Informace

Který organismus má nejmenší délku genomu?


Které zvíře/rostlina/cokoli má nejmenší genom?


Protože jste řekli rostlina/zvíře/cokoli, nabízím nejmenší genomy v různých kategoriích…

(Kb znamená kilobáze, Mb znamená megabáze. 1 Kb = 1 000 párů bází, 1 Mb = 1 000 kB)

  • Nejmenší rostlinný genom: Genlisea margaretae na 63 Mb (Greilhuber et al., 2006)
  • Nejmenší zvířecí genom: Pratylenchus coffeae (hlístice) při 20 Mb (velikost zvířecího genomu DB)
  • Nejmenší genom obratlovců: Tetraodon nigroviridis (pufferfish) při 385 Mb (Jailon et al., 2004)
  • Nejmenší eukaryot: Encephalitozoon cuniculi (mikrosporidian) na 2,9 Mb (Vivarès & Méténier, 2004)
  • Nejmenší volně žijící bakteriální genom: Nanoarchaeum eqitans na 491 kB (Waters et al., 2003)
  • Nejmenší bakteriální genom: Carsonella ruddii (endosymbiont) při 160 kB (Nakabachi et al., 2006)
  • Nejmenší genom čehokoli: Circovirus při 1,8 kB (pouze 2 proteiny !!) (Chen et al., 2003)

Doporučení…


chci říct Mycoplasma genitalium s velikostí genomu 582 970 bp. Ukázalo se, že odpověď je Nanoarchaeum eqitans s genomem 490 885 bp.

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

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14566062


Oba Mycoplasma genitalium a Nanoarchaeum equitans jsou obligátní paraziti / endosymbionti. To znamená, že jsou velmi závislí na svém hostiteli při podpoře svých životních funkcí a ztratili mnoho vlastních genů.

Skutečně volně žijící organismus s extrémně malým genomem (~ 1309 kbp, 1354 genů) je heterotrofní mořská alfa-proteobakterie Pelagibacter ubique [1].

Podrobnější analýzu naleznete zde: https://alamot.github.io/smallest_genome/

[1]: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16109880 Giovannoni SJ, Tripp HJ, Givan S, Podar M, Vergin KL, et al. (2005). „Zjednodušení genomu v kosmopolitní oceánské bakterii“. Science 309: 1242-1245.


Nejmenší volně žijící bakteriální genom: Nanoarchaeum eqitans na 491 kB (Waters et al., 2003) Stáhl jsem si tento dokument, který říká, že se jedná o archea a její obligátní symbiont, nikoli volně žijící bakterii. Přečtěte si prosím pozorně a poté nahrajte.


Nejmenší genom: Jaká je minimální částka DNA pro život?

Lidské tělo funguje na základě aktivity asi 35 000 genů, složených ze 3 miliard bází DNA. A dokonce i bakterie potřebuje stovky genů, aby se vyrovnala se svými metabolickými funkcemi. Ale do organismu, ve kterém je možný život, musí existovat extrém fungujících genů.

Němečtí vědci objevili v roce 2002 na severním Islandu velmi zvláštního mikroba obývajícího sopečné dno moře. Tyto bakterie se množí pouze ve velmi horkých vodách hydrotermálních průduchů bez kyslíku a bohatých na síru (spojených s podmořskými sopkami). Jeho název Nanoarchaeum equitans („primitivní trpasličí jezdec“) odkazuje na skutečnost, že tyto typy starověkých bakterií žijí na mnohem větším archebakteriu (starodávném druhu bakterií) zvaném Ignicoccuis („ohnivá koule“), na kterém závisí růst v povinné symbióze.

Mikrobi jsou tak malí (400 nanometrů), že 6 milionů by se vešlo do jehly. Pouze nanobakterie a nanobobi jsou menší, ale mnozí pochybují o jejich životním stavu.

