Головна

Мінімальний розмір генома одноклітинних організмів

  1. II. Розмір, умови і строки внесення плати за користування водним об'єктом
  2. Адаптації організмів до водного режиму наземно-повітряного середовища
  3. АДАПТАЦІЯ ТА ОСНОВНІ СПОСОБИ ПРИСТОСУВАННЯ живих організмів до екстремальних умов СЕРЕДОВИЩА
  4. АДАПТИВНІ БІОЛОГІЧНІ РИТМИ ОРГАНІЗМІВ
  5. Алгоритм розрахунку розмірних ланцюгів методом одного квалітету.
  6. Алгоритм розрахунку розмірних ланцюгів методом рівних допусків.
  7. Алгоритм розрахунку розмірних ланцюгів за методом максимуму-мінімуму.

Визначення мінімального розміру генома, що забезпечує всі необхідні функції, які дозволяють одноклітинному організму існувати в певних екологічних умовах, не є пустим питанням. Вирішення цієї проблеми необхідно для розуміння походження життя на Землі, а також шляхів і механізмів спільного еволюціонування генів, об'єднаних в конкретні геноми, а отже, і механізмів виникнення геномів як таких. Дана проблема була вперше сформульована Дж. Холдейном в 1920-і роки і з тих пір неодноразово досліджувалася. Недавнє (1995 г.) визначення повних первинних структур ДНК геномів двох паразитичних мікроорганізмів (Mycoplasma genitalium і Haemophilus influenzae) дало можливість використовувати новий підхід для вивчення даної проблеми. А. Р. Мушегіаном і Е. В. Куніним проведено детальний порівняльний аналіз повного набору генів цих мікроорганізмів, який дозволив скласти перелік генів, абсолютно необхідних для існування вільно живуть клітин.

Вважається, що геноми M. genitalium і H. influenzae відбулися шляхом послідовного зменшення розміру генома відповідно грам позитивних та грам бактерій-попередників з більшими геномами після відділення їх предків від загального попередника не менше 1,5 мільярдів років тому. Передбачається, що загальні гомологічні гени, що збереглися у цих мікроорганізмів протягом такого тривалого періоду їх існування, є життєво важливими і складають основу мінімального набору генів, необхідних для автономного існування паразитичних клітин. На основі аналізу послідовностей нуклеотидів передбачено, що геном M. genitalium, довжина якого становить ~ 580 т.п.о., кодує 469 білків, тоді як геном H. influenzae (~ 1830 т.п.о.) кодує 1703 білка. Виявилося, що геном M. genitalium містить в своєму складі 240 генів, що мають функціональні гомологи в геномі H. influenzae. При теоретичній розробці ідеального абстрактного генома до набору було додано 22 гена, необхідних для здійснення життєво важливих метаболічних процесів, які у цих двох мікроорганізмів контролювалися негомологічних генами. Одночасно з набору були видалені 6 генів, надлишкових з точки зору виконуваних ними функцій, які забезпечують специфічну взаємодію мікроорганізмів з господарями. Решта 256 генів, на думку авторів теоретичної розробки, повністю перекривають потреби абстрактного паразитичного мікроорганізму. Пропонований гіпотетичний мінімальний набір генів, що кодують 256 білків, повинен включати наступні життєво важливі генетичні системи мікроорганізмів: Майже повний набір генів системи трансляції; майже повний набір генів системи реплікації; гени рудиментарної системи репарації і рекомбінації; гени апарату транскрипції, в якому відсутні майже повністю гени регуляції транскрипції; великий набір генів, що кодують білки, гомологічні шаперон; гени, які контролюють анаеробний метаболізм, включаючи гени гліколізу і фосфорилювання субстратів; гени біосинтезу ліпідів; вісім генів, що кодують ферменти, які використовують складні кофактор; гени системи транспорту білків; обмежений набір генів, що забезпечує транспорт метаболітів; повний набір генів утилізації нуклеотидів de novo і гени їх біосинтезу; гени біосинтезу амінокислот не включені (оскільки передбачається паразитичний спосіб життя).

Раніше були використані ще два підходи для визначення мінімального розміру генома, необхідного для автономного існування мікроорганізмів. В одному з них шляхом введення випадкових мутацій визначалося число генетичних локусів у Bacillus subtilis, несуттєвих для її виживання. На підставі результатів цих досліджень зроблено висновок про те, що середній розмір мінімального генома становить 318 т.п.о., а його максимальний розмір наближається до 562 т.п.о. Отримані значення узгоджуються з величинами, характерними для M. genitalium. При іншому підході вивчалися зміни розміру генома при переході від вільно живуть клітин до облігатним внутрішньоклітинним паразитам і органел еукаріот. При цьому рикетсії розглядалися як еволюційні попередники мітохондрій. Робота ще не завершена, оскільки повної первинної структури генома риккетсий поки не отримано.

Таким чином, дослідження, проведені на геномах M.genitalium і H. influenzae, дають в даний час найбільш точну оцінку мінімального набору генів (~ 250), необхідних для існування мікроорганізмів. Ці результати будуть коректуватися в міру накопичення експериментальних даних про структуру інших геномів, що дозволить в кожному конкретному випадку визначати набір саме тих генів, які роблять будь-який організм унікальним і неповторним.




ЧАСТИНА I. МЕХАНІЗМИ ЗБЕРІГАННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЇ генетичної інформації | Глава 1. ГЕНОМ | Середній розмір гаплоидного генома у деяких груп організмів | Гени і хромосоми | геном прокаріотів | геном вірусів | Нуклеоїд бактеріальної клітини | Послідовності нуклеотидів еукаріотичного генома | хроматин | Властивості гістонів тварин |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати