7.1A: Genomul bacterian

Genomul bacterian este, în general, mai mic și mai puțin variat ca mărime între specii, în comparație cu genomul animalelor și al eucariotelor unicelulare. Genomurile bacteriene pot avea dimensiuni cuprinse între 139 kbp și 13.000 kbp. Progresele recente în tehnologia de secvențiere au dus la descoperirea unei corelații ridicate între numărul de gene și dimensiunea genomului bacteriilor, sugerând că bacteriile au cantități relativ mici de ADN nedorit.

Studiile au arătat de atunci că un număr mare de specii bacteriene au suferit o degradare genomică, ceea ce a dus la o scădere a dimensiunii genomului față de starea lor ancestrală. De-a lungul anilor, cercetătorii au propus mai multe teorii pentru a explica tendința generală de degradare a genomului bacterian și dimensiunea relativ mică a genomurilor bacteriene. Dovezi convingătoare indică faptul că degradarea aparentă a genomurilor bacteriene se datorează unei tendințe de deleție.

La procariote, cea mai mare parte a genomului (85-90%) este ADN nerepetitiv, ceea ce înseamnă că ADN-ul codificator îl formează în principal, în timp ce regiunile necodificatoare ocupă doar o mică parte. Majoritatea entităților biologice care sunt mai complexe decât un virus poartă uneori sau întotdeauna material genetic suplimentar în afară de cel care rezidă în cromozomii lor. În anumite contexte, cum ar fi secvențierea genomului unui microb patogen, prin „genom” se înțelege să se includă informațiile stocate pe acest material auxiliar, care este transportat în plasmide. În astfel de circumstanțe, atunci, „genomul” descrie toate genele și informațiile de pe ADN necodificator care au potențialul de a fi prezente.

Între speciile de bacterii, există o variație relativ mică în ceea ce privește dimensiunea genomului, în comparație cu dimensiunile genomului altor grupuri majore de viețuitoare. Dimensiunea genomului este puțin relevantă atunci când se ia în considerare numărul de gene funcționale la speciile eucariote. Cu toate acestea, la bacterii, corelația puternică dintre numărul de gene și dimensiunea genomului face ca dimensiunea genomurilor bacteriene să fie un subiect interesant de cercetare și discuție. Tendințele generale ale evoluției bacteriene indică faptul că bacteriile au început ca organisme cu viață liberă. Căile evolutive au condus unele bacterii să devină agenți patogeni și simbioți.

Figura 7.1A: Graficul variației dimensiunilor estimate ale genomului în perechi de baze…: Spre deosebire de eucariote, bacteriile prezintă o corelație puternică între dimensiunea genomului și numărul de gene funcționale dintr-un genom. Fig. 7.7.7. Intervalul de mărime a genomului (în perechi de baze) al diferitelor forme de viață. (CC BY-SA 4.0; Abizar).

Stilurile de viață ale bacteriilor joacă un rol integral în ceea ce privește dimensiunile genomului lor respectiv. Bacteriile cu viață liberă au cele mai mari genomuri dintre cele trei tipuri de bacterii; cu toate acestea, ele au mai puține pseudogene decât bacteriile care au dobândit recent patogenitate. Bacteriile patogene facultative și cele care au evoluat recent prezintă o dimensiune a genomului mai mică decât bacteriile cu viață liberă, însă au mai multe pseudogene decât orice altă formă de bacterii. Simbionții sau agenții patogeni bacterieni obligați au cele mai mici genomuri și cel mai mic număr de pseudogene dintre cele trei grupuri. Relația dintre stilul de viață al bacteriilor și dimensiunea genomului ridică întrebări cu privire la mecanismele de evoluție a genomului bacterian.

Cercetătorii au dezvoltat mai multe teorii pentru a explica modelele de evoluție a dimensiunii genomului în rândul bacteriilor. O teorie prezice că bacteriile au genomuri mai mici din cauza unei presiuni selective asupra dimensiunii genomului pentru a asigura o replicare mai rapidă. Teoria se bazează pe premisa logică conform căreia genomurile bacteriene mai mici vor avea nevoie de mai puțin timp pentru a se replica. Ulterior, genomurile mai mici vor fi selectate în mod preferențial datorită unei mai bune aptitudini fizice.

Selecția de selecție prin eliminare este doar un proces implicat în evoluție. Alte două procese majore (mutația și deriva genetică) pot fi folosite pentru a explica dimensiunile genomului diferitelor tipuri de bacterii.

Evidența unei prejudecăți de deleție este prezentă în dimensiunile genomului respectiv al bacteriilor cu viață liberă, al paraziților facultativi și recent derivați și al paraziților și simbioților obligați. Bacteriile care trăiesc liber tind să aibă dimensiuni mari ale populației și sunt supuse la mai multe oportunități de transfer de gene. Ca atare, selecția poate acționa în mod eficient asupra bacteriilor care trăiesc liber pentru a elimina secvențele dăunătoare, rezultând un număr relativ mic de pseudogene. În mod continuu, o presiune selectivă suplimentară este evidentă, deoarece bacteriile care trăiesc liber trebuie să producă toate produsele genetice independent de o gazdă. Având în vedere că există suficiente posibilități de transfer de gene și că există presiuni selective împotriva ștergerilor chiar și ușor dăunătoare, este intuitiv faptul că bacteriile cu viață liberă ar trebui să aibă cele mai mari genomuri bacteriene dintre toate tipurile de bacterii. Paraziții recent formați sunt supuși unor blocaje severe și se pot baza pe mediile gazdă pentru a furniza produse genetice. Ca atare, la paraziții recent formați și facultativi, există o acumulare de pseudogene și elemente transpozabile din cauza lipsei presiunii selective împotriva delețiilor. Gâturile de îmbulzeală ale populației reduc transferul de gene și, ca atare, tendința de deleție asigură reducerea dimensiunii genomului la bacteriile parazite.

.