Nanoarchaeum vlastní nejmenší genom na světě: pouhých 490 885 párů nukleotidových bází. Představte si, že 3 páry kódují aminokyselinu, že protein znamená od 50 do 100 aminokyselin až stovky a že každý gen má velký úsek DNA, který řídí jeho aktivitu jako startér. A mnoho částí DNA nekóduje geny. Takže si dokážete představit, jak málo genů tento organismus přežívá!

Chybí jí geny pro několik životně důležitých metabolických cest a Nanoarchaeum nedokáže syntetizovat většinu nukleotidů, aminokyselin, lipidů a kofaktorů. To může být slučitelné se životem, protože Nanoarchaeum je získává z Ignicoccus. Organismus také nemusí být schopen produkovat vlastní ATP (molekula transportující energii). Překvapivě byl v roce 2006 u menších symbiotických bakterií žijících uvnitř speciálních buněk hmyzu podobného mšicím jménem Carsonella ruddii nalezen ještě menší genom.

Je to jen jedna třetina velikosti genomu Nanoarchaeum 's: pouhých 159 662 párů bází DNA, které kódují pouze 182 genů kódujících protein.

Mšice jedí rostlinné šťávy, které jsou bohaté na cukr, ale postrádají bílkoviny, a proto se hmyz spoléhá na Carsonellu, aby získal vyváženou stravu. Bakterie vyrábějí aminokyseliny a sdílejí dobroty se svými hostiteli. Carsonella žije uvnitř buněk hmyzu a nemůže sama přežít.

Endosymbiotické bakterie žijí v extrémně stabilním světě, takže potřebují jednoduchý soubor pokynů a ztratily mnoho metabolických cest, které volně žijící bakterie potřebují k přežití po tolika generacích života v hmyzu.

Carsonella žije uvnitř psyllidního hmyzu zvaného Pachypsylla venusta. Je možné, že v evoluční minulosti bakterií byly některé její geny vloženy do genomu hmyzu, což hmyzu umožnilo produkovat některé z metabolitů požadovaných bakteriemi. Tímto způsobem bakterie ztratily tyto geny.

Živočišné a rostlinné buňky mají uvnitř sebe specializované struktury, nazývané organely, se specifickými funkcemi, a některé jsou odvozeny z endosymbiotických bakterií začleněných do buňky v průběhu evoluce. Organely zodpovědné za produkci energie, nazývané mitochondrie, jsou kdysi považovány za volně se pohybující bakterie, které větší buňky asimilovaly již dávno, a stále mají vlastní DNA. Možná jednoho dne malý genom Carsonella a#039 ztratí svou identitu úplně a mikrob se promění v organelu.


Nejmenší mnohobuněčný organismus

Hledal jsem nejmenší mnohobuněčný organismus a nezdá se, že by existovala nějaká dospělá stvoření s méně než tisícem buněk. Z nějakého důvodu se zdá, že neexistuje žádná evoluční výhoda, řekněme organismus dvou buněk nebo tři sta buněk. Zdá se, že to platí také pro kolonie buněk, jako jsou houby nebo řasy. Zdá se, že nikdo nemá vysvětlení, proč by to byla pravda.

Rozmanitost mezi organismy v řádu několika tisíc buněk je obrovská. Na jedné straně máme nematodový červ C. elegans, který má 959 somatických buněk s nervovým systémem asi 300 neuronů. Má svaly a metabolický systém, který funguje překvapivě jako lidé. Sexuálně se rozmnožuje spermatem a vejcem. Jeho genom má 100 milionů párů bází kódujících odhadem 17 800 genů.

Na druhé straně máme Trichoplax adhaerens, který je kandidátem na nejjednodušší mnohobuněčný organismus. Jedná se o jediný druh v kmeni phylum placozoa. Trichoplax se skládá z několika tisíc buněk, které se rozlišují do čtyř typů. Nemá žádné nervové ani svalové systémy. V zásadě to vypadá a působí jako velká améba. Reprodukuje se binárním štěpením nebo někdy pučením, i když sexuální reprodukce může být zapojena jako kvasinky. Má nejmenší genom ze všech známých zvířat s 50 miliony párů bází, což je jen dvakrát menší faktor než hlístice.

