Genomas Bacterianos

DNA molecule

Todos los organismos contienen ADN. Esta macromolécula asombrosa codifica toda la información necesitada para programar las actividades de las células incluyendo la reproducción, el metabolismo y otras funciones especializadas. La ADN se abarca de dos filamentos de nucleótidos. Cada nucleótidos contiene un fosfato, un azúcar de 5 carbones (2-desoxirribo) y una de cuatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, timina guanina. El fosfato y el azúcar componen la espina dorsal de cada filamento de ADN, mientras que las bases son responsables de sostener los dos filamentos juntos vía enlaces del hidrógeno en una estructura llamada la hélice doble (véase la figura arriba). El orden de las bases en un filamento de la ADN contiene la información genética cifrada. Toda la ADN encontrada en un organismo se refiere colectivamente como el genoma. El genoma humano se abarca de 23 pares de cromosomas lineares, y de aproximadamente 3000 megabases (Mb) de ADN, mientras que el genoma de Escherichia coli consiste en un solo cromosoma de la circular del Mb 4.6. Estudiando los genomas de bacterias podemos entender mejor sus capacidades metabólicas, su capacidad de causar enfermedad y también su capacidad de sobrevivir en ambientes extremos.

Muchos de los organismos modelo bacterianos bien estudiados, tales como E. coli, tienen un solo cromosoma circular. Sin embargo, los avances en genética molecular han demostrado que las bacterias poseen arreglos más complejos de su material genético que simplemente un solo cromosoma circular. Algunos genomas bacterianos se abarcan de cromosomas múltiples o plasmidos y muchas bacterias contienen copias múltiples de su genoma por cada célula. Los siguientes son algunos ejemplos de bacterias con genomas inusuales.

Terminología del Genoma

  • Kb/Mb - Un kilobase (KB) es 1000 bases de ADN, mientras que un megabase (Mb) es 1.000.000 bases.
  • Cromosoma circular - La ADN se arregla en un circulo que es cerrado es sobre-rollado negativamente que permite a tener en cuenta la naturaleza compacta de muchos genomas bacterianos.
  • Cromosoma linear - un cromosoma no cerrado, que tiene repeticiones invertidos en los extremos, similar a los telomeros en cromosomas eucariótica.
  • Plasmido- la ADN adicional. Se réplica independientemente del cromosoma, y regula su propia replicación.
  • Megaplasmid - un plasmid muy grande que se extiende de tamaño a partir de 100 a 1700 KB.

Deinococcus radiodurans

Genomes

Deinococcus radiodurans fue descubierto en 1956 por Arturo W. Anderson. ¡Mientras que el investigaba el estropeó de carne, él notó colonias rojizas formando a pesar de que la carne había sido esterilizada con Megarads de radiación! Este organismo resistente a las radiaciones fue dado el nombre Deinococcus radiodurans - que significa literalmente la ·baya extraña que soporta la radiación·. ¡ Deinococcus radiodurans pueden sobrevivir exposición de radiación hasta 1.500.000 rads!! Ésa es 3000 veces mayor que la cantidad de exposición de radiación que mataría a un ser humano. La radiación de ionización hace roturas del doble-filamento en la ADN. Las células tienen mecanismos para reparar estas lesiones pero si se hacen demasiadas roturas, la costura junta de la ADN en el orden derecha puede abrumar los mecanismos de la reparación de la DNA de la célula. Los D. radiodurans tienen de alguna manera la capacidad de reparar un genoma roto. El genoma de D. radiodurans es inusual en que está compuesto de dos cromosomas, de un megaplasmido y de un plasmido pequeño. Mientras que los mecanismos por los cuales D. radiodurans puede sobrevivir las altas dosis de la radiación todavía están bajo investigación, se presume que teniendo copias múltiples de su genoma y por intercambio genético entre las células en una tétrada, D. radiodurans puede ocuparse de las roturas múltiples de la DNA inducidas por los altos niveles de radiación.

