Was ist ein Bakteriengenom?
Ein Bakteriengenom ist die Sammlung der gesamten genetischen Information eines Bakteriums. Im Wesentlichen bestimmt es, wie ein Bakterium sowohl äußerlich als auch innerlich aussieht und funktioniert. Diese genetische Information ist in Gene organisiert, die in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) des Organismus kodiert sind. Diese Gene sind weiter in Chromosomen organisiert. Tatsächlich ist das Wort "Genom" eine Kombination aus den Wörtern "Gen" und "Chromosom". Obwohl es viele verschiedene Variationen der Struktur von Genomen in verschiedenen Organismen gibt, sind alle Bakterien haploide, was bedeutet, dass sie nur ein Chromosom besitzen. Somit ist die gesamte genetische Information, die in einem Bakteriengenom enthalten ist, in einem einzelnen Chromosom enthalten.
Das Chromosom eines Bakteriums besteht aus Basenpaaren von Nukleotiden, den grundlegenden Strukturkomponenten der DNA. In der DNA existieren nur vier Nukleotide - Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese Nucleotide verbinden sich immer auf die gleiche Weise - Adeninbindungen mit Thymin und Guaninbindungen mit Cytosin. Alle vier zusammen bilden ein sogenanntes "Basenpaar".
Bakteriengenome können beliebig viele Basenpaare enthalten. Einige Bakteriengenome enthalten weniger als 200.000 Basenpaare, während andere mehr als 12 Millionen Basenpaare enthalten. Infolgedessen ist die Anzahl der in Bakterien gefundenen Gene sehr unterschiedlich, wobei je nach Art zwischen 575 und 5.500 Gene in Bakterien gemeldet werden. Zum Vergleich: Das menschliche Genom enthält über 3 Milliarden Basenpaare und ungefähr 23.000 Gene.
Interessanterweise sind die meisten Bakteriengenome in einer kreisförmigen chromosomalen Struktur organisiert. Menschen haben dagegen eine lineare chromosomale Struktur. Die zirkuläre Struktur eines Bakteriengenoms ermöglicht es jedoch, die DNA-Replikation an derselben Stelle zu starten und zu stoppen - ein Merkmal, das in den linearen Genomen anderer Organismen nicht zu finden ist.
Als Organismen, die sich ungeschlechtlich vermehren, sind Bakterien im Wesentlichen Klone mit identischer DNA zum Genom ihrer Eltern. Veränderungen im Genom eines Bakteriums, auch Evolution genannt, können entweder durch genetische Rekombination oder durch Mutationen hervorgerufen werden. Mutationen können entweder durch Fehler bei der DNA-Replikation oder durch Einwirkung von Mutagenen auftreten, die die Wechselwirkung der Nukleotide untereinander beeinflussen. Bakterien können auch genetische Informationen durch separate Prozesse, die entweder als Transformation, Transduktion oder Konjugation bezeichnet werden, miteinander austauschen und neu kombinieren, je nachdem, wie der genetische Austausch stattfindet. Veränderungen im Genom eines Bakteriums können zur Bildung einer neuen Art führen.
DNA-Sequenzierung ist die Bestimmung der Reihenfolge der Nukleotide in der DNA eines Organismus. Diese Informationen waren eine Schlüsselkomponente in der biologischen Forschung. Das erste bakterielle Genom, das vollständig sequenziert wurde, war das von Haemophilus influenzae, das eine Vielzahl opportunistischer Erkrankungen wie Lungenentzündung, Meningitis und Infektionen der Atemwege verursachen kann. Es wurde 1995 vom Institut für Genomforschung erfolgreich sequenziert. Seit diesem Durchbruch wurden Hunderte von Bakteriengenomen sequenziert, und Wissenschaftler erforschen und sequenzieren weiterhin die Genome anderer Bakterien.