Giải mã genome nhỏ nhất của vi khuẩn

Cuộc đua kiếm tìm genome sinh Chiều hướng vật nhỏ nhất tiến hóa của mối quan hệ nội nay đã bất ngờ bước sang cộng sinh. một giai đoạn mới. Công trình mới đã công bố genome ~422-kb của vi khuẩn cộng sinh rệp cây, Buchnera aphidicola. Tuy nhiên, nhóm Nakabachi et [2] al đã công bố genome thậm chí nhỏ hơn của loài vi khuẩn cộng sinh o ng thành trùng Carsonella ruddii.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải mã genome nhỏ nhất của vi khuẩn Giải mã genome nhỏ nhất của vi khuẩn 1) Cuộc đua kiếm tìmChiều hướng genome sinhtiến hóa của vật nhỏ nhấtmối quan hệ nội nay đã bấtcộng sinh. ngờ bước sang một giai đoạn [1]mới. Công trình mới đãcông bố genome ~422-kb củavi khuẩn cộng sinh rệpcây, Buchnera aphidicola. Tuynhiên, nhóm Nakabachi et [2]al đã công bố genome thậmchí nhỏ hơn của loài vi khuẩncộng sinh o ng thànhtrùng Carsonella ruddii. Nhưvậy, đây là hai genome nhỏnhất của vi khuẩn đã đượcgiải mã tính đến thời điểmnày. Mặc khác, những genomenày cũng thậm chí còn tươngđương với kích thước geomecủa lục lạp (trên cạn.2) Các quan hệ cộng sinh là mốiquan hệ sinh thái tương đối phổbiến ở các động vật khôngxương sống, trong đó có cácloài sâu bọ quan trọng trongnông nghiệp và y khoa. Ngườita ước tính khoảng 10% nhu cầuvề các chất dinh dưỡng nhưcofactor, amino acid hoặc cácchất thiết yếu khác mà côn trùngkhông thể tiếp nhận qua thức ănthì đều được cung cấp bởi cácloài vi khuẩn nội cộng sinhtrong cơ thể của chúng [3]. Đốitượng được tập trung nghiêncứu nhiều nhất là loài vikhuẩn B. aphidicola. Loài vikhuẩn này đã sản sinh tất cả cácamino acid không thay thế, chỉtrừ tryptophan, bên trong mộtnhóm tế bào chuyên hóa của cơthể rệp cây. Những con rệp câymẹ đã truyền vi khuẩn B.aphidicola cho con cháu mìnhđã từ vài trăm triệu năm trướcđây. Trong quá trình tiến hóacủa mối quan hệ vật chủ - vậtcộng sinh này, khoảng 75%genome của loài B.aphidicola đã bị loại bỏ để cònlại genome khoảng 600 - 700 kb [4],[5]như hiện nay . Tronggenome này giờ đây chỉ còn lạinhững gene tối thiểu cần thiếtcho quá trình sinh trưởng của vikhuẩn bên trong một hệ sinhthái kép kín với vật chủ. Thựctế, khoảng 88% enzyme của loàicộng sinh này có thể dự đoánđược chức năng thông qua thuậttoán network với các phản ứngsinh hóa mô phỏng điều kiệnsinh lý nội cộng sinh.3) Không chỉ là genome vikhuẩn nhỏ nhất, hai genome nàycũng là những genome ổn địnhnhất, vì không đòi hỏi các DNAngoại sinh, không chứa các trìnhtự lặp quá 25 bp, và không xảyra sự tái tổ hợp nhiễm sắc thểtrong khoảng từ 50 đến 100triệu năm gần đây [5]. Điều nàycho thấy đây là một hệ thốngsinh học cực kỳ bền vững từ saukhi gọt bớt dần dần genome củaloài cộng sinh [5]. Tốc độ biếnmất một gene trong genomeđược ước tính mất khoảng 5 đến [5]10 triệu năm . Điều này phùhợp với ước đoàn của Muller vềcác đột biến mất gene được tíchlũy trong các quần thể nhỏ vôtính mà không có sự tiếp nhậnthêm gene mới. Kết cục nhữngloài sinh vật như vậy có thể suygiảm sức sống theo thời giancho đến khi tuyệt chủng hoàntoàn. Người ta hiện này còntranh cãi rằng quá trình thoáihóa gene có thể dừng lại haygenome loài nội cộng sinh sẽtiếp tục gọt rũa gần dần gây nênsự tử vong hàng loạt của loài vikhuẩn này cũng như sự suythóai của những vật chủ củachúng.4) Hai geome mới được giải mãnày đã vượt qua giới hạn của 2genome giải mã trước đó cũngcủa B. aphidicola có kích thướctừ 615 đến 641 kb. Genome mớicủa B. aphidicola từ loài rệpcây Cinara cedri (gọi làchủng B. aphidicola BCc) cómột nhiễm sắc thể dài ~416 kbvới 362 gene mã hóa protein vàmột plasmit vòng dài 6 kb [1].Trong khi đó, nhiễm sắc thể củaloài C. ruddii chỉ dài ~160 kbmã hóa không quá 182protein [2]. Cả hai vi khuẩn trênđều không mang các gene mãhóa hầu hết protein chức năngvận chuyển và xuyên màng,phát hiện này khẳng định hệthông vận chuyển tự do theocon đường khuyếch tán thụđộng để trao đổi các chất sinhdưỡng (metabolites) giữa vậtchủ và vật cộng sinh. Người tacũng không tìm thấy gene nàomã hóa cho con đường sinh tổnghợp tryptophan trên BBcgenome, mặc dù thực nghiệm đãchỉ ra rằng các loài rệp cây sinhsống phụ thuộc vào nguồn [1]tryptophan từ vi khuẩn .Nhóm tác giả giả định rằng quátrình biến mất gene tiếp theotrên genome vật nội cộng sinhsẽ là một biến đổi gây chết đốivới các con côn trùng. Nhóm [1]Pérez-Brocal et al đề xuất khảnăng thoát khỏi tình thế nàybằng cách thay thế chủng BBCcbằng một vật cộng sinh thứ cấpđể cung cấp nguồn tryptophan.