Co to jest genom bakteryjny?
Genom bakteryjny to zbiór całej informacji genetycznej bakterii. Zasadniczo określa, jak bakteria wygląda i działa, zarówno zewnętrznie, jak i wewnętrznie. Ta informacja genetyczna jest zorganizowana w geny zakodowane w kwasie dezoksyrybonukleinowym organizmu (DNA). Geny te są dalej zorganizowane w chromosomy. W rzeczywistości słowo „genom” jest w rzeczywistości kombinacją słów „gen” i „chromosom”. Chociaż istnieje wiele różnych odmian struktury genomów w różnych organizmach, wszystkie bakterie są haploidalne, co oznacza, że posiadają tylko jeden chromosom. Zatem cała informacja genetyczna zawarta w genomie bakteryjnym jest zawarta w pojedynczym chromosomie.
Chromosom bakterii składa się z podstawowych par nukleotydów, podstawowych strukturalnych składników DNA. W DNA występują tylko cztery nukleotydy - adenina, tymina, guanina i cytozyna. Te nukleotydy zawsze wiążą się ze sobą w ten sam sposób - wiązania adeniny z tyminą i guaniny z cytozyną. Wszystkie cztery razem tworzą tak zwaną „parę podstawową”.
Genomy bakteryjne mogą zawierać dowolną liczbę par zasad. Niektóre genomy bakteryjne zawierają mniej niż 200 000 par zasad, podczas gdy inne zawierają ponad 12 milionów par zasad. W konsekwencji liczba genów znalezionych w bakteriach jest bardzo zmienna, gdzie w bakteriach występuje od 575 do 5500 genów, w zależności od gatunku. Dla porównania, ludzki genom zawiera ponad 3 miliardy par zasad i około 23 000 genów.
Co ciekawe, większość genomów bakteryjnych jest zorganizowanych w okrągłą strukturę chromosomalną. Ludzie natomiast mają liniową strukturę chromosomalną. Okrągła struktura genomu bakteryjnego pozwala jednak na rozpoczęcie i zatrzymanie replikacji DNA w tym samym miejscu - cecha niewidoczna w liniowych genomach innych organizmów.
Jako organizmy rozmnażające się bezpłciowo, bakterie są zasadniczo klonami o identycznym DNA jak genom ich rodziców. Zmiany w genomie bakterii, znanym również jako ewolucja, mogą być spowodowane przez rekombinację genetyczną lub mutacje. Mutacje mogą zachodzić albo przez błędy popełnione w replikacji DNA, albo przez ekspozycję na mutageny, które wpływają na interakcję nukleotydów. Bakterie mogą również wymieniać i rekombinować informacje genetyczne ze sobą poprzez oddzielne procesy znane jako transformacja, transdukcja lub koniugacja, w zależności od tego, jak zachodzi wymiana genetyczna. Zmiany w genomie bakterii mogą spowodować powstanie nowego gatunku.
Sekwencjonowanie DNA polega na określeniu kolejności nukleotydów w DNA organizmu. Informacje te były kluczowym elementem badań biologicznych. Pierwszym genomem bakteryjnym, który został w pełni zsekwencjonowany, był genem Haemophilus influenzae, który może powodować różne choroby oportunistyczne, takie jak zapalenie płuc, zapalenie opon mózgowych i infekcje dróg oddechowych. Został z powodzeniem zsekwencjonowany w 1995 roku przez The Institute for Genomic Research. Od czasu tego przełomu zsekwencjonowano setki genomów bakteryjnych, a naukowcy kontynuują badania i sekwencjonowanie genomów innych bakterii.