Tom 51, 2002
Numer 3 (256)
Strony 283 296
MAŁGORZATA ŁOBOCKA
Zakład Biochemii Drobnoustrojów
Instytut Biochemii i Biofizyki PAN
Pawińskiego 5A, 02-106 Warszawa
e-mail: [e-mail]
LINIOWE PLAZMIDY BAKTERYJNE
WPROWADZENIE
Problem replikacji 3 końców liniowych współaut. 2000, UZ i współaut. 2000, RAVEL i
cząsteczek DNA wynika z właS
ciwoS
ci po- współaut. 2000, KRUM i ENSIGN 2001,
wszechnie występujących polimeraz replika- GOETHALS i współaut. 2001, SHIMIZU i
cyjnych. Zapoczątkowanie przez nie syntezy współaut. 2001, BROWNK i współaut. 2002,
nowego łańcucha DNA na starej matrycy nie PANG i współaut. 2002). Często warunkują one
odbywa się samoistnie, a poprzez dołączenie lekoopornoS
ć lub infekcyjnoS
ć patogennych
deoksyrybonukleotydu do grupy OH na 3 ko- szczepów bakteryjnych (MEINHARDT i
ńcu tzw. primera, najczęS
ciej krótkiego RNA współaut. 1997, RAVEL i współaut. 1998). Wiele
komplementarnego do poprzedzającego start z nich to megaplazmidy, kodujące enzymy
replikacji rejonu matrycy. Dlatego replikacja li- całych szlaków metabolicznych związanych z
niowego DNA przez polimerazę prowadzi do wykorzystaniem okreS
lonych związków
skracania końców 5 nowo syntetyzowanych (SVEKI i współaut. 1999). Niektóre oprócz
nici w każdej rundzie. W chromosomach orga- funkcji plazmidowych kodują funkcje fagowe.
nizmów eukariotycznych problem replikacji Profag bakteriofaga N15 Escherichia coli, po-
końców został rozwiązany przez ich pularnej pałeczki okrężnicy, występuje w ko-
wydłużanie o setki kopii identycznych frag- mórkach tej bakterii w formie liniowego pla-
mentów DNA, z udziałem enzymu telomerazy. zmidu (RYBCHIN i SVARCHEVSKY 1999).
W większoS
ci chromosomów i plazmidów bak- Z ponad pięćdziesięciu zsekwencjonowa-
teryjnych prostym ominięciem tego problemu nych do tej pory chromosomów bakteryjnych
okazała się cyrkularyzacja cząsteczek DNA. kilka ma strukturę liniowych cząsteczek DNA.
Jeszcze do niedawna koliste cząsteczki DNA Liniowe chromosomy są charakterystyczne dla
uznawano za atrybut organizmów prokario- bakterii z rodzaju Saccharopolyspora, Strepto-
tycznych. Dopiero badania ostatnich kilkuna- myces, Borrelia i prawdopodobnie Coxiella
stu lat doprowadziły do wykrycia liniowych (VOLFF i ALTENBUCHNER 2000, WILLEMS i
form DNA u bakterii. współaut. 1998). U patogennego dla roS
lin
Liniowe plazmidy zidentyfikowano u bak- szczepu C58 Agrobacterium tumefaciens je-
terii Gram-dodatnich z rodzaju Streptomyces, den liniowy i jeden kolisty chromosom
Rhodococcus, Mycobacterium, Clavibacter, składają się na całoS
ć genomu (GOODNER i
Lactobacillus oraz u bakterii Gram-ujemnych z współaut. 2001). Przypuszczalnie liniowe
rodzaju Borrelia, Xantobacter, Klebsiella chromosomy bakteryjne powstały z kolistych
(ROUSSEL i współaut. 1993, NETOLITZKY i chromosomów na skutek ich rekombinacji z li-
współaut. 1995, PICARDEAU i VINCENT 1997, niowymi plazmidami. U bakterii z rodzaju
BERGERON i współaut. 1998, PALMER i Streptomyces i Borrelia liniowe chromosomy
284 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
współistnieją z liniowymi plazmidami o struk- riotycznymi telomerami (Ryc. 1; KOBRYN i
turze i, często, sekwencji końców podobnej do CHACONAS 2001). Bardziej liczny tworzą
struktury i sekwencji końców chromosomów cząsteczki o końcach 5 związanych z
A
TIR
TP
TIR
B
Ryc. 1. Struktura liniowych plazmidów bakteryjnych.
(A) Struktura plazmidów o końcach 5 kowalencyjnie związanych z białkiem. Rejony końcowych odwróconyh
powtórzeń podobnych sekwencji (TIR) oznaczono strzałkami. Białka kowalencyjnie związane z końcami 5 nici
DNA (TP) oznaczono czarnymi kropkami. (B) Struktura plazmidów o kowalencyjnie zamkniętych końcach (wg
HINNEBUSHA i TILLY 1993).
ich bakteryjnego gospodarza (CASJENS i białkiem, mniej liczny  cząsteczki o kowalen-
współaut. 1997, BEY i współaut. 2000, CASJENS i cyjnie zamkniętych końcach, przypomi-
współaut. 2000, SPATZ i współaut. 2002). nających strukturę szpilki do włosów. W obu
Wewnątrz komórki liniowe replikony drogą typach cząsteczek sekwencja jednego końca
rekombinacji mogą wymieniać się końcami powtarza się w odwrotnej orientacji na prze-
(PIZA i współaut. 1998). ciwległym końcu, a utworzone w ten sposób
Zaobserwowano dwa typy liniowych pla- rejony końcowych odwróconych powtórzeń
zmidów i chromosomów bakteryjnych róż- (ang. terminal inverted repeat, TIR), mogą być
niące się strukturą końców, zwanych proka- różnej długoS
ci.
WYSTĘPOWANIE I ZNACZENIE LINIOWYCH PLAZMIDÓW
Badania nad liniowymi plazmidami prowa- S. parvulus i chloramfenikolu przez S. venezu-
dzone są głównie w związku z ich mechani- elae zależy od obecnoS
ci w komórkach tych
zmem replikacji, występowaniem w szczepach szczepów olbrzymich, liczących odpowiednio
bakterii o szczególnym znaczeniu dla człowie- 350, 520 i 130 tysięcy par zasad (tpz) długoS
ci
ka, a także użytecznymi lub związanymi z pato- liniowych plazmidów (MEINHARDT i współaut.
gennoS
cią cechami fenotypu. U bakterii Gram- 1997).
dodatnich najwięcej liniowych plazmidów wy- Rodzaj Rhodococcus skupia szereg bakterii
izolowano z bakterii rodzaju Streptomyces, patogennych dla roS
lin, a także bakterie zdolne
Rhodococus i Mycobacterium. Wszystkie one do degradacji ksenobiotyków (ang. xenobio-
należą do rzędu promieniowców, Actinomyce- tics)  związków typu pestycydów, składni-
tes, obejmującego szereg wolnożyjących bakte- ków zanieczyszczeń przemysłowych czy le-
rii glebowych i liczne patogeny. ków, nie występujących normalnie w naturze,
Szczególnie użyteczne dla człowieka są bak- ale obecnych w naszym S
rodowisku. R. fa-
terie rodzaju Streptomyces, kojarzone z ziemi- scians infekuje najróżniejsze gatunki roS
lin za-
stym zapachem lasów. Wytwarzają one ponad początkowując tworzenie się tzw. galasów,
60% antybiotyków produkowanych przez charakterystycznych wyroS
li na liS
ciach. Gala-
przemysł farmaceutyczny. Nosicielami niektó- sy tworzą w roS
linie centra o specyficznych
rych genów związanych z syntezą antybioty- właS
ciwoS
ciach metabolicznych, szczególnie
ków przez szczepy Streptomyces są liniowe korzystnych dla życia R. fascians. Geny
plazmidy. Na przykład, synteza metylomycyny związane z tworzeniem galasów znajdują się na
przez S. coelicolor, aktynomycyny D przez dużym, liczącym 200 tpz długoS
ci, liniowym
Liniowe plazmidy bakteryjne 285
plazmidzie (MEINHARDT i współaut. 1997, plazmidów przez mykobakterie wiąże się z wi-
GOETHALS i współaut. 2001). Wszystkie badane rulencją lub nabyciem innych korzystnych
dotąd wirulentne szczepy R. fascians zawierały cech. Analiza kompletnej sekwencji nukleoty-
podobne plazmidy. dowej plazmidu pCLP M. celatum (23 tpz), po-
ZdolnoS
ć szczepu BD2 R. opacus do degra- zwoliła na identyfikację genów związanych z
dacji izopropylobenzenu i dichloroetenu zale- replikacją i stabilną segregacją tego plazmidu
ży od obecnoS
ci w jego komórkach liczącego oraz mobilnych elementów genetycznych (LE
210 tpz długoS
ci liniowego plazmidu DANTEC i współaut. 2001). Niektóre geny pla-
(DABROCK i współaut. 1994, KESSELER i zmidu pCLP są homologami chromosomal-
współaut. 1996). Szczep B-276 R. corallinus nych genów M. tuberculosis, co wskazuje na
zdolny do utleniania trójchloroetenu (TCE) za- transfer informacji genetycznej pomiędzy li-
wiera aż cztery liniowe plazmidy (SVEKI i niowymi i kolistymi formami DNA w obrębie
współaut. 1999). Gen kodujący enzym mono- rodzaju Mycobacterium. Potwierdzeniem tego
oksygenazę alkenów, niezbędny do utleniania typu transferu jest organizacja genetyczna pla-
TCE, znajduje się na jednym z tych plazmidów. zmidu pCLP, która, z wyjątkiem liniowych ko-
Inny szczep Rhodococus sp., RHA1, ma zdol- ńców, jest typowa dla kolistych plazmidów.
