Genom minimalny

Do swych badań wybitny biotechnolog Craig Venter (http://pl.wikipedia.org/wiki/Craig_Venter) wybrał prymitywną bakterię Mycoplasma genetalis, mającą 470 genów i po kolei wyciszał jeden gen po drugim, sprawdzając czy bakteria jeszcze żyje. Udało mu się ich liczbę zmniejszyć do 382 i jak dotychczas tak zredukowany genom (Mycoplasma laboratorium) jest magiczną
granicą. Genom minimalny składa się z 480 000 par zasad, które tworzą 382 geny. Wiele produktów tych genów musi występować w wielu kopiach, ponieważ w komórce minimalnej musi występować odpowiednie stężenie białek, żeby mogły zachodzić procesy życiowe. Na przykład genom komórki bakteryjnej E. coli składa się z około 4 000 000 par zasad, a do jej prawidłowego funkcjonowania potrzebnych jest około 20 000 rybosomów. Rybosomy, to największe maszyny molekularne, jakie występują w żywych organizmach. Komórka minimalna potrzebuje około 5 000 rybosomów, aby mogła żyć:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Rybosom

„U prokariotów występują rybosomy 70S. Masa rybosomu u Escherichia coli wynosi około 2700 kDa a średnica około 20 nm. W pojedynczej komórce prokariotycznej znajduje się około 20 tys. rybosomów, które stanowią około jednej czwartej jej masy. Duża podjednostka (50S) zawiera 34 białka (oznaczanych od L1 do L34) i dwie cząsteczki rRNA (5S rRNA i 23S rRNA), a mała podjednostka (30S) zawiera 21 białek (oznaczanych od S1 do S21) i jedną cząsteczkę rRNA (16S rRNA). W Podjednostce dużej występują po dwa białka L7 i L12, pozostałe występują pojedynczo. Identyczne z białkiem L26 jest białko S20”

Później co jakiś czas, w miarę odkrywania innych złożonych procesów genetycznych u bakterii (np. kodowania dwóch białek na jednym genie) zmieniano oszacowania, co do rozmiaru genomu minimalnego. Warto jeszcze dodać, że organizmy z tak zredukowanymi genomami przeżywają tylko na specjalnych pożywkach, gdyż są niezdolne do samodzielnego życia.

Na ilustracji pokazano jak skomplikowana jest minimalna komórka

W najmniejszej możliwej komórce obecne są wszystkie podstawowe procesy życiowe, a więc jest ona bardziej podobna do człowieka niż do czegokolwiek, co jest nieożywione:

1) Maszyna odpowiedzialna za syntezę białek (rybosom):

2) Maszyneria odpowiedzialna za replikację DNA:

3) Maszyneria odpowiedzialna za transkrypcję:

4) Maszyneria odpowiedzialna za metabolizm:

5)Maszyneria odpowiedzialna za transport elektronów:

6) Maszyna molekularna syntetyzująca ATP:

Zobacz też:

https://migg.wordpress.com/2007/06/08/minigenomy/

http://en.wikipedia.org/wiki/Mycoplasma_laboratorium

” […..] The team started with the bacterium M. genitalium, an obligate intracellular parasite whose genome consists of 482 genes comprising 582,970 base pairs, arranged on one circular chromosome (the smallest genome of any known natural organism that can be grown in free culture). They then systematically removed genes to find a minimal set of 382 genes that can sustain life.[a 12] This effort was also known as the Minimal Genome Project.

The team intends to synthesize chromosome DNA sequences consisting of these 382 genes. Once a version of the minimal 382-gene chromosome has been synthesized, it is intended to be transplanted into a M. genitalium cell to create Mycoplasma laboratorium.
The resulting Mycoplasma laboratorium bacterium is expected to be able to replicate itself with its man-made DNA, making it the most synthetic organism to date, although the molecular machinery and chemical environment that would allow it to replicate would not be synthetic.[b 1]

In December 2003, the team had reported a fast method of synthesizing a genome from scratch, producing the 5386-base genome of the bacteriophage Phi X 174 in about two weeks. However, the genome of Mycoplasma laboratorium is about 50 times larger. In January 2008, the team reported to have synthesized the complete 582,970 base pair chromosome of M. genitalium, with small modifications so that it won’t be infectious and can be distinguished from the wild type. They named this genome Mycoplasma genitalium JCVI-1.0. The team had also demonstrated the process of transplanting a (non-synthetic) genome from one Mycoplasma species to another in June 2007. In May 2010 they showed that they were able to synthesize the 1,078,809 base pair genome of Mycoplasma mycoides from scratch and transplant it into a Mycoplasma capricolum cell; the new genome then took over the cell and the new organism multiplied. The new organism was nicknamed Synthia. […..]”