cirkulär kromosomkarta över E. coli

1963 bestämde studier utförda av flera forskare att Escherichia coli-genomet organiserades i en enda cirkulär kromosom . Beviset för strukturen av kromosomalt DNA visades av bilder som uppnåddes genom autoradiografi, elektronmikroskopi och rörliga bilder av DNA med användning av fluorescensmikroskopi. Cairns var den första forskaren som fick en bild av hela kromosomen för E. coli . Tekniken som användes var autoradiografi där kromosomen för E. coli märktes med användning av tritium märkt tymidin, en radioaktiv isotop av väte . Storleken på kromosomerna var emellertid varierande och det fanns en låg frekvens av cirkulära former detekterade. Ytterligare experiment baserat på HFR-konjugering som övertygande visar att E. coli har en cirkulär kromosom .

de publicerade uppgifterna om den cirkulära kromosomen i E. coli antogs snabbt av många forskare. Därför blev E. coli allmänt använd som den primära modellen för att undersöka kromosomal replikation .

flera kromosomer

karta över två cirkulära kromosomer av R. sphaeroides

det första beviset på flera kromosomer i bakterier hittades i Rhodobacter sphaeroides, en stavformad, gramnegativ bakterie (Figur 2) . Forskarna kunde tillhandahålla en fullständig fysisk karta över R. sphaeroides genomet genom att erhålla kromosomala DNA-fragment genom begränsning smälta med AseI, SpeI, DraI och SnaBI från det genomiska DNA, vilket hjälpte till att bevisa förekomsten av flera kromosomer . Pulsfältet får elektrofores (PFGE) används för att separera DNA-molekylerna genom att applicera ett elektriskt fält. Till skillnad från standardgelelektrofores växlas spänningen ständigt i tre olika riktningar . Antagandet här är att cirkulärt DNA är orörligt medan det mesta av DNA mobiliseras av brott . Fördelen med PFGE är att den kan separera DNA från några kilobaser (kb) till över 10 megabas (Mb) par. DNA-fragmenten erhållna från användning av endonukleaser såsom SnaBI producerar ett distinkt mönster av band som är användbara för fysisk kartläggning av kromosomerna. Det första beviset som ledde till tanken på två cirkulära kromosomer var från genomisk DNA-matsmältning med SnaBI och AseI, där fragmenten separerades med användning av PFGE och hybridisering med hemA som en sond . Resultaten visade att SnaBI-fragmentet på 784 kb var beläget helt inom asei-fragmenten D, E och H på 914 kb . Det finns emellertid en 130 kb DNA som inte redovisats, vilket gör det aritmetiskt omöjligt eftersom det måste finnas en total SnaBI-fragmentlängd på 1 225 kb . Därför kan asei-fragmenten D, E och H inte förenas med de andra angränsande asei-fragmenten . Genom processen att begränsa hur fragmenten ansluter kartlades kromosomerna fysiskt. På molekylär basis användes detta experiment för att bestämma att R. sphaeroides har två cirkulära kromosomer, där en är 3,1 Mb och den andra är 0,9 Mb . När det gäller en genetisk grund förstärkte de avbrutna parningsexperimenten med användning av Hfr-stammar bevisen för närvaron av flera kromosomer i R. sphaeroides .

linjära kromosomer

1970 upptäcktes det första beviset på linjära kromosomer, men den begränsade tillgängligheten av vetenskapliga tekniker och en stark tro på bakteriell kromosomal cirkularitet var så övertygande att många människor inte tog in den här tanken förrän mycket senare. Vid 1989 utvecklades pulsfältgelelektroforestekniken och användes i samband med begränsningssmältningar för att verifiera att spirochete Borrelia burgdorferi har en linjär kromosom med användning av en liknande process för att minska ner genom att ansluta de separerade fragmenten som R. sphaeroiderna . B. burgdorferi var den första bakterien som visade att linjära kromosomer finns i prokaryoter, och kromosomens storlek visade sig vara cirka 1,0 Mb . Denna kromosomorganisation är jämförbar med den eukaryota kromosomorganisationen.

problem med linjära kromosomer

två problem uppstår med närvaron och användningen av linjära kromosomer jämfört med cirkulära kromosomer i prokaryoter. För det första måste de fria dubbelsträngade DNA-ändarna ha något slags skydd så att intracellulära nukleaser inte försämrar dem . För det andra kommer telomererna, som är ändarna på de linjära DNA-molekylerna, att kräva en annan process för DNA-replikation . För skydd finns det två typer av telomerer som har observerats. Den första kallas palindromiska hårnålslingor, där det inte finns några fria dubbelsträngade ändar tillgängliga,. Den andra typen är invertron telomerer där kromosomerna innehåller ett protein som binder till 5′-ändarna , . Detta finns i Streptomyces linjära kromosomer. När det gäller DNA-replikation av ändarna av de linjära DNA-molekylerna är inte mycket känt om mekanismen.

andra fynd av linjära kromosomer

S. griseus är en Gram-positiv bakterie som är känd för att producera antibiotikumet streptomycin . Denna bakterie har också en linjär kromosom identifierad genom pulsfältgelelektrofores i samband med begränsningssmältningar . Det finns också andra Streptomyces-arter med linjära kromosomer identifierade.