noS
ć do degradacji polichlorodwufenyli, tzw. Powszechne występowanie liniowych pla-
PCB (ang. polichlorynated biphenyl) stano- zmidów u bakterii Gram-ujemnych wydaje się
wiących jedno z bardziej toksycznych zanie- być ograniczone do krętków rodzaju Borrelia.
czyszczeń S
rodowiska. Proces degradacji prze- Wielu przedstawicieli tego rodzaju to grox
ne
biega przez szereg etapów poS
rednich związa- patogeny człowieka i zwierząt. Do najlepiej
nych z aktywnoS
cią ponad dwudziestu enzy- znanych należą B. burgdorferi, powodująca
mów. Z trzech liniowych plazmidów obecnych chorobę zwaną borreliozą (ang. Lyme disease),
w komórkach RHA1 dwa największe, pRHL1 oraz B. hermsi i B. duttoni, powodujące
(1100 tpz ) i pRHL2 (390 tpz) kodują po szeS
ć gorączkę powrotną. Wszystkie gatunki Borre-
enzymów uczestniczących w procesie degra- lia, oprócz liczącego około 0,9  1 mln par za-
dacji (FUKUDA i współaut. 1998, MASAI i sad liniowego chromosomu, posiadają liczne li-
współaut. 1997). niowe i koliste plazmidy. U infekcyjnego dla
Niektóre szczepy R. opacus są chemolito- człowieka szczepu B. burgdorferi wykryto aż
autotrofami. Mogą wykorzystywać dwutlenek dziewięc kolistych i dwanaS
cie liniowych pla-
węgla i wodór w postaci gazowej jako jedyne zmidów  największą znaną liczbę pozachro-
x
ródło węgla i energii. WłaS
ciwoS
ć tę zawdzię- mosomalnych elementów genetycznych
czają liniowym plazmidom obecnym w ich ko- mogących współistnieć w jednej bakterii
mórkach. Dotąd scharakteryzowano kilka ta- (CASJENS i współaut. 2000). Z infekcyjnego
kich plazmidów, pHG201, pHG205 i pHG207, szczepy Ly B. duttoni również wyizolowano
o długoS
ci odpowiednio 270, 280 i 225 tpz dwanaS
cie liniowych plazmidów różniących
(KALKUS i współaut. 1993). Jeden z nich, się wielkoS
cią od 11 do 200 tpz (TAKAHASHI i
pHG207, nabył wysoką zdolnoS
ć koniugacyj- współaut. 2000). Wszystkie wyizolowane z na-
nego transferu do innych szczepów R. opacus turalnych S
rodowisk szczepy Borrelia charak-
poprzez rekombinację swojego protoplasty, teryzuje obecnoS
ć licznych liniowych plazmi-
pHG205, z innym plazmidem koniugacyjnym. dów. Na ogół występują one w liczbie kopii po-
Rodzaj Mycobacterium grupuje zarówno dobnej do liczby kopii chromosomu. Utrata
bakterie wolnożyjące, jak i patogenne. Z blisko większoS
ci z nich nie pogarsza zdolnoS
ci bakte-
spokrewnionych ze sobą, powszechnie wystę- rii do wzrostu w pożywkach laboratoryjnych,
pujących w S
rodowisku szczepów M. avium i często natomiast idzie w parze z utratą infek-
M. xenopi, M. brieri i M. celatum wyizolowano cyjnoS
ci dla tych ssaków, dla których bakterie
kilkanaS
cie liniowych plazmidów o długo- te są normalnie patogenne. Niektórych plazmi-
S
ciach od 20 do 320 tpz (PICARDEAU i VINCENT dów nie zdołano usunąć z komórek. Możliwe,
1997, 1998). OkreS
lenie funkcji kodowanych że są one mini-chromosomami kodującymi wi-
przez liniowe plazmidy rodzaju Mycobacte- talne funkcje.
rium okazało się trudne ze względu na wysoką Znacząca frakcja DNA liniowych plazmi-
stabilnoS
ć tych plazmidów. Nieliczne udane dów Borrelia jest w stanie intensywnych prze-
próby pozbycia się ich z komórek wskazują, że mian ewolucyjnych (CASJENS i współaut.
żaden nie jest niezbędny dla życia bakterii. Nie 2000). R
wiadczą o tym S
lady licznych, czasami
wiadomo czy posiadanie któregoS
z liniowych bardzo niedawnych procesów wymiany DNA
286 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
pomiędzy poszczególnymi plazmidami. Na rzyszy zadziwiająco duża liczba tzw. pseudoge-
przykład, liniowy plazmid lp56 B. burgdorferii nów, sekwencji wysoce homologicznych do
zawiera kopię plazmidu podobnego do koliste- funkcjonalnych genów, lecz zawierających
go plazmidu cp32, co wskazuje, że powstał on z mutacje, które znoszą ich zdolnoS
ci kodujące.
integracji przodka cp32 do genomu liniowego Możliwe, że liczne plazmidy Borrelia pełnią
plazmidu. Plazmid lp54 zawiera dziewięć rolę magazynu dla wielu kopii genów podle-
długich rejonów homologii z plazmidem gających niezależnym procesom ewolucyjnym.
cp32s. Jeszcze liczniejsze homologie wystę- ZdolnoS
ć do ekspresji podobnych, ale nie iden-
pują pomiędzy cząsteczkami DNA różnych li- tycznych genów z różnych plazmidów praw-
niowych plazmidów. Znacząca liczba homolo- dopodobnie przyczynia się do przyS
pieszonej
gii wskazuje na wielokrotną reprezentację tych dynamiki zmian powierzchniowych antyge-
samych lub podobnych funkcji we współist- nów komórkowych tej bakterii. To z kolei
niejących w komórce różnych plazmidach. zwiększa możliwoS
ci ukrycia się przed syste-
Zwielokrotnieniu kopii szeregu genów towa- mem immunologicznym gospodarzy Borrelia.
REPLIKACJA LINIOWYCH PLAZMIDÓW
Replikacja liniowych plazmidów i chromo- plazmidów lub chromosomów bakteryjnych.
somów bakteryjnych rozpoczyna się dwukie- Brak różnic pomiędzy replikonami liniowych i
runkowo wewnątrz cząsteczek ich DNA, a miej- kolistych plazmidów potwierdza możliwoS
ć re-
sca inicjacji replikacji reprezentują różne typy plikacji liniowych plazmidów pozbawionych
replikonów (ZAKRZEWSKA-CZERWINSKA i rejonów telomerów jako kolistych cząsteczek
SCHREMPF 1992, CALCUTT i SCHMIDT 1992, DNA (FERDOWS i współaut. 1996). Informacja
KIESERK i współaut. 1992, SHIFFMAN i COHEN potrzebna dla odtworzenia struktury telome-
1992, CHANG i COHEN 1994, Musiałowski i rów zawarta jest w sekwencji samych telome-
współaut. 1994, CHANG i współaut. 1996, rów i w genach dla rozpoznających te sekwen-
FISCHER i współaut. 1998, QIN i COHEN, 1998, cje specyficznych białek (BAO i COHEN 2001,
REDENBACH i współaut. 1999, PICARDEAU i YANG i współaut. 2002, RAVIN i współaut. 2001,
współaut. 2000, HIRATSU i współaut. 2000). Nie- CHACONAS i współaut. 2001). Nie są one specy-
które z nich przypominają replikony kolistych ficzne dla typu replikonu.
