Появились более точные технологии изучения генома бактерий, пределом точности является определение нуклеотидной последовательности, точнее карту построить невозможно. На этой карте расстояние обозначается уже не в минутах, а в парах нуклеотидов.

Метод определения последовательности нуклеотидов, или секвенирование, был разработан в 70-х годах. Две группы ученых независимо друг от друга разрабатывали эти методы. Один из них был разработан Сэнгером, второй — Максамом и Гилбертом, и все они получили в 1980 году Нобелевскую премию. До сих пор созданные ими принципы используются при секвенировании, сейчас уже проводимом не вручную, а автоматами.

В 1995 году был прочтен первый относительно небольшой геном бактерии Haemophilus influenzae. Это было огромным достижением, очень большой сенсацией. До этого удавалось определить полностью только геномы вирусов, которые на порядок меньше геномов бактерий. На настоящий момент полностью прочитаны геномы более 100 видов бактерий.

ЧТО УДАЕТСЯ УЗНАТЬ О БАКТЕРИЯХ ПО ИХ ГЕНОМУ

Состав генома (какие гены присутствуют)

Раньше, чтобы узнать что-то о бактерии, надо было долгие годы исследовать ее способность расщеплять те или иные сахара, другие питательные вещества, установить, какая температура оптимальная для ее роста, получить множество мутантов, для того, чтобы построить генетическую карту генома бактерии. Но сейчас можно очень многое узнать о неизвестной бактерии, если прочесть ее геном. По тому, какие гены входят в состав генома, можно определить, какой образ жизни ведет бактерия. Это важно для возбудителей различных заболеваний — по составу их генов можно установить, к каким веществам они чувствительны, и точно подобрать лекарство или создать новый эффективный препарат для лечения.

К примеру, размер генома паразитической бактерии микоплазмы (Mycoplasma genitalium) — 580000 пар нуклеотидов. 90 % ее генома кодирует белки, 10 % содержат регуляторные последовательности белков, т. е. белки не кодирует. У нее 4 68 генов (это можно с точностью определить по нуклеотидной последовательности генома).

Что означают различия в количестве кластеров рибосомной РНК? Кишечная палочка делится раз в двадцать минут, туберкулезная микобактерия делится раз в сутки. Кстати, это представляет трудности в диагностики туберкулеза (для того, чтобы выделить из мокроты больного эту бактерию, необходимо ее выращивать неделями, чтобы там что-то можно было проанализировать). Из-за того, что она так медленно растет, ей не нужно активно синтезировать рибосомы, поэтому у нее меньше генов, нужных для синтеза рибосом (в 10 раз меньше, чем у свободно живущей и активно растущей Bacillius subtilis).

Процент кодирующих последовательностей самый высокий у микоплазмы Mycoplasma genitalium. Она живет в постоянных условиях внутри клетки, ей мало что нужно регулировать. У других бактерий большую долю занимают кодирующие белки, а у человека, по сравнению с бактериями, кодирующие белки занимают намного меньшую часть генома (2 %). В принципе, это соответствует развитию общества: все меньшую часть занимает производство, и все большую часть занимает сервис и информационные технологии.

Ориентация генов (направление транскрипции)

Когда ДНК реплицируется, одна нить синтезируется непрерывно (ведущая нить), а на второй нити синтезируется фрагменты Оказаки, которые потом сшиваются (запаздывающая нить). Направление транскрипции большинства генов совпадает с направлением синтеза ведущей нити. Репликация ДНК начинается с точки ori, и идет в обе стороны. И соответственно, гены расположены преимущественно в том же направлении, в котором идет репликация. Поэтому при репликации транскрипция не прерывается надолго.

Минимальный набор генов живой клетки

Анализ полных геномов позволил определить минимальный набор генов, необходимый каждой живой клетке. Показано, что как минимум 250 генов необходимы для клеточной формы жизни. Сейчас ведутся попытки синтезировать ДНК, содержащую эти 250 генов с тем, чтобы посмотреть, получится ли живая клетка из того, что эта ДНК будет кодировать.

Минимальный набор 256 генов, необходимый живой клетке

Функция белков • Число белков

Преобразование энергии • 28

Транспорт и метаболизм аминокислот • 11

Транспорт и метаболизм нуклеотидов • 20

Транспорт и метаболизм углеводов • 5

Метаболизм липидов • 6

Метаболизм кофакторов • 8

Биогенез рибосом и трансляция • 94

Репликация, рекомбинация. Репарация, транскрипция • 35

Структурная функция • 7

Секреция к адгезия • 5

Шапероны • 13

Транспорт неорганических ионов • 4

Предсказана гипотетическая функция • 15

Функция неизвестна • 4

Установлен по сравнению наборов генов M.geiiitalium и Н. in flu mzae.

Экспериментально исследован по инактивации генов В-subtilis (существ, часть генома 318 кb)

Разное количество генов отвечает за разные клеточные функции. Ниже приведено генов по функциям в геноме кишечной палочки.

Гомологичные гены и копийность генов