Bakteriengenetik

Veröffentlicht von: Dr. rer. nat. Geraldine Nagel

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Bakterien besitzen ähnliche, aber nicht vollkommen gleiche genetische Eigenschaften wie menschliche Zellen.

In menschlichen Zellen liegt das Erbmaterial, die DNA, im Zellkern vor und wird durch die Kernmembran vom umgebenden Zytoplasma der Zelle abgegrenzt. Die DNA der Bakterien befindet sich dagegen ohne Membranbegrenzungen direkt im Zytoplasma der bakteriellen Zelle: Die doppelsträngige Bakterien-DNA liegt als sogenanntes Kernäquivalent (Nukleoid) vor – in dieser Struktur liegt die DNA stark spiralisiert und verknäuelt vor. Auf diese Weise lässt sich Platz sparen. Im Unterschied zu menschlichen Zellen, in denen das Erbgut auf verschiedenen Chromosomen verteilt ist, ist das Erbmaterial der Bakterien als ein einziges ringförmiges Molekül organisiert und wird auch Bakterienchromosom genannt.

Aufbau der DNA

Das Bakterienchromosom, also das ringförmige DNA-Molekül der Bakterien, besteht wie die DNA der menschlichen Zellen aus zwei sich zueinander ergänzenden (komplementären) DNA-Strängen, die aus kleineren Untereinheiten, den Nukleotiden, zusammengesetzt sind.

Die Grundstruktur eines Nukleotids besteht aus Monosacchariden (Einfachzuckern), Phosphorsäure und einer von vier Nukleinbasen. Diese vier Basen sind:

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Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin können Basenpaare bilden.

Zur Vereinfachung verwendet man in der Literatur nur die Abkürzungen der vier Basen (A, T, C und G), um den genetischen Code eines Lebewesens zu beschreiben. Die spezifische Abfolge dieser vier verschiedenen Basen codiert die genetische Information für die Synthese von Proteinen.

Dieses Prinzip der Informationscodierung ist bei den Zellen aller Lebewesen einschließlich des Menschen gleich und wird deswegen universeller Code genannt. Durch Wasserstoffbrückenbindungen lagern sich entweder die Basen Adenin und Thymin oder die Basen Cytosin und Guanin zusammen. Aus diesen Basenpaaren entsteht die typische Strickleiterstruktur der DNA.

Das Erbgut des Bakteriums Escherichia coli ist, wie bei vielen anderen Bakterienarten, vollständig sequenziert. Es besteht aus insgesamt aus 4,6 Millionen Basenpaaren und trägt die genetische Information für die Synthese von 4.288 verschiedenen Proteinen. Zum Vergleich: Das Genom des Menschen besteht aus circa 3.080 Millionen Basenpaaren und 20.000 bis 25.000 Genen.

Der Quotient aus der Anzahl der Basenpaare Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin ist bei jeder Bakterienart konstant und kann benutzt werden, um eine Systematik der Bakterien aufzustellen.

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