LINIOWE PLAZMIDY O KOŃCACH 5 ZWIĄZANYCH Z BIAŁKIEM
Końce związane z białkiem wykryto w matrycy nie osiąga końca. W badaniach nad
cząsteczkach liniowych plazmidów bakterii plazmidem pSLA2-M S. rochei zaobserwowano
Gram-dodatnich z rodzaju Streptomyces, Rho- powstawanie poS
rednich form replikacyjnych
dococcus i Mycobacterium, należących do rzę-  dwuniciowych cząsteczek DNA o końcach 5
du Actinomycetes, oraz w liniowych chromoso- skróconych o około 280 nukleotydów w sto-
mach bakterii z rodzaju Streptomyces i Saccha- sunku do końców 3 (CHANG i COHEN 1994).
ropolyspora (MEINHARDT i współaut. 1997, Przypuszczalnie podobne formy poS
rednie
VOLFF i ALTENBUCHNER 2000, HINNEBUSCH i tworzone są podczas replikacji innych plazmi-
TILLY 1993, PICARDEAU i VINCENT 1998, dów bakteryjnych o końcach związanych z
SHIMIZU i współaut. 2001, KALKUS i współaut. białkiem. Dosyntetyzowywanie końców 5 , za-
1998). Są one wrażliwe na trawienie egzonukle- leżne od białek terminalnych i sekwencji telo-
azą III, która usuwa nukleotydy z końca 3 dwu- merowych, zachodzi na drodze nieznanego
niciowego DNA. ObecnoS
ć związanego białka mechanizmu.
sygnalizuje zmiana ruchliwoS
ci elektroforetycz- Badania nad liniowymi plazmidami i chro-
nej końcowych fragmentów DNA po trawieniu mosomami Streptomyces wskazują na skompli-
enzymem proteolitycznym, proteinazą K. kowaną budowę ich rejonów telomerowych.
Dwukierunkowa replikacja z wewnętrz- DługoS
ć odwróconych powtórzeń (TIR) na
nych rejonów origin w cząsteczkach tych pla- końcach cząsteczek plazmidowego DNA waha
zmidów osiąga koniec 5 każdej matrycy przez się od 44 par zasad w liczącym 50 tpz plazmi-
dołączanie nuleotydów do końca 3 -OH nowo dzie pSLP2 (CHEN i współaut. 1993 do 95 tpz w
syntetyzowanej nici. Replikacja w kierunku 3 liczącym 387 tysięcy par zasad plazmidzie
Liniowe plazmidy bakteryjne 287
pPZG101 S. rimosus (GRAVIUS i współaut. droksylową (OH) reszty serynowej TP, a deok-
1994). Rejony TIR chromosomu Streptomyces syrybonukleotydem (dAMP). Związane z
rimorus mają aż 550 tysięcy par zasad długoS
ci białkiem dAMP staje się pierwszym nukleoty-
(PIZA i współaut. 1997). Mimo podobieństwa, dem nowo syntetyzowanej nici DNA. Chociaż
lewy i prawy rejon TIR mogą zawierać różniące dAMP jest początkowo przyłączane do TP w
się zasady lub fragmenty, co sugeruje zacho- pozycji komplementarnej do drugiego T ma-
dzenie niezależnych zmian w ich sekwencjach. trycy powstały kompleks S
lizga się wstecz ma-
Sekwencje końcowych 168 nukleotydów wię- trycy, do pozycji komplementarnej z jej pierw-
kszoS
ci liniowych plazmidów i chromosomów szym T. PoS
lizg możliwy jest dzięki obecnoS
ci
Streptomyces okazały się niemal identyczne na końcach DNA phi29 ciągu trzech T
(HUANG i współaut. 1998, HIRATSU i współaut. wchodzących w skład szeS
cionukleotydowej
2000, STOLL i współaut. 2000). Wszystkie za- sekwencji (5 -TTTCAT-3 ). W ten sposób odzy-
czynają się od liczącego 13 nukleotydów rejo- skiwana jest informacja zakodowana w skraj-
nu o charakterze palindromu (5 -CCCGC- nym nukleotydzie 3 matrycy. Po poS
lizgu
GGAGCGGG-3 ) i zawierają oprócz jego po- wzdłuż matrycy polimeraza DNA pozostaje w
wtórzeń powtórzenia innych sekwencji palin- kompleksie z TP podczas dołączania do nici
dromicznych w takiej kolejnoS
ci i orientacji, że DNA kilku dalszych nukleotydów. Zmiana kon-
mogą one razem tworzyć skomplikowane formacji kompleksu powoduje odłączenie TP
struktury drugorzędowe (HUANG i współaut. od polimerazy kiedy nowa nić DNA ma już wy-
1998, HIRATSU i współaut. 2000). Sugerowano, starczającą długoS
ć by sama mogła służyć jako
że struktury te są istotne dla inicjacji replikacji primer.
telomerów. Jednak niemożnoS
ć ich tworzenia Powtórzenia identycznych nukleotydów
przez końce chromosomu S. griseus i nielicz- na końcach cząsteczek DNA są typowe dla
nych liniowych plazmidów, których sekwen- adenowirusa (KING i VAN DER VLIET 1994) i
cja odbiega od typowej lub zawiera tylko jej bakteriofagów o strukturze inwertronów, a
fragmenty, przeczą takiej hipotezie (GOSHI i replikacja ich cząsteczek DNA zachodzi na za-
współaut. 2002). Ponadto końce szeregu linio- sadzie mechanizmu podobnego do replikacji
wych plazmidów Mycobacterium i Rhodococ- bakteriofaga phi29. Nie jest jasne czy mimo
cus nie mogą tworzyć podobnych struktur podobieństwa struktur końce bakteryjnych
(PICARDEAU i VINCENT, 1998, KALKUS i plazmidów i chromosomów typu inwertronu,
współaut. 1998, SHIMIZU i współaut. 2001). ulegają replikacji na zasadzie podobnego me-
Oprócz liniowych plazmidów Streptomy- chanizmu. Wszystkie one, z wyjątkiem ko-
ces, Rhodococcus i Mycobacterium końce 5 ńców chromosomu S. griseus, zaczynają się od
związane z białkiem są charakterystyczne dla li- przynajmniej dwóch identycznych nukleoty-
niowych plazmidów wyizolowanych z cytopla- dów (PICARDEAU i VINCENT 1998, HUANG i
zmy, mitochondriów lub plastydów komórek współaut. 1998, SHIMIZU i współaut. 2001,
grzybów, alg lub roS
lin wyższych oraz dla SPATZ i współaut. 2002, GOSHI i współaut.
cząsteczek DNA adenowirusów i niektórych 2002). Jednak terminalne białka liniowych
bakteriofagów. Podobieństwo struktury ko- plazmidów i chromosomów Streptomyces nie
ńców oraz zdolnoS
ć do replikacji z odtworze- wykazują homologii z terminalnymi białkami
niem liniowej formy DNA stały się podstawą innych elementów o strukturze inwertronu
do nadania tym elementom genetycznym (BAO i COHEN 2001, YANG i współaut. 2002).
wspólnej nazwy  inwertron (SAKAGUCHI Zamiast tego zawierają one fragment o słabej
1990). homologii do enzymów typu odwrotnej tran-
Zapoczątkowanie replikacji końców ele- skryptazy, zdolnych do syntezy DNA na matry-
mentów typu inwertronu poznano na cy RNA.
przykładzie bakteriofaga phi29 Bacillus subti- Najprawdopodobniej terminalne białka
lis (SALAS 1999, MEIJER i współaut. 2001). Telo- związane z przeciwległymi końcami plazmi-
mer służy tu jako miejsce startu replikacji, a dów Streptomyces wchodzą ze sobą w interak-
białko związane do końców 5 DNA (ang. ter- cję, co prowadzi do powstania wewnątrz ko-
minal protein TP) jako primer dla specyficznej mórek pseudo-kolistych form DNA plazmido-
polimerazy DNA phi29. W reakcji zapoczątko- wego. W przypadku chromosomów Strepto-
wania replikacji polimeraza DNA tworzy kom- myces uzyskano już dowody na interakcje po-
pleks z TP, a następnie katalizuje powstanie między terminalnymi białkami tej samej
wiązania kowalencyjnego pomiędzy grupą hy- cząsteczki DNA (YANG i współaut. 2002).
