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Lexikon der Biologie: Bakterienchromosom

Bakterienchromosom s, Bezeichnung für das genetische Material der Bakterien. (Ursprünglich bezeichnete man als Chromosomen morphologische Strukturen, die nach spezifischer Anfärbung in Zellkernen von Eukaryoten beobachtbar waren.) Das Bakterienchromosom ist meist ringförmig geschlossen, typischerweise in Einzahl in einem spezifischen, ribosomenfreien Bereich (Nucleoid-Region) in der Zelle als fibrilläre Struktur, die aber nicht von einer Kernmembran umgeben ist, zu erkennen. Es ist nicht nucleosomal (Nucleosom) organisiert. In wachsenden Zellen, vor einer Teilung, können 2 oder noch mehr Bakterienchromosomen vorhanden sein; selten liegen sie auch in ruhenden Zellen in doppelter Anzahl vor. Lineare Chromosomen wurden bisher nur bei wenigen Bakterien beobachtet, z. B. Borrelia burgdorferi (Borrelia) und Streptomyceten. Die erste vollständige Entschlüsselung der Sequenz des Erbmaterials gelang beim Bakteriums Haemophilus influenzae (1995, vgl. Tab. ; Haemophilus). Bestuntersuchtes Bakterienchromosom ist das Chromosom von Escherichia coli, das aus einem einzigen, einfachen (haploiden), außerordentlich großen DNA-Doppelstrang (Desoxyribonucleinsäuren) besteht: "Dicke" etwa 2,0 nm, Konturlänge rund 1360 μm, relative Molekülmasse ca. 2,8 · 109 (entspricht ca. 4 · 106 Nucleotidpaaren), mit etwa 4288 Genen. Das Chromosom des pathogenen Bakteriums Mycoplasma genitalium (Mycoplasmen) enthält dagegen nur 0,58 Millionen Nucleotidpaare mit etwa 480 Genen. Das riesige DNA-Molekül von E. coli ( vgl. Abb. ) liegt nativ als geschlossener Ring vor, was mit der Tatsache in Einklang steht, daß man für das E.-coli-Chromosom eine ringförmige Genkarte gefunden hat. Das Bakterienchromosom liegt eng und kompakt gefaltet ("supercoil"-Form; supercoil) als Kernäquivalent (DNA; Nucleoid) vor und ist mit spezifischen Proteinen und RNA assoziiert, die wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei der Kondensation und den regulativen Prozessen spielen. Neuerdings sind auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen von Bakterien der Gattungen Pirellula (Planctomycetales) und Gemmata einfache membranartige Hüllen (Pirellulosomen) um ihr Chromosom beobachtet worden. Neben dem einzigen ringförmigen Bakterienchromosom enthalten die meisten Bakterienzellen noch ein oder mehrere, viel kleinere Plasmide (relative Molekülmasse 5–100 · 106), überwiegend doppelsträngige DNA-Ringe, seltener mit linearem Aufbau. Das Bakterienchromosom konnte nach Spreitung im elektronenmikroskopischen Bild und durch elektronenmikroskopische Autoradiographie dargestellt werden. Die Kartierung der relativen Positionen der Gene auf dem Bakterienchromosom wird durch genetische Rekombinationsprozesse (Rekombination) experimentell ermöglicht (sexuelle Konjugation, Transformation, Transduktion). Bakteriophagen, F-Duktion, Insertionselemente.

G.S.




Bakterienchromosom

Elektronenmikroskopische Aufnahme des DNA-Moleküls von Escherichia coli nach Freisetzung aus einer geplatzten (lysierten) Zelle; links unten ein kleines ringförmiges Plasmid-DNA-Molekül

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