Obě zvířata jsou přibližně stejně velká a#8211 o délce několika milimetrů – a obě mají zhruba stejný počet buněk, ale používaly drasticky odlišné strategie přežití. Zdá se tedy, že omezení minimálního počtu buněk ve zvířeti není jednou z omezených strategií. Možná je to důsledek omezení molekulární biologie nebo buněčné fyziologie.


Shrnutí sekce

Prokaryoty mají chromozom s jednou smyčkou, zatímco eukaryoty mají více lineárních chromozomů obklopených jadernou membránou. Lidské somatické buňky mají 46 chromozomů skládajících se ze dvou sad 22 homologních chromozomů a dvojice nehomologních pohlavních chromozomů. Toto je 2n, nebo diploidní, stav. Lidské gamety mají 23 chromozomů nebo jednu kompletní sadu chromozomů. To je n, nebo haploidní, stát. Geny jsou segmenty DNA, které kódují konkrétní molekulu proteinu nebo RNA. Vlastnosti organismu jsou z velké části určeny geny zděděnými od každého rodiče, ale také prostředím, které prožívají. Geny jsou vyjádřeny jako charakteristiky organismu a každá charakteristika může mít různé varianty nazývané znaky, které jsou způsobeny rozdíly v sekvenci DNA pro gen.

Cvičení

Glosář

diploidní: popisuje buňku, jádro nebo organismus obsahující dvě sady chromozomů (2n)

gameta: haploidní reprodukční buňka nebo pohlavní buňka (sperma nebo vajíčko)

gen: fyzická a funkční jednotka dědičnosti je sekvence DNA, která kóduje konkrétní molekulu peptidu nebo RNA

genom: celý genetický komplement (DNA) organismu

haploid: popisuje buňku, jádro nebo organismus obsahující jednu sadu chromozomů (n)

homologní chromozomy: chromozomy stejné délky s geny na stejném místě diploidní organismy mají páry homologních chromozomů a členové každého páru pocházejí od různých rodičů

místo: pozice genu na chromozomu


Jaký je známý nejjednodušší organismus? (s obrázkem)

Který mikrob je nejjednodušší organismus, závisí na vaší definici živého organismu. Pokud jsou vyloučeny viry, priony, satelity, nanoboby, nanobakterie (neživé subbakteriální organismy), je nejjednodušší známý volně žijící organismus Mycoplasma genitaliums genomem pouze 580 000 párů bází a 482 genů kódujících protein. Mycoplasma genitalium je drobná parazitická bakterie, která žije v zažívacím a genitálním traktu primátů.

Pro srovnání, Carsonella ruddiiEndosymbiotická bakterie, která žije v rostlinných vších, má genom pouze 159 662 párů bází a pouze 182 genů, nejmenší ze známých. Nicméně, Carsonella ruddii nemůže žít sám a jako virus závisí na tom, zda hostitel přežije. Dříve teplomil, který žije kolem podvodních horkých pramenů, Nanoarchaeum equitansByl považován za nejjednodušší organismus s genomem dlouhým 490 885 párů bází a velikostí 400 nanometrů.

Mycoplasma genitalium a další „ultramikroskopické“ bakterie mají průměr v kuličce 200–300 nanometrů, menší než některé velké viry. 200 nm je zhruba limit konvenčního světelného mikroskopu, takže k pozorování těchto organismů je nezbytný elektronový mikroskop nebo mikroskop atomové síly. Mohou existovat ještě menší volně žijící organismy-takzvané nanobakterie nebo nanoboby mají velikost kolem 10-20 nanometrů, přestože jejich postavení živých organismů je kontroverzní. Z těchto objektů, což může být jednoduše růst nerostů, nebyla dosud úspěšně extrahována žádná DNA. Na druhé straně mezi nimi může být nejjednodušší organismus na světě.

