Что такое бактериальный геном?

Бактериальный геном - это сбор всей генетической информации бактерии. По сути, это определяет, как бактерия выглядит и функционирует как внешне, так и внутренне. Эта генетическая информация организована в гены, которые кодируются в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) организма. Эти гены далее организованы в хромосомы. Фактически, слово «геном» на самом деле является комбинацией слов «ген» и «хромосома». Хотя существует множество различных вариантов структуры геномов у разных организмов, все бактерии являются гаплоидными, то есть они обладают только одной хромосомой. Таким образом, вся генетическая информация, содержащаяся в бактериальном геноме, содержится в одной хромосоме.

Хромосома бактерии состоит из пар оснований нуклеотидов, основных структурных компонентов ДНК. В ДНК существует только четыре нуклеотида - аденин, тимин, гуанин и цитозин. Эти нуклеотиды всегда связываются вместе одинаково - адениновые связи с тиминовыми и гуаниновыми связями с цитозином. Все четыре вместе образуют так называемую «базовую пару».

Бактериальные геномы могут содержать любое количество пар оснований. Некоторые бактериальные геномы содержат менее 200 000 пар оснований, в то время как другие содержат более 12 миллионов пар оснований. Следовательно, количество генов, обнаруживаемых в бактериях, сильно варьирует, и в зависимости от вида в бактериях сообщается от 575 до 5500 генов. Для сравнения, человеческий геном содержит более 3 миллиардов пар оснований и примерно 23000 генов.

Интересно, что большинство бактериальных геномов организованы в кольцевую хромосомную структуру. Люди, напротив, имеют линейную хромосомную структуру. Однако круговая структура бактериального генома позволяет репликации его ДНК начинаться и останавливаться в одном и том же месте, что не характерно для линейных геномов других организмов.

Как организмы, которые размножаются бесполым путем, бактерии, по сути, являются клонами с ДНК, идентичной геному их родителей. Изменения в геноме бактерии, также известной как эволюция, могут быть вызваны либо генетической рекомбинацией, либо мутациями. Мутации могут происходить либо из-за ошибок, допущенных при репликации ДНК, либо из-за воздействия мутагенов, которые влияют на взаимодействие нуклеотидов друг с другом. Бактерии могут также обмениваться и рекомбинировать генетическую информацию друг с другом посредством отдельных процессов, известных как трансформация, трансдукция или конъюгация, в зависимости от того, как происходит генетический обмен. Изменения в геноме бактерии могут привести к образованию нового вида.

Секвенирование ДНК - это определение порядка нуклеотидов в ДНК организма. Эта информация была ключевым компонентом в биологических исследованиях. Первый бактериальный геном, который был полностью секвенирован, был геном Haemophilus influenzae, который может вызывать различные оппортунистические заболевания, такие как пневмония, менингит и респираторные инфекции. Он был успешно секвенирован в 1995 году Институтом геномных исследований. С момента этого прорыва были секвенированы сотни бактериальных геномов, и ученые продолжают исследовать и упорядочивать геномы других бактерий.