288 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
Terminalne białka liniowych plazmidów in- form rekombinacyjnych cząsteczek DNA (LE
nych bakterii Gram-dodatnich nie zostały DANTEC i współaut. 2001). Zaproponowano, że
dotąd poznane. Plazmid pCLP M. celatum ko- być może uczestniczy ono w odtwarzaniu li-
duje białko podobne do resolwaz, endonukle- niowych końców tego plazmidu (QIN i COHEN
az biorących udział w rozdzielaniu poS
rednich 1998).
LINIOWE PLAZMIDY O KOWALENCYJNIE ZAMKNIĘTYCH KOŃCACH
Liniowe plazmidy o kowalencyjnie za- merów w dwuniciowym DNA faga N15
mkniętych końcach wykryto wyłącznie u bak- (telL/R), obejmuje 56-cio nukleotydowy palin-
terii Gram-ujemnych. Pojedyncze izolaty ta- drom, którego lewe i prawe ramię różnią się
kich plazmidów opisano u Klebsiella oocyta, tylko w pozycji odleglej o  12 i +14 nukleoty-
Xantobacter, Yarsinia pestis i E. coli (Mein- dów od centrum palindromu. Tworzący ideal-
hard i współaut. 1997, RYBCHIN i SVARCHEVSKY ny palindrom 22 nukleotydowy rejon central-
1999, DENEKE i współaut. 2002). Powszechnie ny telL/R, zwany telO, graniczy z obu stron z
plazmidy tego typu występują jedynie u kręt- ciągami trzech odwróconych względem siebie
ków rodzaju Borrelia, których liniowe chro- powtórzeń podobnej dziewięcionukleotydo-
mosomy mają podobną strukturę końców wej sekwencji (taacAgaACA): tosL1-tosR1,
(CASJENS 1999). Kowalencyjnie zamknięte ko- tosL2-tosR2 i tosL3-tosR3.
ńce plazmidów bakteryjnych przypominają Replikacja plazmidu N15 zależy od genu re-
strukturą końce liniowych cząsteczek DNA mi- plikacyjnego repA i rozpoczyna się dwukierun-
tochondrialnego okreS
lonych gatunków dro- kowo w rejonie inicjacji (ang. origin) znaj-
żdży oraz końce niektórych dużych wirusów, dującym się wewnątrz tego genu (Ryc. 2) Re-
takich jak pokswirusy i irydopokswirusy. plikacja plazmidów pozbawionych telN prowa-
Najlepiej poznanym plazmidem o kowalen- dzi do powstania kolistych dimerów, w któ-
cyjnie zamkniętych końcach liniowego DNA rych poszczególne cząsteczki graniczą ze sobą
jest profag bakteriofaga N15 E. coli (RYBCHIN i rejonami telL i telR (RAVIN i współaut. 2001).
SVARCHEVSKY 1999). Bakteriofag N15 struk- Indukcja syntezy TelN w komórkach zawie-
turą wirionu i długoS
cią genomu (46,4 tpz) rających poS
rednie formy dimeryczne powo-
przypomina bakteriofaga . Sekwencje geno- duje odtworzenie liniowych cząsteczek N15.
mów N15 i  są w dużej częS
ci homologiczne Funkcja TelN nie zależy od typu relikonu, a tyl-
(RAVIN i współaut. 2000). W odróżnieniu od  ko od sekwencji telomerowych N15. W obec-
N15 nie ma zdolnoS
ci integracji do chromoso- noS
ci białka TelN pochodne kolistych plazmi-
mu lecz lizogenizuje bakterie jako niskokopio- dów F i P1 ze sklonowanym rejonem telL/R
wy plazmid. Po infekcji komórek liniowe DNA były utrzymywane w komórkach jako liniowe
faga N15 ulega cyrkularyzacji poprzez ligację plazmidy. Tworzenie kolistych dimerów pla-
lepkich końców cosL i cosR (Ryc. 2). zmidowego DNA jako poS
rednich form repli-
Zapoczątkowanie lizogenii wiąże się z prze- kacyjnych doprowadziło do zrozumienia me-
cięciem kolistej formy DNA N15 w miejscu chanizmu odtwarzania liniowych telomerów
telL/R, które służy jako substrat do wytworze- w procesie replikacji N15 (Ryc. 3). Wyniki do-
nia kowalencyjnie zamkniętych końców linio- tychczasowych badań wskazują, że jedyną rolą
wego plazmidu-profaga. Białkiem katali- TelN jest przecinanie zreplikowanych rejonów
zującym przecięcie telL/R i wytworzenie telo- telomerowych kolistych dimerów lub wcze-
merów jest produkt genu telN N15, jedynego S
niejszych form replikacyjnych i tworzenie ko-
genu niezbędnego dla utrzymania profaga N15 walencyjnych wiązań pomiędzy końcami kom-
w liniowej formie (DENEKE i współaut. 2000, plementarnych nici DNA.
RAVIN i współaut. 2001). Mechanizm odtwarzania liniowej struktury
Rejony telomerowe N15 zawierają 28-mio plazmidów Borrelia w trakcie replikaji okazał
nukleotydowe sekwencje o charakterze palin- się podobny do zaobserwowanego u profaga
dromu, zakończone czteronukleotydową jed- N15. Wymaga on zakonserwowanej sekwencji
noniciową pętlą utworzoną przez kowalencyj- telomerów plazmidowych. Sekwencje końco-
nie zamknięte końce (Ryc. 2). Sekwencje obu wych 25-ciu nukleotydów liniowych plazmi-
końców są prawie identyczne (26/28). Miej- dów i chromosomów Borrelia oraz profaga
sce, które stanowi substrat dla utworzenia telo- N15 są homologiczne (CASJENS i współaut.
Liniowe plazmidy bakteryjne 289
A
DNA faga N15
telL/R
cosL cosR
telL/R
cosL/R
DNA plazmidu-profaga N15
cosL/R
telL telR
B
ParB ParB ParB ParB
telN repA cB cosR/L
parA
parB
telL telR
CB CB CB CB CB CB CB CB
najkrótszy kolisty plazmid mini-N15
najkrótszy stabilnie utrzymywany liniowy plazmid mini-N15
46375 par zasad
C
telL telR
'
GCGTATAATGGaCtaTTGTGTGCTGATA-3' 5-TATCAGCACACAATtGcCCATTATACGC
'
C CATATTACCtGaTAACACAcGACTAT-5' 3-ATAGTCGTGTGTTAaCgGGTAATATGCG
G
+1 +10 +20 -20 -10 -1
telL/R
tosR3 telO tosL3
'
5-TATCAGCACACAATtGc CCATTATACGCGCGTATAATGG aCtATTGTGTGCTGATA-3'
'
3-ATAGTCGTGTGTTAaCg GGTAATATGCGCGCATATTACC tGaTAACACACGACTAT-5'
-20 -10 -1+1 +10 +20
Ryc. 2. Struktura liniowego plazmidu profaga N15 i jego rejonów telomerowych.
(A) Wewnątrzkomórkowa konwersja liniowego DNA faga N15 do liniowego plazmidu profaga. (B) Organizacja
genomu profaga N15. Geny N15 niezbędne dla stabilnego utrzymania profaga jako liniowego plazmidu zazna-
czono na schemacie kolorem czarnym. Miejsca wiązania represora funkcji fagowych, produktu genu cB (CB),
oznaczono strzałkami pod schematem genomu. Miejsca centromerowe wiążące białko ParB i niezbędne dla sta-
bilnej segregacji plazmidu N15 oznaczono ostrzami skierowanych do dołu trójkątów. (C) Struktura telomerów
profaga N15 (telL i telR) oraz rejonu telL/R w DNA faga N15. Rejon telL/R jest częS
cią dłuższego rejonu zwanego
tos (z ang. telomerase occupancy site), służącego jako substrat do wytworzenia telomerów i zawierającego dwie
dodatkowe (nie pokazane na rysunku) pary odwróconych powtórzeń sekwencji taacAgaACA: tosL2-tosR2,
tosL1-tosR1 (objaS
nienia w tekS
cie) (wg RYBCHINA i SVARCHEVSKYEGO 1999, RAVINA i współaut. 2001,
GRIGORIEVA i ŁOBOCKIEJ 2001).
