Сравнительный анализ геномов трех микоплазм
Определены и опубликованы полные нуклеотидные последовательности геномов четырех микоплазм - Mycoplasma genitalium (580 070 н. п.), M. pneumoniae (816 394 н. п.), Ureaplasma urealyticum (751 719 н. п.) и M. pulmonis (963 879 н. п.) ( Fraser et al., 1995 ; Himmelreich et al., 1997 ; Glass et al., 2000 ; Chambaud et al., 2001 ).
Статистические данные, соответствующие нуклеотидным последовательностям геномов трех из этих микоплазм, представлены в табл. 6 . Секвенирована значительная часть хромосомы других микоплазм: M. capricolum - около 1100т. н. п. ( Bork et al., 1995 ), M. fermentans - 1200т. н. п. ( Heiner et al., 1998 ) и M. hyopneumoniae - 902 т. н. п. ( Minion et al., 2000 ).
Рассматриваемые микоплазмы значительно различаются по содержанию G+С. Плотность кодирования (соотношение суммарной длины открытых рамок считывания к общей длине хромосомы) выше всего у U. urealyticum, геном которой отличается наиболее богатым содержанием А+Т. Средняя длина ОРС в геноме U. urealyticum (1155 н. п.) также больше, чем у M. genitalium (1087 н. п.) и M. pneumoniae (1070 н. п.). Можно заключить, что обогащение АТ-богатыми последовательностями происходит по всему геному, а не только за счет некодирующих последовательностей. Связано ли некоторое увеличение средней длины ОРС и уменьшение доли генома, занятой некодирующими последовательностями, с его низким GC-составом, неясно.
U. urealyticum , M. pneumoniae и M. genitalium принадлежат к одной ветви филогенетического древа, однако ветвь уреаплазм несколько дистанцирована от ветви микоплазм. Несмотря на близкородственные отношения этих микоплазм, все три генома существенно различаются по своей структуре.
В составе геномов M. genitalium и M. pneumoniae выделяют шесть сегментов, содержащих кластеры размещенных в определенном порядке ортологичных генов, причем порядок расположения генов в сегментах консервативен у обеих микоплазм ( Himmelreich et al., 1997 ). Больший размер генома M. pneumoniae обусловлен присутствием в геноме дополнительных последовательностей, локализованных между сегментами. Однако взаимное расположение сегментов на хромосомах M. genitalium и M. pneumoniae различно. На границах сегментов в хромосоме M. pneumoniae присутствуют один или несколько повторяющихся элементов - RepMP1, RepMP2/3, RepMP4 или RepMP5. Подобные последовательности выявлены и в геноме M. genitalium, где они охарактеризованы как повторяющиеся элементы MgPar ( Fraser et al., 1995 ). MgPar имеют определенную гомологию со всеми повторяющимися элементами M. pneumoniae, кроме RepMPl.
Предполагают, что реорганизация генома M. genitalium произошла путем транслокации целых сегментов вследствие гомологичной рекомбинации между повторяющимися последовательностями ДНК микоплазм ( Himmelreich et al., 1997 ). В пользу этого предположения служит обнаружение у микоплазм гена rесА, отвечающего за гомологичную рекомбинацию. Примечательно, что, несмотря на геномные перестройки, в результате транслокации сегментов в геномах этих микоплазм не возникло помех двунаправленной транскрипции, начинающейся вблизи предполагаемого сайта начала репликации и идущей без перерыва в обоих направлениях.
Такое строгое соблюдение направленности транскрипции не было обнаружено в геномах других бактерий ( Herrmann, Reiner, 1998 ). При различии в содержании G+С в геномах M. genitalium и M. pneumoniae, достигающем 8 мол%, порядок генов в сегментах геномов в целом не отличается. Однако не все локализованные в геноме микоплазм повторяющиеся элементы вовлечены в транслокацию сегментов: внутри самого крупного сегмента также обнаружены четыре повторяющихся элемента в геноме M. pneumoniae и три - в геноме M. genitalium.
Предполагают, что должен существовать механизм, накладывающий ограничения на перестройки в этих сегментах или встраивание в них других сегментов ( Herrmann, Reiner, 1998 ).
По организации хромосомы U. urealyticum значительно отличается от M. genitalium и M. pneumoniae. Сегменты, характерные для хромосом M. genitalium и M. pneumoniae, отсутствуют, и порядок расположения генов на хромосоме, за исключением нескольких высококонсервативных оперонов (S10, spc, альфа-оперон), отличается. Геномы M. genitalium и M. pneumoniae содержат по одной копии оперона рРНК, а U. urealyticum - две.
Сравнение структур геномов подтверждает вывод, что U. urealyticum эволюционно дистанцирована от ветви M. genitalium и M. pneumoniae.
Смотрите также:
