DNA bakterii ma taką samą strukturę jak u wszystkich żywych komórek

Odkryto, że Mycoplasma pneumoniae, jedna z najmniejszych znanych bakterii i źródło niezliczonych infekcji ludzi i zwierząt, ma taką samą strukturę genetyczną jak wszystkie żywe komórki. Odkrycie, którego dokonali finansowani ze środków UE naukowcy z Centrum Regulacji Genomicznej (CRG) w Barcelonie, pokazuje, że nawet w małych organizmach geny są poukładane w klastry, które włączają się i wyłączają jednocześnie, co może mieć znaczenie w kontekście nowych leków i procesów przemysłowych.

Dzięki wykorzystaniu super-rozdzielczej mikroskopii i techniki zwanej Hi-C, naukowcy – wspomagani przez trzy finansowane ze środków UE projekty: CELLDOCTOR, 4D-GENOME oraz MYCOSYNVAC – wygenerowali mapę 3D, która obrazuje uporządkowanie czy też upakowanie DNA bakterii Mycoplasma. Ich ustalenia, opublikowane w czasopiśmie »Nature Communications«, pokazują, że geny są pogrupowane w różne „domeny” nawet w najmniejszych organizmach, a te znajdującej się w tej samej domenie zazwyczaj współdziałają.

„Podejrzewaliśmy, że genom bakterii Mycoplasma może mieć ogólną organizację podobną do innych bakterii, niemniej całkowicie zaskoczyło nas odkrycie, że jest uporządkowany wedle domen” – stwierdziła Marie Trussart, naczelna autorka artykułu. „Te badania pokazują, że organizacji i kontroli genów nie można zrozumieć li tylko na podstawie linearnej sekwencji DNA w genomie”.

„Ogromne wyzwanie techniczne”

Mycoplasma pneumoniae ma tylko 680 genów, wytwarza mniej więcej 20 białek wiążących DNA, a jej chromosomy są pięć razy mniejsze niż te w większej bakterii, takiej jak E. coli. W odróżnieniu od większości bakterii jest pozbawiona ściany komórkowej, co ułatwia jej hodowlę i manipulację genetyczną.

Z uwagi jednak na jej wielkość, projekt stanowił „ogromne wyzwanie techniczne” – jak stwierdziła Trussart, a jego ukończenie zajęło pięć lat. Dzięki fachowej wiedzy na temat Mycoplasma i genomiki strukturalnej w CRG, naukowcy pracujący pod kierunkiem profesora Luisa Serrano byli w stanie wykorzystać technikę Hi-C – pokazującą interakcje między różnymi częściami DNA – do przestudiowania bardziej szczegółowych wzorców organizacji w malutkiej bakterii.

Uniwersalna struktura

Ustalili, że chromosom Mycoplasma jest zbudowany z 44 chromosomowych domen interakcji (CID), czyli regionów podobnych do tych występujących w bardziej złożonych komórkach. Geny wewnątrz CID są zazwyczaj współregulowane, co sugeruje, że organizacja chromosomów ma wpływ na transkrypcję genów. Naukowcy odkryli, że sposób, w jaki bakteria wykorzystuje superskręcanie do pakowania chromosomów, może odgrywać rolę w regulacji domen.

Poczynione ustalenia, wraz z wynikami wcześniejszych badań większych bakterii, pokazują, że organizacja chromosomów w komórkach nie jest losowa – to zjawisko wspólne wszystkim formom życia. Chromosomy są uporządkowane w sposób funkcjonalny i dynamiczny – jedyna różnica polega na tym, że są upakowane w jądrze w przypadku eukariotów oraz w komórce w przypadku bakterii.

Nieoczekiwane wyniki sugerują, że naukowcy nie powinni ograniczać się do długich ciągów informacji genetycznej zawartej w DNA. „Aby zyskać pełny obraz regulacji genetycznej musimy faktycznie spojrzeć na trójwymiarową organizację chromatyny, która także koordynuje aktywność genów” – stwierdziła Trussart.

Badania, które doprowadziły do tych wyników były wspólnie finansowane z budżetu siódmego programu ramowego Unii Europejskiej, za pośrednictwem Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych i programu w zakresie badań naukowych i innowacji „Horyzont 2020” Unii Europejskiej.

Więcej informacji:
strona projektu CELLDOCTOR w serwisie CORDIS
strona projektu 4D-GENOME w serwisie CORDIS
strona projektu MYCOSYNVAC w serwisie CORDIS