1997). Wszystkie one zawierają przy końcu Kolisty plazmid, który zawierał zrepliko-
heksanukleotyd TATAAT. Identyczny heksanu- wany rejon telL (telLL) liniowego plazmidu
kleotyd występuje przy końcach cząsteczek lp17 B. burgdorferii po wprowadzeniu do
DNA wirusa S
wińskiej gorączki afrykańskiej komórek tej bakterii był stabilnie utrzymywa-
(ASFV) i wirusa ospy, których liniowe genomy ny w formie liniowego plazmidu o końcach
mają kowalencyjnie zamknięte końce. identycznych z telL lp17 (CHACONAS i
współaut. 2001). Jeden z kolistych plazmi-
290 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
dów B. burgdorferii zawiera gen (BBB03), nych końców przeciwległych nici tego same-
którego produkt wykazuje homologie z go łańcucha DNA (Ryc. 4). Minimalny frag-
białkiem TelN N15. Oczyszczony produkt ment DNA wymagany dla wydajnego odtwo-
tego genu, ResT, okazał się wystarczający do rzenia telomerów N15 przez TelN pokrywa
trawienia dwuniciowego fragmentu DNA za- się z rejonem telL/R (Ryc. 2C). Udało się roz-
wierającego telLL, z utworzeniem dwóch dzielić aktywnoS
ci TelN związane z jego zdol-
fragmentów DNA o kowalencyjnie zamknię- noS
cią do specyficznego rozpoznawania
tych końcach powstałych w miejscu trawie- DNA telL/R oraz trawienia i ponownego
nia (KOBRYN i CHACONAS 2002). Badania nad łączenia nici DNA. Specyficzne wiązanie
białkami TelN N15 (DENEKE i współaut. 2000, TelN z DNA wymaga przynajmniej centralne-
ori
telL telR
inicjacja replikacji
ori
telL telR
ori
replikacja
ori
telLL telR
ori
telL
dzialanie TelN
ori
replikacja
A B
telR
ori
ori
telL
replikacja
A
telLL telRR
kolisty dimer
ori
ori
telL
telRR
ori
telL
B
dzialanie TelN
A
dzialanie TelN
ori
telL telR
ori
telL telR
Ryc. 3. Model replikacji plazmidu-profaga N15 uwzględniający działanie protelomerazy TelN przed
(wariant A) i po (wariant B) zakończeniu procesów replikacyjnych zainicjowanych z umieszczonego
niesymetrycznie w cząsteczce rejonu origin (ori).
(A) Protelomeraza TelN przecina zduplikowany rejon telL (telLL) i odtwarza strukturę lewego telomeru przed za-
kończeniem replikacji. Prowadzi to do powstania Y-kształtnych poS
rednich form replikacyjnych. (B) Replikacja
całej cząsteczki DNA kończy się przed przecięciem zduplikowanego rejonu telL przez polimerazę, prowadząc do
powstania jako form poS
rednich kolistych dimerów. Cięcie zduplikowanych rejonów telomerowych i odtworze-
nie ich pierwotnej struktury kończy cykl replikacyjny profaga (wg. RAVINA i współaut. 2001).
2002) i ResT Borrelia pozwoliły zaszerego- go rejonu telL/R (telO) oraz dwóch sąsia-
wać je do nowej grupy enzymów o wspólnym dujących z nim sekwencji tosL3 i tosL3. Reak-
mechanizmie działania dla których zapropo- cja przecinania i ponownego łączenia nici
nowano nazwę protelomerazy lub resolwazy DNA zachodzi z niską wydajnoS
cią nawet w
telomerów. Oba białka katalizują rozdziela- obecnoS
ci samego rejonu telO. Reakcje roz-
nie telomerów in vitro w reakcji, w której naj- dzielania telomerów zarówno przez TelN, jak
pierw dochodzi do przecięcia dwóch wiązań i ResT, nie wymagają obecnoS
ci ani jonów
fosfodwuestrowych, każdego w przeciw- dwuwartoS
ciowych ani związków wysoko-
ległej nici dwuniciowego DNA, a następnie energetycznych, ani też żadnych towa-
kowalencyjnego połączenia komplementar- rzyszących białek.
Liniowe plazmidy bakteryjne 291
A
5'-TAATAAAAAATTATAT ATATAATTTTTTATTA-3'
3'-ATTATTTTTTAATATA TATATTAAAAAATAAT-5'
B
ResT
telLL DNA
Y
trawienie DNA
Y
OH
kowalencyjne wiazanie
koncow przeciwleglych nici
Ryc. 4. Mechanizm działania resolwazy telomerów ResT wyizolowanej z B. burgdorferii.
(A) Sekwencja zreplikowanego fragmentu lewego telomeru plazmidu lp17 (telLL) wchodząca w interakcję z re-
solwasą telomerów ResT. Ciemne strzałki wskazują miejsca trawienia DNA zreplikowanego telomeru przez
ResT. (B) Proponowany mechanizm rozdziału telomerów przez ResT. Srodek symetrii zreplikowanej sekwencji
telomeru zaznaczono przerywaną linią. Fosforany 5 w miejscach cięcia DNA przez ResT oznaczono czarnymi
kropkami. Podczas procesu przecinania DNA reszta tyrozyny (Y) w centrum aktywnym ResT (zaznaczonym na
biało) wiąże się kowalencyjnie z końcem 5 przeciętej nici DNA (wg KOBRYNA i CHACONASA 2002).
PARTYCJA LINIOWYCH PLAZMIDÓW BAKTERYJNYCH
Mimo istotnych różnic topologicznych po- ParA i ParB N15 są homologami białek partycyj-
między liniowymi i kolistymi cząsteczkami nych kolistych plazmidów i chromosomów
DNA aktywna segregacja (partycja) liniowych i bakteryjnych. Są one zdolne do stabilizacji za-
kolistych plazmidów zależy od podobnych me- równo liniowych, jak i kolistych plazmidów
chanizmów (patrz artykuł M. Łobockiej i niosącyh przynajmniej jedną sekwencję parS.
współaut. w tym numerze KOSMOSU). Najle- StabilnoS
ć innych liniowych plazmidów rów-
piej poznany został system partycyjny profaga nież wydaje się zależeć od homologów typo-
N15 (Ryc. 2B; RAVIN i Lane 1999; Grigoriew i wych białek partycyjnych, niezależnie od
ŁOBOCKA 2001). Składa się on z operonu ko- struktury telomerów tych plazmidów (KIM i
dującego białka partycyjne ParA i ParB tego pla- współaut. 2000, PICARDEAU i współaut. 2000,
zmidu oraz czterech rozrzuconych po geno- LE DANTEC i współaut. 2001).
mie sekwencji centromerowych, parS. Białka
POCHODZENIE LINIOWYCH PLAZMIDÓW BAKTERYJNYCH
LiniowoS
ć okreS
lonych replikonów bakte- je na ich pojawienie się u przedstawicieli tych
ryjnych wydaje się być stosunkowo nowym na- rodzajów w wyniku transferu horyzontalnego
bytkiem ewolucyjnym. Ograniczenie występo- lub rekombinacji z wirusowymi cząsteczkami
wania większoS
ci liniowych plazmidów i chro- DNA (CASJENS 1999, VOLFF i ALTENBUCHNER
mosomów do kilku rodzajów bakterii wskazu- 2000).
Y
OH
Y
292 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
Liniowe plazmidy o końcach typu poxwirusy (CASJENS 1999). Zaproponowano,
inwertronu mogły wyewoluować z bakterio- że liniowe plazmidy bakterii z rodzaju Borrelia
fagów lub też powstać drogą rekombinacji mogły powstać na drodze rekombinacji koli-
kolistych plazmidów z bakteriofagami stego plazmidu z DNA irydopoxwirusa
(HINNEBUSCH i TILLY 1993). Poparciem takiej (HINNEBUSCH i BARBOUR 1991). Kontakt tych
hipotezy są podobieństwa rejonów inicjacji różnych filogenetycznie cząsteczek DNA mógł
replikacji liniowych plazmidów Streptomyces, nastąpić w organizmie wspólnego nosiciela.
pSLA2 i pSCL1 do rejonów inicjacji replikacji Bakterie rodzaju Borrelia i należący do irydo-
okreS
lonych bakteriofagów (CHANG i współaut. poxwirusów wirus S
wińskiej gorączki afrykań-
1996). Również podobieństwo produktu genu skiej (ASFV) są przenoszone przez różne paję-
w rejonie inicjacji replikacji plazmidu pSCP1 S. czaki. Jeden z afrykańskich kleszczy, Ornitho-
coelicolor do okreS
lonych enzymów doros moubata, jest nosicielem zarówno B.
replikacyjnych bakteriofagów Actinomycetes, duttoni, jak i wirusa ASFV.