Viry, které se nedokáží reprodukovat samostatně, jsou samozřejmě menší a jednodušší než bakterie. Některé z nejmenších RNA virů, retroviry, jako je virus Rousova sarkomu, mají genomy o délce 3 500 párů bází, průměr asi 80 nm a mají pouze čtyři geny. Nejmenší DNA viry mají menší velikost (18-26 nm), ale větší genomy, kolem 5 000 párů bází. Bakterie a viry s drobnými genomy mívají vysoký poměr genů kódujících proteiny (95–98%) ve srovnání s většími genomy, jako je lidský genom, kde pouze 1,5% genů kóduje proteiny.

V zajímavém zvratu v příběhu o nejjednodušším organismu se vědec Craig Venter, nositel Nobelovy ceny, Hamilton Smith, pracující v Institutu J. Craiga Ventera, pokouší vytvořit ještě jednodušší organismus, Mycoplasma laboratorium, který, pokud bude úspěšný, bude také prvním příkladem syntetického života. Užívání a Mycoplasma genitalium jako výchozí bod tým náhodně vyřadí geny a pozoruje výsledný organismus na známky života. Venter věří, že 100 ze 482 genů kódujících protein v Mykoplazma jsou nadbyteční a snaží se od začátku syntetizovat nový genom obsahující pouze 382 genů a poté jej injektovat do vykuchaného Mycoplasma genitalium, který by pak znovu oživil, ve Frankensteinově stylu. Toto se nazývá projekt minimálního genomu. Cílem je využít nejjednodušší organismus k výrobě velkého množství vodíku pro obnovitelné palivo.

Michael je dlouholetým přispěvatelem InfoBloom, který se specializuje na témata související s paleontologií, fyzikou, biologií, astronomií, chemií a futurismem. Kromě toho, že je vášnivým bloggerem, je Michael obzvláště nadšený výzkumem kmenových buněk, regenerativní medicínou a terapiemi prodloužení života. Pracoval také pro nadaci Methuselah, Institut singularity pro umělou inteligenci a nadaci Lifeboat Foundation.

Michael je dlouholetým přispěvatelem InfoBloom, který se specializuje na témata související s paleontologií, fyzikou, biologií, astronomií, chemií a futurismem. Kromě toho, že je vášnivým bloggerem, je Michael obzvláště nadšený výzkumem kmenových buněk, regenerativní medicínou a terapiemi prodloužení života. Pracoval také pro nadaci Methuselah, Institut singularity pro umělou inteligenci a nadaci Lifeboat Foundation.


Zebrafish, živé zrcadlo

V suterénu budovy Life Sciences je v řadách na kovových regálech systematicky rozmístěno přibližně 1 500 nádrží na ryby různých velikostí od aktovek po malé přepravky. Od oplodněného vajíčka po dospělého představuje zhruba 20 000 ryb celý životní cyklus zebrafish, což Bruce Draperovi poskytuje komplexní pohled na jejich růst.

"Pokud se díváte na proces vývoje - tedy od oplodněného vajíčka k plavání, krmení organismu - celý tento proces u savců probíhá v děloze, takže ve skutečnosti musíte obětovat matku, aby se embrya dostala ke studiu." jim, “říká Draper. "U zebrafish je to všechno vnější hnojení."

Část Draperova výzkumu se zaměřuje na problémy reprodukčního vývoje. Zebrafish (Danio rerio) jsou pro tento výzkum velmi vhodné, protože jejich embrya jsou čistá a poskytují okno do biologického aparátu za jejich vznikem. Jak ryby stárnou, vytvářejí pruhy a ztrácejí průhlednost.

Vědci tento problém obcházejí genetickou úpravou zebrafish gonádou - orgánem zodpovědným za produkci spermií a vajíček -, které září pod ultrafialovým světlem. To umožňuje nepřetržité sledování vývoje gonád, jak ryby rostou, a poskytuje vodítka o chorobách reprodukčního vývoje, jako je rakovina vaječníků.

