Das Bakteriengenom





Nachwort zur Lerneinheit 1: Kartierung eines Genoms

Übung 1: Zusammensetzen von Satzfragmenten
Die rekonstruierten Bruchstücke ergeben ein hübsches englisches Wortspiel, das sich natürlich nicht sinnvoll ins Deutsche übertragen lässt. Es hat interessanterweise eine zyklische Struktur.

You remind me of a man.
What man?
The man with the power.
What power?
The power of Voodo.
Who do?
You do.
I do what?
You remind me of a man.
(usw.)



Antworten zu den Fragen:
  1. Handelt es sich um eine lineare Sequenz mir erkennbarem Anfang und Ende, oder ist sie ringförmig? Ringförmig.
  2. Sind Bakteriengenome linear oder ringförmig? Ringförmig.



Anmerkungen:
Richtig angeordnet und zusammengeklebt, müssen die Fragmente einen ringförmigen Satz nach Art eines Bakteriengenoms ergeben. Ein mutmaßlicher Grund für die Ringform ist die Tatsache, dass Bakterien sehr wirksame Exonucleasen besitzen, Enzyme, die freie Enden von DNA-Molekülen angreifen und abbauen. Mit solchen Enzymen schützen sich die Bakterien gegen DNA-Viren, aber auch ihre eigene DNA würde angegriffen, wenn sie nicht die Ringform beibehalten würde. Manche Virus-DNA-Moleküle unterlaufen diesen Schutzmechanismus: Sie sind ebenfalls ringförmig.

Übung 2: Zusammensetzen einer DNA-Sequenz
Diese DNA-Sequenz entspricht dem Gen MG220 von Mycoplasma genitalium, das vorläufig als Prä-Procytotoxin identifiziert wurde. Das kleine Protein aus 102 Aminosäuren ist einer der Faktoren, die für die krankheitserregenden Eigenschaften des Bakteriums verantwortlich sind.

Die richtige Nucleotidsequenz besteht aus 306 Basen: 




atgtgattaatagacaaaaggagttatatgtataaattagaaaaagcacaagctaagcaa
gttgttggtggattatctttctgaacttttagtgcaggacttattatgatagttaatgca
cttactggggttgcacatgcagtaaatgacatttttcaaagtaccacagctaatgccaat
ggttctgatgatgataatgagaataaaaataatagttatcgctctaaaagcaattacttt
aacaccgcacggtttaaactaggattaaccccaggtagttcttcctattcctttccagtt
tttagt


Antworten zu den Fragen:
  1. Handelt es sich um eine lineare Sequenz mit erkennbarem Anfang und Ende, oder ist sie ringförmig? Da dasGen aus der Gesamtsequenz herausgegriffen wurde, ist es zwangsläufig linear; das Gesamtgenom ist aber ein Ring.
  2. Wieviele Basen enthält das Gen insgesamt? 306.
  3. Wieviele Aminosäuren sollte das Gen codieren? 102.
  4. Denken Sie daran, dass das Gesamtgenom des kleinsten Bakteriums aus 580 000 Basenpaaren besteht; berechnen Sie, wie oft Sie den Vorgang wiederholen müssten, um das gesamte Genom zu erfassen. 1895mal.



Anmerkungen:
Die beiden Übungen zeigen in sehr einfacher Form, wie die Rekonstruktion der Bakteriengenome in der Forschung abgelaufen ist. Die ursprüngliche DNA wurde in Tausende von Zufallsfragmenten gespalten. Diese Fragmente wurden einzeln kloniert; aus der mit solchen gentechnischen Methoden hergestellten „Klonbibliothek“ konnte man die einzelnen Fragmente in größeren Mengen gewinnen und chemisch sequenzieren. (Methoden der Gensequenzierung werden auf den Internetseiten des US-Energieministeriums im Zusammenhang mit dem Projekt des menschlichen Genoms erläutert.) Nachdem man die einzelnen Sequenzen ermittelt hatte, speicherte man sie im Computer, und dieser suchte dann nach Überlappungen, sodass man längere Sequenzabschnitte zusammenfügen konnte. Nachdem man eine vollständige, ringförmige Karte erstellt hatte und keine Überlappungen mehr fehlten, war die Aufgabe gelöst.

Es gibt im Zusammenhang mit der Sequenzierung des Genoms von Mycoplasma genitalium einige interessante Tatsachen und Zahlen. Alle 29 Wisenschaftler, die bei dem Projekt zusammenarbeiteten, sind als Autoren genannt. Fünf Personen ließen insgesamt 9846 Sequenzierreaktionen ablaufen, wobei über acht Wochen hinweg jeden Tag durchschnittlich acht Sequenzierautomaten benutzt wurden. Bei der ersten Rekonstruktion erhielt man 39 DNA-Sequenzen (sogenannte Contigs); die verbliebenen Lücken mußte man mit weiteren Befunden füllen. Um für die Sequenz eine Genauigkeit von 99 Prozent zu gewährleisten, sequenzierte man alle Abschnitte mehrmals (im Durchschnitt 6,5mal). Der Artikel, in dem die Arbeiten beschrieben sind ("The Minimal Gene Complement of Mycoplasma genitalium," von Fraser et al.) erschien am 20. Oktober 1995 in Science 270: 397-403. Sonderdrucke sind beim Institute for Genome Research erhältlich.

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