może być S
ladem fagowego pochodzenia częS
ci Utworzone przez rekombinację liniowe
tego plazmidu (REDENBACH i współaut. 1999). plazmidy mogły podlegać dalszej ewolucji
RóżnorodnoS
ć replikonów liniowych drogą kolejnych procesów rekombinacyjnych
plazmidów Actinomycetes może S
wiadczyć o z kolistymi plazmidami i z chromosomalnym
tym, że nie powstały one ze wspólnego przodka, DNA. Kluczową rolę w ich rozprzestrzenianiu
ale w wyniku niezależnych zdarzeń rekombi- się do innych gatunków tego samego rodzaju
nacyjnych kolistych plazmidów z różnymi bakterii odegrały zapewne procesy koniugacyj-
bakteriofagami. ne. WiększoS
ć plazmidów o końcach typu in-
Chociaż homologie protelomerazy profaga wertronu to duże plazmidy koniugacyjne. Sze-
N15 i resolwazy telomerów plazmidów rodza- reg obserwacji wskazuje zarówno na między-
ju Borrelia wskazują na wspólne pochodzenie gatunkowe przekazywanie liniowych plazmi-
liniowych replikonów bakteryjnych o kowa- dów w obrębie poszczególnych rodzajów Acti-
lencyjnie zamkniętych końcach, punkt wyjS
cia nomycetales, jak i na ich przekazywanie pomię-
ich ewolucji jest trudny do ustalenia. Intry- dzy przedstawicielami różnych rodzajów tego
gująca jest zarówno nieliczna reprezentacja rzędu (WIENER i współaut. 1998, LE DANTEC i
tego typu plazmidów i chromosomów u bakte- współaut. 2001). Zaobserwowano również
rii, jak i podobieństwo ich końców do końców transfer plazmidów S. coelicolor i S. lividans do
liniowych cząsteczek DNA dużych wirusów M. smegmatis drogą spontanicznej transforma-
eukariotycznych, takich jak poxwirusy i irydo- cji (BHATT i współaut. 2002)
SPECYFIKA EWOLUCJI LINIOWYCH GENOMÓW PLAZMIDOWYCH
Powody stabilnego utrzymywania się linio- lania multimerów i typowych dla genomów
wych form plazmidowego i chromosomalnego występujących w formie kolistych cząsteczek
DNA u bakterii takich jak Borrelia i Streptomy- DNA (patrz art. U. ZIELENKIEWICZ i P. CEGŁOW-
ces nie są do końca jasne. Szczególnie zadziwia SKIEGO w tym zeszycie KOSMOSU). Być może
fakt, że mimo wysokiej częstoS
ci spontanicz- właS
nie brak takich systemów decyduje o nie-
nych konwersji liniowych form DNA do form stabilnoS
ci kolistych plazmidów i chromoso-
kolistych, liniowoS
ć chromosomów i okreS
lo- mów powstałych spontanicznie z pierwotnych
nych plazmidów wydaje się niezmienną cechą form liniowych.
u naturalnych izolatów tych bakterii (VOLFF i LiniowoS
ć ułatwia wymianę fragmentów
ALTENBUCHNER 2000, CASJENS 1999). Możliwe, pomiędzy różnymi cząsteczkami DNA. Zarów-
że duże delecje towarzyszące cyrkularyzacji w no u bakterii rodzaju Streptomyces, jak i Borre-
warunkach naturalnych powodują utratę ge- lia zaobserwowano wymianę końców pomię-
nów korzystnych dla wzrostu komórek. dzy liniowymi plazmidami lub liniowymi pla-
Zaletą liniowych genomów jest niewątpli- zmidami i chromosomem na skutek pojedyn-
wie brak możliwoS
ci multimeryzacji cząste- czej rekombinacji DNA. Koniugacyjny transfer
czek DNA na skutek rekombinacji pomiędzy plazmidów zawierających chromosomalne
ich homologicznymi fragmentami. Towarzyszy fragmenty DNA daje łatwą możliwoS
ć przeno-
temu brak miejscowo-specyficznych syste- szenia tych fragmentów do innych gatunków
mów rekombinacyjnych zdolnych do rozdzie- tego samego lub pokrewnych rodzajów bakte-
Liniowe plazmidy bakteryjne 293
rii. Geny zlokalizowane blisko końców linio- teryjnych kodowane są na ogół przez centralne
wych cząsteczek DNA podlegają częstszym wy- fragmenty ich DNA. W rejonach blisko końców
mianom niż geny w pobliżu centrum cząstecz- zaobserwowano zadziwiająco dużo tzw. pseu-
ki, prawdopodobnie ze względu na zwiększo- dogenów. Przyspieszone tempo ewolucji okre-
ne prawdopodobieństwo zatrzymania w S
lonych rejonów liniowych cząsteczek DNA
cząsteczkach rekombinantów rejonów ko- ma znaczenie dla szybkiego przystosowywania
dujących niezbędne funkcje. Dlatego uważa Streptomyces i Borrelia do zmian warunków w
się, że rejony telomerowe są jednoczeS
nie rejo- naturalnych S
rodowiskach życia tych bakterii.
nami zwiększonej plastycznoS
ci genomowej. W przypadku Borrelia ma ono szczególną war-
Pozwala to na różne tempo ewolucji genów w toS
ć dla tzw. zmiennoS
ci antygenowej (ang. an-
zależnoS
ci od ich lokalizacji w liniowej tigenic variation), pozwalającej bakteriom na
cząsteczce DNA. Konsekwentnie najbardziej unikanie ataków ze strony systemu immunolo-
niezbędne i konserwatywne ewolucyjnie funk- gicznego ich zainfekowanego gospodarza.
cje liniowyh plazmidów i chromosomów bak-
LINEAR BACTERIAL PLASMIDS
S u mma r y
Completion of linear DNA replication requires a the genus Borrelia. A model plasmid of this group is
way to restore the original sequence and structure of prophage N15 of Escherichia coli, which exists in
linear DNA ends which can not be fully replicated by lysogens as a linear DNA molecule. The major differ-
conventional DNA polymerases. In bacteria, the end ence between circular and linear plasmids is the pres-
replication problem has been circumvented through ence in the latter of linear ends and proteins that spe-
the use of circular plasmids and chromosomes. How- cifically recognize those ends and are able to restore
ever linear bacterial plasmids and chromosomes have plasmid linearity during or after replication. Complete
also been isolated. Their ends, commonly known as replication of invertron telomers depends on their 5
prokaryotic telomers, differ in structure from the ends end-associated proteins but its mechanism is still un-
of eukaryotic chromosomes and, during replication, clear. Plasmids with covalently closed ends are com-
become restored to their original form by a different pletely replicated from an internal origin to form cir-
mechanism. Two kinds of linear plasmids have been cular dimeric molecules that can be observed as repli-
isolated: plasmids with covalently closed hairpin ends, cation intermediates. Further processing of the inter-
and plasmids with invertron ends, which contain pro- mediates depends on telomere resolution, a DNA
teins bound to their 5 termini. The latter constitute breakage and reunion reaction, in which opposite
the larger group and are commonly found in strands of replicated telomeres are cleaved and re-
actinomycetous bacteria. They are usually conjugative joined to form covalently closed ends of two progeny
and confer advantageous phenotypes. Plasmids with molecules.
covalently closed ends are common in spirochetes of
LITERATURA
BAO K., COHEN S. N., 2001. Terminal proteins essential BROWN S. E., KNUDSON D. L., ISHIMARU C. A., 2002. Linear
for the replication of linear plasmids and chromo- plasmid in the genome of Clavibacter michiga-
somes in Streptomyces. Genes Dev. 15, nensis subsp. sepedonicus. J. Bacteriol. 184,
1518 1527. 2841 2844.
BERGERON H., LABBE D., TURMEL C., LAU P. C., 1998. Clo- CALCUTT M. J., SCHMIDT F. J., 1992. Conserved gene ar-
ning, sequence and expression of a linear pla- rangement in the origin region of the Streptomy-
smid-based and a chromosomal homolog of chlo- ces coelicolor chromosome. J. Bacteriol. 174,
roacetaldehyde dehydrogenase-encoding genes in 3220 3226.
Xanthobacter autotrophicus GJ10. Gene 207, CASJENS S., 1999. Evolution of the linear DNA replicons
9 18. of the Borrelia spirochetes. Curr. Opin. Microbiol.
BEY S. J., TSOU M. F., HUANG C. H., YANG C. C., CHEN C. W., 2, 529 534.