Draper a jeho kolegové dříve identifikovali gen fgf24 jako důležitý pro vývoj gonád u zebrafish. Mutantní zebrafish vyvinul vadné gonády a měl omezené reprodukční schopnosti. I když není známo, že by tato specifická genová signalizace byla zapojena do vývoje savčích gonád, mnoho agresivních rakovin vaječníků koreluje s hyperaktivní signální cestou související s tímto genem. Celkově asi 84 procent genů spojených s lidskou nemocí má protějšky zebrafish.

Docent Bruce Draper používá zebrafish ke studiu vývoje gonád. Navrhl Steve Dana/UC Davis

Draper a jeho kolegové zkoumají, jak by sekvenování jednobuněčných RNA mohlo pomoci pokročit ve výzkumu. Tato technika umožňuje pohled na jednotlivé buňky a geny, které exprimují, ve vysokém rozlišení.

"Nyní na mnohem rafinovanější úrovni identifikujeme, jaké geny jsou vyjádřeny v konkrétních buňkách," říká a poznamenává, že nejagresivnější formy rakoviny vaječníků se obvykle vyskytují v buněčných výstelkách orgánu. "Máme velký zájem pokusit se identifikovat tyto epiteliální buňky v našem souboru dat, abychom se mohli začít ptát, jaké další geny jsou tam vyjádřeny."

Draperovy techniky pro tento projekt informuje Celina Juliano, jejíž kancelář je jen pár dveří od jeho.


6.1 Genom

Kontinuita života z jedné buňky do druhé má svůj základ v reprodukci buněk prostřednictvím buněčného cyklu. Buněčný cyklus je uspořádaný sled událostí v životě buňky od rozdělení jediné rodičovské buňky k produkci dvou nových dceřiných buněk až po následné rozdělení těchto dceřiných buněk. Mechanismy zapojené do buněčného cyklu jsou napříč eukaryoty vysoce konzervovány. Organismy tak rozmanité, jako jsou prvoky, rostliny a zvířata, používají podobné kroky.

Genomická DNA

Před diskusí o krocích, které se buňka zavazuje replikovat, je nutné hlouběji porozumět struktuře a funkci genetické informace buňky. Kompletní komplement DNA buňky se nazývá její genom. U prokaryot je genom složen z jedné dvouvláknové molekuly DNA ve formě smyčky nebo kruhu. Oblast v buňce obsahující tento genetický materiál se nazývá nukleoid. Některé prokaryoty mají také menší smyčky DNA zvané plazmidy, které nejsou pro normální růst nezbytné.

V eukaryotech genom obsahuje několik dvojvláknových lineárních molekul DNA (obrázek 6.2) navázaných na proteiny za vzniku komplexů nazývaných chromozomy. Každý druh eukaryota má charakteristický počet chromozomů v jádrech svých buněk. Buňky lidského těla (somatické buňky) mají 46 chromozomů. Somatická buňka obsahuje dvě uzavřené sady chromozomů, konfiguraci známou jako diploidní. Dopis n se používá k reprezentaci jedné sady chromozomů, proto je diploidní organismus označen 2n. Lidské buňky, které obsahují jednu sadu 23 chromozomů, se nazývají gamety nebo pohlavní buňky, kterým se označují tato vajíčka a sperma n, nebo haploidní.

Sladěné páry chromozomů v diploidním organismu se nazývají homologní chromozomy. Homologní chromozomy jsou stejně dlouhé a mají specifické nukleotidové segmenty nazývané geny v přesně stejném místě nebo lokusu. Geny, funkční jednotky chromozomů, určují specifické vlastnosti kódováním specifických proteinů. Rysy jsou různé formy charakteristiky. Například tvar ušních boltců je charakteristický s rysy volného nebo připojeného.

