Генетика бактерий

Большинство бактерий имеют одну круговую хромосому, размер которой может быть от лишь 580 000 пар нуклеотидов в патогена человека Mycoplasma genitalium до 12 200 000 пар основ в бактерии Sorangium cellulosum, что живое в грунте. Спирохеты — известное исключение, некоторые из этих бактерий, например, Borrelia burgdorferi, причина болезни Лайма, содержат единую линейную хромосому. Бактерии также могут содержать плазмиды, которые являются маленькими позахромосомными молекулами ДНК, которые иногда содержат гены стойкости к антибиотикам или факторы вирулентности. Другой вид бактериальной ДНК — интегрированные вирусы (бактериофаги). Существуют много видов бактериофагов, некоторые просто заражают и разрушают бактерию-хозяина, когда другие вставляют свою ДНК в бактериальную хромосому. Бактериофаг может содержать гены, которые меняют фенотип хозяина: например, при эволюции Escherichia coli и Clostridium botulinum гены токсина бактериофагу превратили невинных наследственных бактерий на смертельных патогенных.

Бактерии, как бесполые организмы, наследуют идентичные копии генов своих родителей (то есть, они являются клонами). Однако, все бактерии могут эволюционировать путем изменений их генетического материала (ДНК) при мутациях. Частоты мутаций сильно зависят от вида бактерии и даже от штамма одного вида бактерий. Мутации у бактерий является следствием как случайных мутаций — ошибок при считывании на протяжении копирования и влияния радиации — так и «стрессовых мутаций», где бактерия нарочно увеличивает частоту мутаций в стрессовых условиях.

Некоторые бактерии также могут переносить генетический материал между клетками. Есть три основных пути, как это может происходить. Во-первых, бактерии могут принять экзогенную ДНК из своего окружения в процессе, который называется трансформацией. Чаще переносятся не хромосомные гены, а плазмиды. Гены могут также быть перенесены с помощью процесса трансдукции, когда бактериофаг, встраиваясь в бактерию привносит инородную ДНК к хромосомы. Третий метод передачи гена — бактериальная конъюгация, когда ДНК переносится прямым контактом между клетками, для чего могут использоваться некоторые типы ворсинок. Вообще все эти пути переноса генетического материала называются горизонтальным переносом генов, и часто происходят по естественных условий. Горизонтальный перенос генов играет у бактерий роль, кое-что подобный половому размножению у эукариотов. Этот процесс особенно важный в приобретении бактериями Резистентность (стойкость) к антибиотикам, поскольку он позволяет быструю передачу генов резистентности между бактериальными клетками.