2000. The homologous terminal sequence of the CASJENS S., MURPHY M., DE LANGE M., SAMPSON L., VAN
Streptomyces lividans chromosome and SLP2 pla- VUGT R., HUANG W. M., 1997. Telomeres of the line-
smid. Microbiology 146, 911 922. ar chromosomes of Lyme disease spirochaetes:
BHATT A., KIESER H. M., MELTON R. E., KIESER T., 2002. nucleotide sequence and possible exchange with
Plasmid transfer from Streptomyces to Mycobac- linear plasmid telomeres. Mol. Microbiol. 26,
terium smegmatis by spontaneous transforma- 581 596.
tion. Mol. Microbiol. 43, 135 146. CASJENS S., PALMER N., VAN VUGT R., HUANG W. M.,
STEVENSON B., ROSA P., LATHIGRA R., SUTTON G.,
294 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
PETERSON J., DODSON R. J., HAFT D., HICKEY E., GWINN analysis of the telomere i terminal inverted repeat
M., WHITE O., FRASER C. M., 2000. A bacterial geno- of the linear chromosome of Streptomyces griseus.
me in flux: the twelve linear and nine circular J. Bacteriol. 184, 3411 3415.
extrachromosomal DNAs in an infectious isolate GRAVIUS B., GLOCKER D., PIGAC J., PIZA K., HRANUELI D.,
of the Lyme disease spirochete Borrelia burgdorfe- CULLUM J., 1994. The 387 kb linear plasmid
ri. Mol. Microbiol. 35, 490 516. pPZG101 of Streptomyces rimosus and its interac-
CHACONAS G., STEWART P. E., TILLY K., BONO J. L., ROSA P., tions with the chromosome. Microbiology 140,
2001. Telomere resolution in the Lyme disease spi- 2271 2277.
rochete. EMBO J. 20, 3229 3237. GRIGORIEV P., ŁOBOCKA M. B., 2001. Determinants of se-
CHANG P. C., COHEN S. N., 1994. Bidirectional replica- gregational stability of the linear plasmid propha-
tion from an internal origin in a linear Strepto- ge N15 of Escherichia coli. Mol. Microbiology 42,
myces plasmid. Science 265, 952 954. 355 368.
CHANG P. C., KIM E. S., COHEN S. N., 1996. Streptomyces HINNEBUSCH J., BARBOUR A. G., 1991. Linear plasmids of
linear plasmids that contain a phage-like, central- Borrelia burgdorferi have a telomeric structure
ly located, replication origin. Mol. Microbiol. 22, and sequence similar to those of a eukaryotic vi-
789 800. rus. J. Bacteriol. 173, 7233 7239.
CHEN C. W., YU T. W., LIN Y. S., KIESER H. M., HOPWOOD HINNEBUSCH J., TILLY K., 1993. Linear plasmids and
D. A., 1993. The conjugative plasmid SLP2 of Strep- chromosomes in bacteria. Mol. Microbiol. 10,
tomyces lividans is a 50 kb linear molecule. Mol. 917 922.
Microbiol. 7, 925 932. HIRATSU K., MOCHIZUKI S., KINASHI H., 2000. Cloning i
DABROCK B., KESSELER M., AVERHOFF B. i GOTTSCHALK G. analysis of the replication origin and the telome-
1994. Identification i characterization of a trans- res of the large linear plasmid pSLA2-L in Strepto-
missible linear plasmid from Rhodococcus ery- myces rochei. Mol. Gen. Genet. 263, 1015 1021.
thropolis BD2 that encodes isopropylbenzene and HUANG C. H., LIN Y. S., YANG Y. L., HUANG S. W., CHEN C.
trichloroethene catabolism. Appl. Environ. Micro- W., 1998. The telomeres of Streptomyces chromo-
biol. 60, 853 860. somes contain conserved palindromic sequences
DENEKE J., ZIEGELIN G., LURZ R., LANKA E., 2000. The pro- with potential to form complex secondary structu-
telomerase of temperate Escherichia coli phage res. Mol. Microbiol. 28, 905 916.
N15 has cleaving- joining activity. Proc. Natl. KALKUS J., DORRIE C., FISCHER D., REH M., SCHLEGEL H. G.,
Acad. Sci. USA 97, 7721 7726. 1993. The giant linear plasmid pHG207 from Rho-
DENEKE J., ZIEGELIN G., LURZ R., LANKA E., 2002. Phage dococcus sp. encoding hydrogen autotrophy: cha-
N15 telomere resolution. Target requirements for racterization of the plasmid and its termini. J.
recognition and processing by the protelomerase. Gen. Microbiol. 139, 2055 2065.
J. Biol. Chem. 277, 10410 10419. KALKUS J., MENNE R., REH M., SCHLEGEL H. G., 1998. The
FERDOWS M. S., SERWER P., GRIESS G. A., NORRIS S. J., terminal structures of linear plasmids from Rho-
BARBOUR A. G., 1996. Conversion of a linear to a dococcus opacus. Microbiology 144, 1271 1279.
circular plasmid in the relapsing fever agent Bor- KESSELER M., DABBS E. R., AVERHOFF B., GOTTSCHALK G.,
relia hermsii. J. Bacteriol. 178, 793 800. 1996. Studies on the isopropylbenzene 2,3-dioxyg-
FISCHER G., HOLL A. C., VOLFF J. N., VIEWIELE D., DECARIS enase and the 3- isopropylcatechol 2,3-dioxygen-
B., LEBLOND P., 1998. Replication of the linear chro- ase genes encoded by the linear plasmid of Rhodo-
mosomal DNA from the centrally located oriC of coccus erythropolis BD2. Microbiology 142,
Streptomyces ambofaciens revealed by PFGE gene 3241 3251.
dosage analysis. Res. Microbiol. 149, 203 210. KIESERKH. M., KIESERK T., HOPWOOD D. A., 1992. A com-
FUKUDA M., SHIMIZU S., OKITA N., SETO M., MASAI E., 1998. bined genetic and physical map of the Streptomy-
Structural alteration of linear plasmids encoding ces coelicolor A3(2) chromosome. J. Bacteriol.
the genes for polychlorinated biphenyl degrada- 174, 5496 5507.
tion in Rhodococcus strain RHA1. Antonie Van Le- KING A. J., VAN DER VLIET P. C., 1994. A precursor termi-
euwenhoek, 74, 169 173. nal protein-trinucleotide intermediate during ini-
GOETHALS K., VEREECKE D., JAZIRI M., VAN MONTAGU M. i tiation of adenovirus DNA replication: regenera-
HOLSTERS M., 2001. Leafy gall formation by Rhodo- tion of molecular ends in vitro by a jumping back
coccus fascians. Annu. Rev. Phytopathol. 39, mechanism. EMBO J. 13, 5786 5792.
27 52. KOBRYN K., CHACONAS G., 2001. The circle is broken: te-
GOODNER B., HINKLE G., GATTUNG S., MILLER N., lomere resolution in linear replicons. Curr. Opin.
BLANCHARD M., QUROLLO B., GOLDMAN B. S., CAO Y., Microbiol. 4, 558 564.
ASKENAZI M., HALLING C., MULLIN L., HOUMIEL K., KOBRYN K., CHACONAS G., 2002. ResT, a telomere re-
GORDON J., VAUDIN M., IARTCHOUK O., EPP A., LIU F., solvase encoded by the Lyme disease spirochete.
WOLLAM C., ALLINGER M., DOUGHTY D., SCOTT C., Mol. Cell 9, 195 201.
LAPPAS C., MARKELZ B., FLANAGAN C., CROWELL C., KRUM J. G., ENSIGN S. A., 2001. Evidence that a linear
GURSON J., LOMO C., SEAR C., STRUB G., CIELO C.,
megaplasmid encodes enzymes of aliphatic alke-
SLATER S., 2001. Genome sequence of the plant pa- ne and epoxide metabolism i coenzyme M 2-me-
thogen i biotechnology agent Agrobacterium tu- rcaptoethanesulfonate) biosynthesis in Xanth-
mefaciens C58. Science 294, 2323 2328.
obacter strain Py2. J. Bacteriol. 183, 2172 2177.