Každá kopie homologního páru chromozomů pochází od jiného rodiče, takže kopie každého z genů nemusí být identické. Variace jednotlivců v rámci druhu je způsobena specifickou kombinací genů zděděných od obou rodičů. Například na lidském chromozomu jsou tři možné genové sekvence, které kódují krevní skupinu: sekvence A, sekvence B a sekvence O. Protože všechny diploidní lidské buňky mají dvě kopie chromozomu, který určuje krevní skupinu, krevní skupinu ( znak) je určen tím, že jsou děděny dvě verze markerového genu. Je možné mít dvě kopie stejné genové sekvence, jednu na každém homologním chromozomu (například AA, BB nebo OO), nebo dvě různé sekvence, jako například AB.

Drobné odchylky ve vlastnostech, jako jsou krevní skupina, barva očí a výška, přispívají k přirozeným odchylkám v rámci druhu. Pohlavní chromozomy, X a Y, jsou jedinou výjimkou z pravidla homologních chromozomů, kromě malého množství homologie, která je nezbytná pro spolehlivou produkci gamet, geny nalezené na chromozomech X a Y nejsou stejné.


Co je to modelový organismus?

Když vědci hledají organismus, který by použili ve svých studiích, hledají několik vlastností. Mezi ně patří velikost, generace, dostupnost, manipulace, genetika, zachování mechanismů a potenciální ekonomický přínos. Vybrané bakterie, houby, rostliny nebo zvířata, která lze chovat a studovat jednoduchými metodami, a proto mají velký význam pro biologický a biomedicínský výzkum. Modelové organismy jsou, protože se používají jako model, obvykle prvními organismy království, jehož celý genom byl dekódován. To dále posouvá jejich výzkumné schopnosti.


Strom života

Jednostránkový dokument ve Vědě podává zprávu o tom, co si myslím, že je jedno z nejzajímavějších zjištění v mikrobiální genomice za poslední roky. Zprávy popisují sekvenování a analýzu genomu bakteriálního endosymbionta mšice. Tato bakterie, známá jako Carsonella, má genom TINY - pouze 160 kbp na délku. Tohle je

3krát menší než dříve známý nejmenší genom - genomu Nanoarchaeum equitans, který má genom 490 kbp.

Myslím, že téměř jistě by měl být tento symbiont považován za organelu. Postrádá mnoho buněčných funkcí, které se nacházejí iu těch nejredukovanějších symbiontů. V podstatě tedy nemusí jít o nejmenší genom buněčného organismu. Ale koho zajímá, jak to definujeme. Pokud je to nová organela - to je úžasné. Pokud je to malý buněčný genom - to je také úžasné.

Jedna věc, která mi přijde divná, je skutečnost, že papír je dlouhý jen jednu stránku. Obsahuje tak málo podrobností o tom, co bylo provedeno a co bylo nalezeno v genomu, že příběh je žalostně neúplný. Myslím, že to nějak souvisí se spěchem k publikování, ale také pravděpodobně kvůli tomu, že to vyšlo ve Vědě, která má vážná omezení stránek.

Tento dokument z platných důvodů získává ENORMNÍ tiskové zpravodajství. Ale souhlasím s Craigem Venterem (viz článek New Scientist), že tento genom nemá velký význam pro snahy o vytvoření „minimálního“ genomu. Důvodem je, že ideální minimální genom je takový, který může podporovat nezávislý život. Carsonella, není zdaleka nezávislá, a představuje tedy opravdu divoký evoluční příběh, ale pro studie minimálního genomu nemá žádný velký význam.


Nakabachi, A., Yamashita, A., Toh, H., Ishikawa, H., Dunbar, H., Moran, N., & amp Hattori, M. (2006). 160kilobázový genom bakteriální endosymbiont Carsonella Science, 314 (5797), 267-267 DOI: 10,1126/science.1134196


Podívejte se na video: 1 - Charakteristika živých soustav BIO - Úvod do biologie (Listopad 2021).