The organism with the smallest genome and proteome

Ο οργανισμός με το μικρότερο γονιδιώμα και πρωτέωμα

· Biology Βιολογία · microbe μικρόβιο genome γονιδίωμα proteome πρωτέωμα

QuestionΕρώτημα

Which organism has the smallest genome and proteome size?

Ποιός είναι άραγε ο οργανισμός εκείνος που έχει το μικρότερο γονιδίωμα και πρωτέωμα;

We have to make it clear that by saying the "smallest genome" we mean the smallest genome of a free-living organism. Because there are viruses or even prokaryotes with extremely small genomes, but these organisms live as obligate endosymbionts or obligate parasites. That is, they depend heavily on their host to support their vital functions and, therefore, a lot of their genes have been lost due to lack of necessity (or maybe they did not have many of those genes in the first place).

Είναι απαραίτητο να διευκρινίσουμε ότι λέγοντας το "μικρότερο γονιδίωμα", προφανώς εννοούμε το μικρότερο γονιδίωμα οργανισμού που διαβιεί αυτόνομα. Γιατί υπάρχουν εξαιρετικά μικρά γονιδιώματα σε ιούς ή ακόμη και σε προκαρυωτικούς οργανισμούς, με τη διαφορά ότι αυτοί οι οργανισμοί ζουν ως υποχρεωτικοί ενδοσυμβιώτες ή ως υποχρεωτικά παράσιτα. Εξαρτώνται, δηλαδή, για βασικές ζωτικές τους λειτουργίες από τον ξενιστή και ως εκ τούτου έχουν απολέσει ένα σημαντικό μέρος των γονιδίων τους (ή δεν το είχαν ποτέ).

AnswerΑπάντηση

To answer our question, we could have visited some of the following genome databases and performed a -sorted by size- query:

Για να δώσουμε, λοιπόν, απάντηση στο ερώτημά μας θα μπορούσαμε να επισκεφτούμε κάποια από τις παρακάτω βάσεις γονιδιωμάτων και να κάνουμε μια αναζήτηση και ταξινόμηση ως προς το μέγεθος:

But, unfortunately, none of those databases reports the genome size in a consistent way such as to allow for absolute comparisons (e.g. they are not properly updated, they report sizes of partial genomes, the size values have been calculated with several different ways or even the size value is completely absent in some records).

Δυστυχώς, όμως, καμιά από αυτές τις βάσεις δεν αναφέρει το μέγεθος του γονιδιώματος με συνεπή τρόπο που να επιτρέπει απόλυτες συγκρίσεις (λ.χ. δεν είναι επαρκώς ενημερωμένες, αναφέρουν μεγέθη από τμήματα γονιδιωμάτων, οι τιμές που δίνουν έχουν υπολογιστεί με διαφορετικούς τρόπους ή σε μερικές εγγραφές δε δίνεται καν το μέγεθος).

Anyway, there is a relevant table for the prokaryotic organisms in this database:

Τέλος πάντων, υπάρχει ένας σχετικός πίνακας για τους προκαρυωτικούς οργανισμούς σε αυτή τη βάση δεδομένων:

We took this table, we copy-pasted it into a spreadsheet and we sorted it by size. The first three results were the following:

Πήραμε λοιπόν αυτόν τον πίνακα, τον επικολλήσαμε σε ένα λογιστικό φύλλο και κάναμε ταξινόμηση ως προς το μέγεθος. Τα τρία πρώτα αποτελέσματα είναι τα εξής:

*Both Buchnera sp. and Nanoarchaeum equitans are obligate endosymbionts.Τόσο το Buchnera sp., όσο και το Nanoarchaeum equitans είναι υποχρεωτικοί ενδοσυμβιώτες.
NAMEΟΝΟΜΑ GENOME SIZEΜΕΓΕΘΟΣ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ GROUPΟΜΑΔΑ CITATIONΑΝΑΦΟΡΑ
Buchnera sp. CCE* 448 kb Gamma proteobacteria Gil R., et al. (2002)
Nanoarchaeum equitans* 500 kb Nanoarchaea Huber H. et al. (2002)
Mycoplasma genitalium 573 kb Mycoplasmatales Su C.J. & Baseman J.B. (1990)

