Genomische DNA in Prokaryoten

Das Genom der meisten prokaryotischen Organismen besteht aus einer Doppelstrang-DNA, die in einem zirkulären Chromosom in einem Bereich des Zytoplasmas der Nukleoid bezeichnet wird organisiert ist. Zur möglichst effizienten Lagerung ist das Chromosom eng gewickelt (supercoiled). Prokaryoten enthalten auch weitere kreisförmige DNA Stücke, die Plasmide genannt werden. Diese Plasmide sind kleiner als das Chromosom und tragen oft Gene, die adaptive Funktionen wie z.B. Antibiotikaresistenz übertragen.

Genomische Diversität der Bakterien

Obwohl das bakterielle Genom viel kleiner als das eukaryotische Genom ist, variiert es erheblich in Größe und Gengehalt. Eines der kleinsten bekannten bakteriellen Genome ist das von Mycoplasma genitalium. Es ist ein sexuell übertragbarer Erreger, der beim Menschen Harnwegs -und Genitalieninfektionen verursacht. Das Genom des M. genitalium ist nur 580.076 Basenpaare lang und besteht aus 559 (476 kodierende und 83 nicht-kodierende) Genen. Am anderen Ende des Spektrums liegt ein bestimmter Stamm des Sorangium cellulosum, ein bodenbewohnendes Bakterium. Das Genom des S. cellulosum ist mit einer Länge von 14.782.125 Basenpaaren enorm lang für ein Bakterium und kodiert 11.599 Gene.

Bakterien können durch Plasmide Antibiotikaresistenzen entwickeln

Vor der Entdeckung von Antibiotika konnten schon kleinere Verletzungen zum Tod führen, da einfache bakterielle Infektionen nicht gestoppt werden konnten. Die Entdeckung des Penicillins im Jahre 1928 läutete die Ära der Antibiotika ein. Sie ist durch revolutionäre medizinische Behandlungsmethoden und die Erhöhung der Lebenserwartung gekennzeichnet. Der übermäßige Einsatz von Antibiotika bei Menschen und landwirtschaftlichen Nutztieren hat jedoch dazu geführt, dass einige Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickelt haben. Dadurch sind diese weniger wirksam oder unwirksam geworden. Antibiotika-Resistenzgene können auf Plasmiden übertragen werden. Das ist problematisch, da viele Bakterien Plasmide mit entfernt verwandten Arten austauschen können. Dieser Prozess wird als bakterielle Konjugation bezeichnet. Antibiotikaresistenzen können sich daher schnell durch Bakterienpopulationen verbreiten, was die dringende Notwendigkeit der Entwicklung neuer Antibiotika unterstreicht.