Horisontal overføring
Lang oppgave
Veiledere: Anja Bråthen Kristoffersen og Jon Bohlin
Det er nå ganske kjent at bakterier kan plukke opp DNA sekvenser fra omgivelsene og virus
og nyttegjøre seg av disse på et vis. Man vet også at bakterier kan utveksle DNA seg i mellom
(såkalt horisontal overføring, HT), og at utveksling av DNA kan foregå mellom fjernt
beslektede bakterier, til og med på tvers av kongeriker. Dette prosjektet ønsker å se nærmere
på DNA som er antatt overført fra eksterne kilder eller fjerne slektninger. Det er ønskelig å se
på ’konsistensen’ av dette, og om slik overført DNA skiller seg ut fra vertens DNA både når
det gjelder sekvens sammensetning og struktur formasjon. Mer spesielt er det av interesse å
undersøke hva slags seleksjon slik DNA har blitt utsatt for.
Sykdomsfremkallende bakterier har ofte blitt assosiert med DNA overføring fra fjerne
organismer, og er derfor et meget aktivt forskningsfelt innenfor bioinformatikk og
beregningsorientert biologi.
Oppgaver:
 Lage en oversikt over de mest kjente sekvenserte bakteriene som har store mengder
fremmed (eller HT) DNA. Gjerne kjente patogene.
 Lage program som søker igjennom bakterier for fremmed DNA.
 Lage program som sier noe om det fremmede DNA’et. Hvordan sekvensen skiller seg
ut fra verten, dvs. om det er mer ’tilfeldig’ enn vert-DNA.
 Se om det er mulig å finne strukturelle forskjeller mellom fremmed og vert-DNA.
 Analyse. Har fremmed DNA mer eller mindre ’tilfeldig’ mønster enn verts DNA? I så
fall har det strukturelle konsekvenser?
 Redegjøre for mulige årsaker til forskjeller så langt det lar seg gjøre.
Forkunnskaper: INF2220, INF4350, MAT1100, litt sannsynlighets regning og statistikk. Man
bør kunne ganske mye om bakteriell genetikk, f.eks. MBV2040 +artikler under. Man må også
skjønne evolusjon som en konsekvens av det naturlige utvalg, f.eks. Dawkins.
Aktuelt lesestoff:
Dawkins, Richard [1986] (1996). The Blind Watchmaker. New York: W. W. Norton &
Company, Inc.. ISBN 0-393-31570-3.
Karlin S, Mrazek J, Campbell AM: Compositional biases of bacterial genomes and
evolutionary implications. J Bacteriol 1997, 179: 3899-3913.
Karlin S: Global dinucleotide signatures and analysis of genomic heterogeneity. Curr
Opin Microbiol 1998, 1: 598-610.
Rocha EP: The replication-related organization of bacterial genomes. Microbiology 2004,
150: 1609-1627.
Lawrence JG, Ochman H: Amelioration of bacterial genomes: rates of change and
exchange. J Mol Evol 1997, 44: 383-397.
Reva ON, Tummler B: Global features of sequences of bacterial chromosomes, plasmids
and phages revealed by analysis of oligonucleotide usage patterns. BMC
Bioinformatics 2004, 5: 90.
Rocha EP, Smith JM, Hurst LD, Holden MT, Cooper JE, Smith NH et al.: Comparisons of
dN/dS are time dependent for closely related bacterial genomes. J Theor Biol
2006, 239: 226-235.
Rocha EP, Danchin A: Base composition bias might result from competition for
metabolic resources. Trends Genet 2002, 18: 291-294.
Lio P: Investigating the relationship between genome structure, composition, and
ecology in prokaryotes. Mol Biol Evol 2002, 19: 789-800.
Pride DT, Wassenaar TM, Ghose C, Blaser MJ: Evidence of host-virus co-evolution in
tetranucleotide usage patterns of bacteriophages and eukaryotic viruses. BMC
Genomics 2006, 7: 8.
Reva ON, Tummler B: Differentiation of regions with atypical oligonucleotide
composition in bacterial genomes. BMC Bioinformatics 2005, 6: 251.
Dufraigne C, Fertil B, Lespinats S, Giron A, Deschavanne P: Detection and
characterization of horizontal transfers in prokaryotes using genomic signature. Nucleic
Acids Res 2005, 33: e6.
van Passel MW, Bart A, Thygesen HH, Luyf AC, van Kampen AH, van der EA: An
acquisition account of genomic islands based on genome signature comparisons.
BMC Genomics 2005, 6: 163.
van Passel MW, Bart A, Luyf AC, van Kampen AH, van der EA: Compositional
discordance between prokaryotic plasmids and host chromosomes. BMC
Genomics 2006, 7: 26.
Nyttig lesestoff:
Sinden RR: DNA Structure and Function. Academic Press; 1994.
Shannon CE: The mathematical theory of communication. 1963. MD Comput 1997, 14:
306-317.
Yockey HP: Origin of life on earth and Shannon's theory of communication. Comput
Chem 2000, 24: 105-123.
Rocha EP, Viari A, Danchin A: Oligonucleotide bias in Bacillus subtilis: general trends
and taxonomic comparisons. Nucleic Acids Res 1998, 26: 2971-2980.
Audit B, Ouzounis CA: From genes to genomes: universal scale-invariant properties of
microbial chromosome organisation. J Mol Biol 2003, 332: 617-633.
Moran NA: Microbial minimalism: genome reduction in bacterial pathogens. Cell 2002,
108: 583-586.
Cases I, de L, V, Ouzounis CA: Transcription regulation and environmental adaptation
in bacteria. Trends Microbiol 2003, 11: 248-253.
Chen LL, Zhang CT: Seven GC-rich microbial genomes adopt similar codon usage
patterns regardless of their phylogenetic lineages. Biochem Biophys Res Commun
2003, 306: 310-317.
Foerstner KU, von MC, Hooper SD, Bork P: Environments shape the nucleotide
composition of genomes. EMBO Rep 2005, 6: 1208-1213.
Knight RD, Freeland SJ, Landweber LF: A simple model based on mutation and selection
explains trends in codon and amino-acid usage and GC composition within and
across genomes. Genome Biol 2001, 2: RESEARCH0010.
Packer MJ, Dauncey MP, Hunter CA: Sequence-dependent DNA structure:
tetranucleotide conformational maps. J Mol Biol 2000, 295: 85-103.
Worning P, Jensen LJ, Hallin PF, Staerfeldt HH, Ussery DW: Origin of replication in
circular prokaryotic chromosomes. Environ Microbiol 2006, 8: 353-361.