Azotobacter vinelandii

Genomes

Azotobacter vinelandii es una grande bacteria obligatoria aerobia del la tierra capaz de fijar el nitrógeno. Además, Azotobacter vinelandii puede metabolizar una gran cantidad de carbohidratos, de ácidos orgánicos y de alcoholes. El número de genomas en una célula individual es dependiente sobre la etapa del crecimiento de las células. Durante crecimiento exponencial, las células del Azotobacter vinelandii contienen 2 a 4 copias de su cromosoma. Sin embargo, durante fase inmóvil, el número de cromosomas en una célula individual puede aumentar de 50 a 100. Esta plasticidad única en número de la copia del genoma no es bien entendido, y investigación continua se requiere para entender mejor la ventaja de acumular muchos cromosómicos en estas células durante fase inmóvil.

Buchnera spp.

Genomes

Estas bacterias son simbiontes intracelulares de ciertas especies de áfido. Esta relación mutual entre el áfido y la bacteria desarrolló hace millones de años. Aunque está relacionado con E. coli, Buchnera tiene el tamaño de genoma aproximadamente un séptimo del genoma del E. coli. En una especie de Buchnera, el genoma se compone de 640 cromosomas de kilobase (KB) y de dos plasmids, que codifican los caminos biosintéticos para varios aminoácidos. Se ha demostrado que el número de las copias del genoma en las células de Buchnera está relacionado con la etapa de desarrollo de su áfido anfitrión; mientras que un áfido entra a una edad adulta, el número genomico de copia en las células individuales de Buchnera aumenta. Mientras que el anfitrión agrande, el número genomico de copia en Buchnera disminuye. Se ha propuesto que esta fluctuación en número de copia puede ser debido a la bacteria que se purga de genomas con mutaciones deletéreas, asegurando solamente los cromosomas viables serán transmitidas a la generación siguiente.

Agrobacterium tumefaciens

Genomes
Genomes

Estas bacterias ubicuas, Gram-negativo, motiles, de tierra son el agente causativo de la enfermedad ·crown-gall· en plantas. Agrobacterium tumefaciens se refieren como ingeniero genético natural, pues es capaz de transferir la ADN de sí mismo en células de plantas. El genoma es aproximadamente de 5.7 Megabases (Mb) y se abarca de un cromosoma circular, de un cromosoma linear y de dos plasmidos. Uno de los plasmids, designado como el plasmid Ti, que induce la formación de tumor, es responsable de virulencia de Agrobacterium tumefaciens.

Epulopiscium spp.

Genomes

Las especies de Epulopiscium son simbiontes intestinales de ciertas especies de peces cirujanos que pertenecen a la familia Acanthuridae. ¡Algunos morfotipos de Epulopiscium pueden lograr longitudes mayor de 0.5 milímetros! Esta imagen muestra las células manchadas con DAPI. DAPI es un tinte específica para ADN, y todo el azul que se ve en estas células es la ADN. Los resultados preliminares usando PCR en tiempo real sugieren que Epulopiscium puede contener diez miles de copias de su genoma. Este número de copia es sin precedente en bacterias y puede representar una adaptación celular que permita al Epulopiscium a mantener un tamaño celular tan grande. Teniendo miles de copias de su genoma, el Epulopiscium puede poder sintetizar las macromoléculas cerca de donde se necesitan en la célula, superando los apremios impuestos por los coeficientes de difusión de moléculas y de biomoléculas pequeñas.

Referencias

  1. Deinococcus radiodurans picture taken
  2. Azotobacter vinelandii picture
  3. Buchnera spp aphid host picture
  4. Agrobacterium tumefaciens attached to plant cell picture
  5. Crown gall tumor pictures

Websites of interest

  1. http://www.tigr.org
  2. http://www.jgi.doe.gov
  3. http://www.ornl.gov
  4. http://www.ncbi.nlm.nih.gov