Bakteriális genom térképezés Készítette: Mlinarics Edina IV. Biológus Bioinformatika SZIT

A genetika célja általában a genom szerkezetének, működésének és evolúciójának megértése A géntérkép fontos eszköz a genetikusok kezében

Munka eredményessége szorosan összefügg a rendelkezésre álló technikával 1980-as évek közepéig a géntérképezés a rekombinációs kapcsoltságon alapult A fő áttörést a fizikai térkép megalkotása jelentette  Az első, még hiányos térképet 1987-ben publikálták 1995-ben közzétették az első teljes genom szekvenciát Mostanra 16 baktérium és más organizmus genom szekvenciáját jelentették meg Közel 50 folyamatban van

Bakteriális kromoszóma in vivo genetikai térképezése Rekombinációs adatokon alapszik A vizsgált markerek rekombinációs frekvenciája utal a gének fizikai távolságára. A módszer fejlődésével egyre pontosabb térképeket készítettek (1992 Streptomyces coelicolor 130 lókusz)

Fizikai (makrorestrikciós) térképezés Az első fizikai kromoszóma térképet 1987-ben publikálták E.coli K12 50 kbp –nál nagyobb fragmenteknek agaróz gélen való futtatása nem lehetséges 2 feltétel szükséges  Kevés hasító hellyel rendelkező enzimek a kromoszómán  Olyan eszközök amiket nagy fragmentumok vizsgálatára használnak

Ritkán-vágó hely-specifikus endonukleáz Fizikai térképezésnél fontos,hogy a fragmentumokat el lehessen rendezni Random törések megelőzése, melyek az extrakciós eljárásnál deformáció során keletkeznek 1. Csapdába ejtik a sejteket 2. A sejtek lízise az agarózon belül történik 3. Kis molekulák eldiffundálnak a DNS bent marad 4. Az endonukleáz behatol az agarózhálóba és szétvágja a DNS-t 5. A kapott fragmentumokat elektoforézissel szétválasztják

Különböző tipusú enzimeknek csak korlátozott számú hasítóhelye van a kromoszómán Kb. 8 restrikciós enzim tartozik a II. tipusú ritkán vágó enzimek közé A NotI-t, ami 8bp szekvenciát ismer fel széles körben használják

Pulsed Field Gel Elecrophoresis (PFGE) Schwartz és Cantor által tervezett eljárás Nagyon nagy DNS darabok ( kbp) 2 elektródpárt alkalmaznak a gél körül, felváltva működtetik A hosszú DNS szakaszok hossztengellyel megegyező térerő irányába vándorolnak Minél hosszabb a DNS, annál lassabb a reorientáció Tehát a hosszabb DNS darabok lassabban, míg a rövidebbek gyorsabban vándorolnak

Hátrányok: 1. A térképezést gátolhatja, ha túl sok fragment keletkezik az emésztés során 2. Ha a fragmentek túl kicsik, lemosódnak a gélről, mielőtt meg lehetne őket vizsgálni

Makrorestrikciós térképek készítése Számos módszert használnak a fragmentek sorba állítására (a kromoszómának megfelelően) 1. A fragmenteket amiket az első endonukleázos hasítás után kinyertünk újra emésztjük egy másik enzimmel Ezt elvégezzük fordítva is( először emésztünk a második enzimmel,majd másodjára az elsővel) Ez a módszer akkor pontos, ha a másodlagos emésztés után a fragmentek száma nem haladja meg a 20-25

2. Még pontosabb genomikai elhelyezkedést eredményez a nagy számú fragmenteknél a szomszédos kapcsolt fragmenteknél Az összekapcsoló klón az a klón, ami tartalmazza egy ritkán vágó enzim felismerési helyét és átfed 2 szomszédos makrorestrikciós fragmentummal A szomszédos fragmenteket kontigoknak nevezik, utalva az egymást érintő pozíciójukra a kromoszómán A klónokat meg lehet jelölni marker beillesztésével  A Listeria monocytogenes kromoszómájának a NotI helyét Km r kazettával jelölték

Ez a kazetta DNS szekvencia, ami transzpozonból származik és antibiotikum rezisztenciát hordoz (ebben az esetben kanamicyn-t) Az ismert ORF-t hasonlóképpen lehet markerként használni Willems és mts 1998-ban sorba állították a Coxella burnetii genomjának 58 db NotI/Sau3 fragmentjeit

3. Smith és Birnstiel 1976-ban kidolgozott egy módszert, amit 1998-ban A Pseudomonas aeruginosa térképezésére használtak A fragmentumokat, amiket részlegesen emésztettek sűrűn emésztő enzimekkel, PFGE-vel szeparálták azután hibridizálták a próbák végeit olyan fragmentumokkal amelyeket ugyanabból a genomból csináltak ritkán hasító enzimek felhasználásával Egydüli sűrűn hasító enzimmel készült fragmentun hibridizálása 2 próbával azonosítja a ritkán hasító enzimmel kialakított kontigot Ismétlődő szekvenciák v. mobilis elemek kópiái téves sorba állítást eredményezhetnek

A rendezett klón DNS könyvtár v. enciklopédia Tartalmazza a DNS fragmentumok könyvtárát vektorba klónozva, a kromoszómán való átfedési sorrendnek megfelelően Az elsőt 1987-ben hozták létre

A vektor kiválasztása a rendezett klón könyvtár A lambda-alapú vektorok kbp Kozmid 5-50 kbp PI-alapú vektorok 90 kbp YACs kbp BACs kbp A BACs-ban (E.coli ) F-plazmid replikációs eredetű, ezek stabilabbak és széles körben használják az eukarióta gén könyvtárhoz

AZ E.Coli K12 Kromoszóma térképe A genetikai kapcsoltsági térkép 99 gént mutatott(1964) később 166 –t (1967) ez egy hagyományos géntérképezési eljáráson alapult ami konjugáció utáni rekombinációt vagy PI fággal való transzdukciót használt Ez a megközelítés bizonyította először a bakteriális genom cirkularizáltságát Egyre teljesebb géntérkép, ahol 1500 gén pozíciója ismert, ami a teljes kromoszóma 20-25%

A Bakteriális genom első fizikai térképének publikálása új távlatokat nyitott a molekuláris biológia egyik irányzatában a genomikában ( a genom strukturák vizsgálatában) KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!