chromosom nadkrylony E. coli

okrągła Mapa chromosomów E. coli

w 1963 roku badania przeprowadzone przez kilku naukowców ustaliły, że genom Escherichia coli został zorganizowany w pojedynczy, okrągły chromosom . Dowody na budowę chromosomalnego DNA pokazano na podstawie obrazów uzyskanych za pomocą autoradiografii, mikroskopii elektronowej i ruchomych obrazów DNA za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Cairns był pierwszym badaczem, który uzyskał obraz całego chromosomu E. coli . Zastosowaną techniką była autoradiografia, w której chromosom dla E. coli oznaczano za pomocą trytu znakowanego tymidyną, radioaktywnym izotopem wodoru . Jednak rozmiary chromosomów były zmienne i stwierdzono niską częstotliwość występowania form kolistych. Dalsze eksperymenty oparte na koniugacji Hfr przekonująco pokazują, że E. coli ma okrągły chromosom .

opublikowane dane dotyczące kolistego chromosomu E. coli zostały szybko przyjęte przez wielu badaczy. Dlatego E. coli stał się szeroko stosowany jako podstawowy model do badania replikacji chromosomów .

wiele chromosomów

Mapa dwóch okrągłych chromosomów R. sphaeroides

pierwszy dowód na istnienie wielu chromosomów u bakterii został znaleziony w Rhodobacter sphaeroides, gram-ujemnej bakterii w kształcie pręta (ryc. 2) . Naukowcy byli w stanie dostarczyć pełną fizyczną mapę genomu R. sphaeroides poprzez uzyskanie chromosomowych fragmentów DNA poprzez trawienie restrykcyjne z AseI, SpeI, DraI i SnaBI z genomowego DNA, co pomogło w udowodnieniu istnienia wielu chromosomów . Elektroforeza pola pulsacyjnego (PFGE) służy do oddzielania cząsteczek DNA poprzez zastosowanie pola elektrycznego. W przeciwieństwie do Standardowej elektroforezy żelowej, napięcie jest stale przełączane w trzech różnych kierunkach . Zakłada się, że koliste DNA jest nieruchome, podczas gdy większość DNA jest mobilizowana przez pękanie . Zaletą PFGE jest to, że może oddzielić DNA od kilku kilobaz (kb) do ponad 10 megabaz (Mb) par. Fragmenty DNA uzyskane przy użyciu endonukleaz, takich jak SnaBI, tworzą odrębny wzór pasm przydatnych do fizycznego mapowania chromosomów. Pierwszy dowód prowadzący pomysł dwa kolisty chromosom być od genomowy DNA trawienie używać SnaBI i AseI, gdzie fragmenty oddzielać używać PFGE i hybrydyzacja z hemA jako sonda . Wyniki wykazały, że fragment SnaBI o rozmiarze 784 kb znajduje się w całości w fragmentach AseI D, E I H O rozmiarze 914 kb . Jednak istnieje 130 kb DNA nierozliczone, co czyni go arytmetycznie niemożliwe, ponieważ musi być całkowita długość fragmentu SnaBI 1,225 kb . W związku z tym fragmenty AseI D, E I H nie mogą być połączone z innymi sąsiadującymi fragmentami AseI . W procesie zawężania połączenia fragmentów chromosomy zostały fizycznie zmapowane. Na podstawie molekularnej eksperyment ten został użyty do ustalenia, że R. sphaeroides mają dwa okrągłe chromosomy, z których jeden ma 3,1 Mb, a drugi 0,9 Mb . Jeśli chodzi o podłoże genetyczne, przerwane eksperymenty godowe z użyciem szczepów Hfr wzmocniły dowody na obecność wielu chromosomów u R. sphaeroides .

chromosomy liniowe

w 1970 roku odkryto pierwsze dowody na istnienie chromosomów liniowych, ale ograniczona dostępność technik naukowych i silne przekonanie o kolistości chromosomów bakteryjnych było tak przekonujące, że wiele osób nie przyjęło tego pomysłu aż do znacznie później. Do 1989 r. opracowano technikę elektroforezy w żelu impulsowym i stosowano ją w połączeniu z testami restrykcyjnymi w celu sprawdzenia, czy krętek Borrelia burgdorferi ma liniowy chromosom, stosując podobny proces zwężania poprzez łączenie oddzielonych fragmentów, takich jak R. sphaeroides . B. burgdorferi był pierwszą bakterią, która wykazała obecność chromosomów liniowych u prokariotów, a wielkość chromosomu wynosiła około 1,0 Mb . Ta organizacja chromosomów jest porównywalna do organizacji chromosomów eukariotycznych.

problemy z chromosomami liniowymi

dwa problemy pojawiają się z obecnością I wykorzystaniem chromosomów liniowych w porównaniu do chromosomów okrągłych u prokariotów. Po pierwsze, wolne dwuniciowe końce DNA muszą mieć pewien rodzaj ochrony, aby wewnątrzkomórkowe nukleazy ich nie degradowały . Po drugie, telomery, które są końcami liniowych cząsteczek DNA, będą wymagały innego procesu replikacji DNA . Dla ochrony, istnieją dwa rodzaje telomerów, które zostały zaobserwowane. Pierwsza z nich nazywa się palindromicznymi pętlami spinki do włosów ,w których nie ma dostępnych wolnych dwuniciowych końców. Drugi typ to telomery inwertronowe, w których chromosomy zawierają białko, które wiąże się z 5′-końcami . Można to znaleźć w chromosomach liniowych Streptomyces. Jeśli chodzi o replikację DNA końców liniowych cząsteczek DNA, niewiele wiadomo o mechanizmie.

Inne wyniki liniowych chromosomów

S. griseus jest Gram-dodatnią bakterią, o której wiadomo, że wytwarza antybiotyk, streptomycynę . Bakteria ta ma również liniowy chromosom zidentyfikowany za pomocą elektroforezy w żelu impulsowo-polowym w połączeniu z trawieniem restrykcyjnym . Istnieją również inne gatunki Streptomyces z liniowymi chromosomami zidentyfikowanymi.

Agrobacterium tumefaciens

za pomocą elektroforezy w żelu impulsowym analizowano Genom A. tumefaciens, w którym zidentyfikowano jeden chromosom liniowy i jeden chromosom kołowy . Rozmiar chromosomu liniowego wynosi 2100 Kb, czyli jest mniejszy od 3000 Kb chromosomu kołowego . Gatunki Agrobacterium mają ścisły związek z sekwencją 16S rRNA z gatunkami Brucella, których członkowie mają znane dwa okrągłe chromosomy .

inne odkrycia wielu chromosomów

B. melitensis jest Gram-ujemną bakterią coccobacillus, która ma dwa okrągłe chromosomy . Dwa rozmiary chromosomów to 2117 Kb i 1178 Kb . Inne gatunki Brucelli z dwoma okrągłymi chromosomami to B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus I B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. denitrificans to specjalna bakteria z trzema kolistymi chromosomami identyfikowanymi za pomocą elektroforezy w żelu impulsowo-polowym . Przybliżone rozmiary chromosomów to 2, 1,1 i 0,64 Mb .

gatunki Vibrio

istnieje wiele innych bakterii z wieloma chromosomami, ale gatunki Vibrio mają członków, którzy mają dwa okrągłe chromosomy . Należą do nich V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus i 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. „Linear Chromosome of Borrelia burgdorferi.”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 Manner of Replication 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.”Mikrobiologia weterynaryjna, 2002, 90: 587-592

(6) Egan, E. S., Fogel, M. A. and Waldor, M. K.”: Negocjowanie cyklu komórkowego u prokariotów z wieloma chromosomami.”Mikrobiologia molekularna, 2005, 56(5): 1129-1138

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

(8) Hinnebusch, J. and Tilly, K.” plazmidy liniowe i chromosomy w bakteriach.”Mikrobiologia molekularna, 1993, 10(5): 917-922

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

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

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

(12) Suwanto, A. and Kaplan, S.” physical and Genetic Mapping of the Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 Genome: Obecność dwóch unikalnych kolistych chromosomów.”Journal of Bacteriology, 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: linearization of Circular Chromosomes 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.”Arch. Mikrobiol., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Park, K. S., Yamamoto, K. and 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