Not being satisfied with those results, we decided to perform a more generic search using the Google search engine. We examined many different sources and we reached the next conclusions:

Επειδή αυτά τα αποτελέσματα μας άφησαν ανικανοποίητους, αποφασίσαμε να κάνουμε και μια γενικότερη αναζήτηση χρησιμοποιώντας την μηχανή της Google. Εξετάζοντας πολλές διαφορετικές πηγές καταλήξαμε στα ακόλουθα συμπεράσματα:

It is supposed that the smallest known genome of a free-living organism (although it is actually a parasite of the urogenital tracts in humans) belongs to Mycoplasma genitalium. Its genome has a size of 580,073 base pairs (~580 kbp) and codes for 470-485 proteins. The scientists, who sequenced the genome of M. genitalium at the «J. Craig Venter Institute», wanted to test how many of those 485 protein-coding genes are necessary for this microbe to live. So, they destroyed them systematically one by one. The result was that 381 genes were required for life.

Το μικρότερο, γνωστό, γονιδίωμα οργανισμού που θεωρείται ότι διαβιεί αυτόνομα (αν και στην πραγματικότητα πρόκειται για παράσιτο της ουρογεννητικής οδού στον άνθρωπο) ανήκει στο Mycoplasma genitalium. Έχει μέγεθος 580.073 ζεύγη βάσεων (~580 kbp) και κωδικοποιεί 470-485 πρωτεΐνες. Οι επιστήμονες που καθόρισαν την αλληλουχία του γονιδιώματος του M. genitalium στο «J. Craig Venter Institute», ήθελαν να εξετάσουν πόσα από αυτά τα 485 γονίδια που κωδικοποιούν για πρωτεΐνες είναι απαραίτητα για τη ζωή του μικροοργανισμού. Έτσι, τα κατέστρεψαν συστηματικά ένα προς ένα. Το αποτέλεσμα ήταν 381 γονίδια αναγκαία για τη ζωή.

Carsonella rudii is a bacterium which is an obligate endosymbiont of plant sap-sucking insects (of Psyllidae family). It has a circular genome which consists of only 159,662 base pairs (~160 kbp) and codes for roughly 182 proteins. This fact makes it one of the endosymbionts with the smallest genome and proteome.

Η Carsonella rudii είναι ένα βακτήριο που είναι υποχρεωτικός ενδοσυμβιώτης ψειρών των φυτών (της οικογένειας Psyllidae). Έχει κυκλικό γονιδίωμα που αποτελείται από 159.662 ζεύγη βάσεων (~160 kbp) και κωδικοποιεί μόλις 182 πρωτεΐνες. Αποτελεί έτσι έναν από τους ενδοσυμβιώτες με το μικρότερο γονιδίωμα και πρωτέωμα.

In any case, a really free-living organism with an extremely small genome (~1309 kbp, 1354 genes) is the heterotrophic marine alpha-proteobacterium Pelagibacter ubique. Note that P. ubique has a worldwide ditribution and is one of the most abundant organisms in the oceans and in the entire world. It seems that the small genome size offers some really important advantages.

Πάντως, ένας οργανισμός που ζει πραγματικά αυτόνομα και φέρει πολύ μικρό γονιδίωμα (~1309 kbp, 1354 γονίδια) είναι ένα ετερότροφο θαλάσσιο α-πρωτεοβακτήριο, το Pelagibacter ubique. Σημείωστε ότι το P. ubique έχει κοσμοπολίτικη εξάπλωση και είναι από τους πιο άφθονους οργανισμούς στον ωκεανό και γενικότερα στη φύση. Φαίνεται ότι το μικρό μεγεθός γονιδιώματος προσφέρει μερικά πραγματικά σημαντικά ωφέλη.

Antonios Tsolis

Αντώνιος Τσώλης

Indicative bibliographyΕνδεικτική βιβλιογραφία

See also...

Δείτε επίσης...