Escherichia coli s lineárním genomem

Zatímco u většiny eukaryot včetně člověka má genom lineární podobu, prokaryota se vyznačují genomem kružnicovým. Neplatí to bez výjimky, například Borrelia burgdorferi (původce lymské boreliózy) má genom v lineární formě. Nicméně Escherichia coli, v molekulární biologii asi nejvíce používaná bakterie, má genom striktně uložený na kružnicovém chromozomu. Tomuto dogmatu se již po léta učili všichni studenti mikrobiologie, molekulární biologie, genetiky apod. Dogma tu ale většinou bývá od toho, aby bylo vyvráceno.

Skupina japonských vědců pod vedením T. Horiuchiho z Kjótské univerzity experimentálně infikovala buňky E. coli bakteriofágem N15, způsobujícím právě linearizaci DNA. Buňky E. coli s linearizovaným genomem kupodivu spokojeně rostly, chovaly se úplně stejně jako jejich sestry s kružnicovými chromozomy, struktura jejich genomu byla stabilní a předávala se z generace na generaci. Je to poměrně nečekané zjištění, protože pokud se v buňkách vyšších organizmů, jako je člověk nebo alespoň kvasinka, zamění jeden či více jejich lineárních chromozomů za cirkulární, dochází k značným nestabilitám jak při pohlavním rozmnožování (meióze), tak při prostém dělení buněk (mitóze). U kvasinek takové buňky rostou pomaleji, některé obsahují nesprávné celkové počty chromozomů a často jsou neplodné – dále se dělí jen pomocí mitózy. Podobný fenotyp je znám i z bakterií s mutovaným genem dif. Pokud byl linearizován chromozom i u bakterií s mutovaným genem dif, vlastnosti takových bakterií se změnily a víceméně připomínaly normální bakterie bez zmíněné mutace. Celkově se tedy linearizovaný bakteriální chromozom choval stejně jako normální mitotické eukaryontní chromozomy zakončené telomerami.

Jaké výhody může linearizace bakteriálního genomu mít? Někteří autoři již dříve spekulovali, že linearita chromozomů je výhodná pro stabilizaci delších molekul DNA – u streptomycet (vesměs půdní mikroorganizmy často užívaných k produkci antibiotik) vlastní některé druhy s kratší DNA kružnicový chromozom, zatímco druhy s delší DNA mají chromozom lineární. Je možné, že by linearizaci tedy šlo využít pro efektivnější vkládání delších úseků DNA do bakteriálních genomů. Nyní již víme, že sama linearizace genomu je možná bez výraznějšího ovlivnění fenotypu dotčeného organizmu. Zůstává tu ovšem otázka, co je výhodou existence cirkulárních genomů u naprosté většiny prokaryotických organizmů. (EMBO Rep. 8, 181–187, 2007)