GOSHI K., UCHIDA T., LEZHAVA A., YAMASAKI M., HIRATSU
LE DANTEC C., WINTER N., GICQUEL B., VINCENT V.,
K., SHINKAWA H., KINASHI H., 2002. Cloning and
PICARDEAU M., 2001. Genomic sequence and trans-
Liniowe plazmidy bakteryjne 295
criptional analysis of a 23-kilobase mycobacte- RAVEL J., SCHREMPF H., HILL R. T., 1998. Mercury resi-
rial linear plasmid: evidence for horizontal trans- stance is encoded by transferable giant linear pla-
fer and identification of plasmid maintenance smids in two chesapeake bay Streptomyces stra-
systems. J. Bacteriol. 183, 2157 2164. ins. Appl. Environ. Microbiol. 64, 3383 3388.
MASAI E., SUGIYAMA K., IWASHITA N., SHIMIZU S., RAVIN N. V., STRAKHOVA T. S., KUPRIANOV V. V., 2001. The
HAUSCHILD J. E., HATTA T., KIMBARA K., YANO K., protelomerase of the phage-plasmid N15 is re-
FUKUDA M., 1997. The bphDEF meta-cleavage pa- sponsible for its maintenance in linear form. J.
thway genes involved in biphenyl/polychlorina- Mol. Biol. 312, 899 906.
ted biphenyl degradation are located on a linear RAVIN V., RAVIN N., CASJENS S., FORD M. E., HATFULL G. F.,
plasmid and separated from the initial bphACB HENDRIX R. W., 2000. Genomic sequence and ana-
genes in Rhodococcus sp. strain RHA1. Gene 187, lysis of the atypical temperate bacteriophage N15.
141 149. J. Mol. Biol. 299, 53 73.
MEIJER W. J., HORCAJADAS J. A., SALAS M., 2001. Phi29 fa- REDENBACH M., BIBB M., GUST B., SEITZ B., SPYCHAJ A.,
mily of phages. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 65, 1999. The linear plasmid SCP1 of Streptomyces co-
261 287. elicolor A3(2) possesses a centrally located repli-
MEINHARDT F., SCHAFFRATH R., LARSEN M., 1997. Micro- cation origin and shows significant homology to
bial linear plasmids. Appl. Microbiol. Biotechnol. the transposon Tn4811. Plasmid 42, 174 185.
47, 329 336. ROUSSEL Y., COLMIN C., SIMONET J. M., DECARIS B., 1993.
MUSIALOWSKI M. S., FLETT F., SCOTT G. B., HOBBS G., SMITH Strain characterization, genome size and pla-
C. P., OLIVER S. G., 1994. Functional evidence that smid content in the Lactobacillus acidophilus gro-
the principal DNA replication origin of the Strep- up (Hansen i Mocquot). J. Appl. Bacteriol. 74,
tomyces coelicolor chromosome is close to the 549 556.
dnaA-gyrB region. J. Bacteriol. 176, 5123 5125. RYBCHIN V. N., SVARCHEVSKY A. N., 1999. The plasmid
NETOLITZKY D. J., WU X., JENSEN S. E., ROY K. L., 1995. prophage N15: a linear DNA with covalently clo-
Giant linear plasmids of beta-lactam antibiotic sed ends. Mol. Microbiol. 33, 895 903.
producing Streptomyces. FEMS Microbiol. Lett. SVEKI H., AKIRA M., FURUHASHI K., AVERHOFF B.,
131, 27 34. GOTTSCHALK G., 1999. Degradation of trichloroet-
PALMER N., FRASER C., CASJENS S., 2000. Distribution of hene by a linear-plasmid-encoded alkene mo-
twelve linear extrachromosomal DNAs in natural nooxygenase in Rhodococcus corallinus (Nocar-
isolates of Lyme disease spirochetes. J. Bacteriol. dia corallina) B-276. Microbiology 145,
182, 2476 2480. 1721 1730.
PIZA K., PFALZER G., CULLUM J., HRANUELI D., 1997. Physi- SAKAGUCHI K., 1990. Invertrons, a class of structurally
cal mapping shows that the unstable oxytetracyc- and functionally related genetic elements that inc-
line gene cluster of Streptomyces rimosus lies close ludes linear DNA plasmids, transposable ele-
to one end of the linear chromosome. Microbio- ments, and genomes of adeno-type viruses. Micro-
logy 143, 1493 1501. biol. Rev. 54, 66 74.
PIZA S., BIUKOVIC G., PARAVIC A., DADBIN A., CULLUM J., SALAS M., 1999. Mechanisms of initiation of linear
HRANUELI D., 1998. Recombination between the li- DNA replication in prokaryotes. Genet. Eng. 21,
near plasmid pPZG101 and the linear chromoso- 159 171.
me of Streptomyces rimosus can lead to exCHANGe SHIFFMAN D., COHEN S. N., 1992. Reconstruction of a
of ends. Mol. Microbiol. 28, 1165 1176. Streptomyces linear replicon from separately clo-
PANG X., SUN Y., LIU J., ZHOU X., DENG Z., 2002. A linear ned DNA fragments: existence of a cryptic origin
plasmid temperature-sensitive for replication in of circular replication within the linear plasmid.
Streptomyces hygroscopicus 10-22. FEMS Micro- Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 6129 6133.
biol. Lett. 208, 25 28. SHIMIZU S., KOBAYASHI H., MASAI E., FUKUDA M., 2001.
PICARDEAU M., LE DANTEC C., VINCENT V., 2000. Analysis Characterization of the 450-kb linear plasmid in
of the internal replication region of a mycobacte- a polychlorinated biphenyl degrader, Rhodococ-
rial linear plasmid. Microbiology 146, 305 313. cus sp. strain RHA1. Appl. Environ. Microbiol. 67,
PICARDEAU M., VINCENT V., 1997. Characterization of 2021 2028.
large linear plasmids in mycobacteria. J. Bacte- SPATZ K., KOHN H., REDENBACH M., 2002. Characteriza-
riol. 179, 2753 2756. tion of the Streptomyces violaceoruber
PICARDEAU M., VINCENT V., 1998. Mycobacterial linear SANK95570 plasmids pSV1 and pSV2. FEMS
plasmids have an invertron-like structure related Microbiol. Lett. 213, 87 92.
to other linear replicons in actinomycetes. Micro- STOLL A., HORVAT L. I., LOPES-SHIKIDA S. A., PADILLA G.,
biology 144, 1981 1988. CULLUM J., 2000. Isolation and cloning of Strepto-
QIN Z., COHEN S. N., 1998. Replication at the telomeres myces terminal fragments. Antonie Van Leeuwen-
of the Streptomyces linear plasmid pSLA2. Mol. hoek, 78, 223 236.
Microbiol. 28, 893 903. TAKAHASHI Y., CUTLER S. J., FUKUNAGA M., 2000. Size
RAVEL J., DIRUGGIERO J., ROBB F. T., HILL R. T., 2000. Clo- conversion of a linear plasmid in the relapsing
ning and sequence analysis of the mercury resi- fever agent Borrelia duttonii. Microbiol. Immu-
stance operon of Streptomyces sp. Strain CHR28 nol. 44, 1071 1074.
reveals a novel putative second regulatory gene. J. UZ I., DUAN Y. P., OGRAM A., 2000. Characterization of
Bacteriol. 182, 2345 2349. the naphthalene-degrading bacterium, Rhodococ-
296 MAŁGORZATA ŁOBOCKA
cus opacus M213. FEMS Microbiol. Lett. 185, YANG C. C., HUANG C. H., LI C. Y., TSAY Y. G., LEE S. C.,
231 238. CHEN C. W., 2002. The terminal proteins of linear
VOLFF J. N., ALTENBUCHNER J., 2000. A new beginning Streptomyces chromosomes and plasmids: a novel
with new ends: linearisation of circular chromo- class of replication priming proteins. Mol. Micro-
somes during bacterial evolution. FEMS Micro- biol. 43, 297 305.
biol. Lett. 186, 143 150. YANG M. C., LOSCICK R., 2001. Cytological evidence for
WIENER P., EGAN S., HUDDLESTON A. S., WELLINGTON E. M., association of the ends of the linear chromosome
1998. Evidence for transfer of antibiotic-resistan- in Streptomyces coelicolor. J. Bacteriol. 183,
ce genes in soil populations of streptomycetes. 5180 5186.
Mol. Ecol. 7, 1205 1216. ZAKRZEWSKA-CZERWINSKA J., SCHREMPF H., 1992. Charac-
WILLEMS H., JAGER C., BALJER G., 1998. Physical and ge- terization of an autonomously replicating region
netic map of the obligate intracellular bacterium from the Streptomyces lividans chromosome. J.
Coxiella burnetii. J. Bacteriol. 180, 3816 3822. Bacteriol. 174, 2688 2693.