vibrio parahaemolyticus: tilstedeværelse af to kromosomer i Vibrio arter.”Mol Microbiol., 1999, 31(5): 1513-1521