Welchen Vorteil haben zirkuläre Genome für Bakterien und lineare Genome für andere Organismen?

Bakterien sind eine große Gruppe von Organismen. Sie haben zirkuläre Genome und sind nie in Richtung linearer Genome gegangen, während andere Organismen die entgegengesetzte Strategie zeigen und keine zirkulären Genome haben (unabhängig von ihrem zytoplasmatischen Genom). Warum haben sie diese unterschiedlichen Strategien verfolgt?

Das Bakterium Borrelia burgdorferi besitzt ein lineares Chromosom sowie eine Reihe linearer und zirkulärer Plasmide. pbil.univ-lyon1.fr/members/lobry/articles/…
Interessant. Warum hat es kein kreisförmiges Chromosom?
Ich habe den erwähnten Artikel überprüft, um zu sehen, wie Bakterien die Replikation beenden und was mit ihren Telomeren passiert; Es ist, was ich gesehen habe: > Die Mechanismen für die Beendigung der Replikation und Auflösung der Telomere bleiben wichtige unbeantwortete Fragen
@AlanBoyd In Bezug auf die folgende Diskussion zur Replikationsgeschwindigkeit ist es interessant festzustellen, dass B. burgdorferi eine sehr langsame Verdopplungszeit von 12-18 Stunden hat.

Antworten (1)

Sie können lineare Genome viel effizienter verpacken als zirkuläre Genome, und Bakterien benötigen einfach nicht die Informationsdichte, um erfolgreich zu sein.

Genauer gesagt, es ist die Drehmomentbelastung, die auf die Doppelhelix ausgeübt wird, während sie gewickelt wird, die den Unterschied ausmacht. Lineare Genome können um Histone gewickelt werden, und diese Histone können weiter zu komplexeren und dichteren Mustern geformt werden, so dass die DNA eines linearen Genoms auf einen Bruchteil der ursprünglichen Größe verdichtet wird. Die hohe Dichte ermöglicht eine viel, viel einfachere Zellteilung, als dies sonst in eukaryotischen Zellen der Fall wäre.

Zirkuläre Genome können die Drehmomentspannungen nicht loswerden, wie es lineare Genome können. Ein ähnliches Verpackungsschema wie bei eukaryotischen Zellen zu versuchen, würde dazu führen, dass die DNA irgendwann auseinanderbricht, bevor Sie eine hohe Informationsdichte erreicht haben.

Ich werde meine BioChem-Bücher noch einmal durchsehen, um später eine Referenz zu finden, aber hoffentlich sollten Sie anhand der obigen Ausführungen eine solide Vorstellung davon haben, warum. Jetzt können Sie ein kleines Gedankenexperiment machen: Denken Sie an all die Möglichkeiten, wie Sie ein einzelnes Stück Schnur oder Faden um Dinge wickeln können, um es so dicht wie möglich zu machen. Denken Sie dann an all die Möglichkeiten, wie Sie versuchen können, die gleiche Dichte mit einem Gummiband zu erreichen, ohne dass es bricht. Die Saite sollte sowohl in Bezug auf die Leichtigkeit, mit der Sie sie manipulieren können, als auch in Bezug auf die erreichbare Dichte überzeugen.

Obwohl ich Ihrer Antwort zustimme, bleibt die Frage, warum die Bakterien nicht auch lineare Genome haben, da es sehr einfach ist, lineare Genome zu erstellen. Meine Vermutung ist, dass ein zirkuläres Genom einfacher schneller zu replizieren ist, da Eukaryoten typischerweise längere Zellzyklen haben. Hat noch jemand Ideen dazu?
@Bitwise warum einfach? Sie brauchen alle möglichen Helferproteine, Helikasen, Histone usw.
@Bitwise - Geschwindigkeit gehört definitiv dazu. Es braucht Zeit, um das gesamte lineare Genom zu Chromatin zu verdichten. Ein kreisförmiges Genom ist nicht unbedingt einfacher zu replizieren (die beteiligten Proteine ​​arbeiten ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit, wenn ich mich richtig erinnere), aber wenn Ihre Spezies von einer sehr, sehr schnellen Generierungszeit abhängt, dann ein Genom, das Sie nicht packen müssen ist ein großer Vorteil.
Ich weiß nicht, ob es ein signifikanter Faktor ist, aber die Aufrechterhaltung der linearen DNA erfordert einige Anstrengungen, um sicherzustellen, dass die Telomere für Zellen, die sich häufig teilen, intakt bleiben. Eine zirkuläre DNA kann diese Komplexität vollständig vermeiden.
@MadScientist guter Punkt, daran hatte ich nicht gedacht. Wenn Sie jedoch einen Eukaryoten wie eine Hefe nehmen, scheint er mit Telomeren und einer relativ kurzen Zellzykluszeit (~ doppelt so lang wie E. coli) auszukommen. Ich bin mir also immer noch nicht sicher, ob Geschwindigkeit oder das Fehlen von Telomeren ein ausreichender Vorteil sind.
@MCM, das ist vielleicht etwas abseits des Themas, aber ich frage mich, ob ein lineares Genom wirklich eine Kondensation zu Chromatin erfordert. Wenn es den gleichen DNA-Gehalt wie das zirkuläre, nicht kondensierte Genom hätte, warum müsste es verpackt werden? Gibt es Beispiele für Arten mit linearen Genomen, die nicht in Chromatin verpackt sind (Bakterien/Archaeen)?
@Bitwise - Ich bin sicher, dass es Beispiele für lineare Chromosomen in Bakterien / Archea gibt. Ich glaube nicht, dass es eine explizite Notwendigkeit gibt, es zu verdichten, aber seine Fähigkeit, verdichtet zu werden, ist für die Zelle sehr nützlich. B/A reproduzieren sich nicht sexuell, haben möglicherweise keinen Zellkern, der kleiner ist als die Zelle, um die gesamte DNA hineinzustopfen, und müssen möglicherweise keine großen Schwaden von Genen abschalten, die sie gezwungenermaßen behalten (wie es Frauen mit vielen Genen tun). X-Chromosomen). Also ich würde sagen, nicht notwendig , aber sehr nützlich.
Welchen Vorteil haben zirkuläre Genome für Bakterien und lineare Genome für andere Organismen?
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