Agrobacterium tumefaciens

med hjälp av pulsfältgelelektrofores analyserades A. tumefaciens-genomet, där en linjär kromosom och en cirkulär kromosom identifierades . Storleken på den linjära kromosomen är 2100 Kb, vilket är mindre än den 3000 Kb cirkulära kromosomen . Agrobacterium-arten har ett nära 16s rRNA-sekvensförhållande med Brucella-arter, som har medlemmar kända för att ha två cirkulära kromosomer .

andra fynd av flera kromosomer

B. melitensis är en gramnegativ coccobacillus-bakterie, som har två cirkulära kromosomer . De två kromosomstorlekarna är 2117 Kb och 1178 Kb . Andra Brucella arter med två cirkulära kromosomer inkluderar B. suis biovar 1, B. suis biovar 2, B. suis biovar 4, B. abortus och B. ovis .

Paracoccus denitrificans

P. denitrificans är en speciell bakterie med tre cirkulära kromosomer identifierade genom pulsfältgelelektrofores . De ungefärliga storlekarna på kromosomerna är 2, 1,1 och 0,64 Mb .

Vibrio arter

det finns många andra bakterier med flera kromosomer, men Vibrio arter har medlemmar som har två cirkulära kromosomer . Dessa inkluderar V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus och 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. ”Linjär kromosom av Borrelia burgdorferi.”Res. Mikrobiol., 1989, 140: 507-516

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

(4) Cairns, J. ”bakteriekromosomen och dess sätt att replikera som ses av Autoradiografi.”J. Mol. Biol., 1963, 6: 208-213

(5) Del Vecchio, V. G., Kapatral, V., Elzer, P., Patra, G. och Mujer, C. V. ”genomet av Brucella melitensis.”Veterinär mikrobiologi, 2002, 90: 587-592

(6) Egan, E. S., Fogel, Ma och Waldor, M. K.” delade genom: Förhandla cellcykeln i prokaryoter med flera kromosomer.”Molekylär mikrobiologi, 2005, 56(5): 1129-1138

(7) Griswold, A. ”Genomförpackning i prokaryoter: den cirkulära kromosomen av E. coli.”Naturutbildning, 2008, 1(1)

(8) Hinnebusch, J. och Tilly, K. ”linjära plasmider och kromosomer i bakterier.”Molekylär mikrobiologi, 1993, 10(5): 917-922

(9) Jumas-Bilak, E., Michaux-Charachon, S., Bourg, G., O’ Callaghan, D. och Ramuz, M. ”skillnader i kromosomantal och Genomarrangemang i släktet Brucella.”Mol. Mikrobiol., 1998, 27(1): 99-106

(10) Lezhava A., Mizukami, T., Kajitani, T., Kameoka, D., Redenbach, M., Shinkawa, H., Nimi, O. och Kinashi, H. ”fysisk karta över Stremptomyces griseus linjära kromosom.”Journal of Bacteriology, 1995, 177(22): 6492-6498

(11) Suwanto, A. och Kaplan, S. ”Kromosomöverföring i Rhodobacter sphaeroides: HFR-bildning och genetiska bevis för två unika cirkulära kromosomer.”Journal of Bacteriology, 1992, 174(4): 1135-1145

(12) Suwanto, A. och Kaplan, S.” fysisk och genetisk kartläggning av Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 genom: Närvaro av två unika cirkulära kromosomer.”Journal of Bacteriology, 1989, 171(11): 5850-5859

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

(14) Volff, Jn och Altenbuchner, J. ”En ny början med nya ändar: Linearisering av cirkulära kromosomer under bakteriell utveckling.”FEMS Microbiology Letters, 2000, 186: 143-150

(15) Winterstein, C. och Ludwig, B. ”gener som kodar för Andningskomplex karta över alla tre kromosomerna i Paracoccus denitrificans genomet.” Båge. Mikrobiol., 1998, 169(4): 275-281

(16) Yamaichi, Y., Iida, T., Park, K. S., Yamamoto, K. och Honda, T. ”fysisk och genetisk karta över genomet av Vibrio parahaemolyticus: närvaro av två kromosomer i Vibrio-arter.”Mol Microbiol., 1999, 31(5): 1513-1521