Un genoma batterico è la raccolta dell’intera informazione genetica di un batterio. In sostanza, determina l’aspetto e le funzioni di un batterio, sia esternamente che internamente. Queste informazioni genetiche sono organizzate in geni, che sono codificati nell’acido desossiribonucleico (DNA) dell’organismo. Questi geni sono ulteriormente organizzati in cromosomi. In effetti, la parola “genoma” è in realtà una combinazione delle parole “gene” e “cromosoma”. Sebbene ci siano molte varianti diverse di come sono strutturati i genomi in diversi organismi, tutti i batteri sono aploidi, nel senso che possiedono un solo cromosoma. Quindi, tutte le informazioni genetiche contenute in un genoma batterico sono contenute in un singolo cromosoma.
Il cromosoma di un batterio è composto da coppie di basi di nucleotidi, i componenti strutturali di base del DNA. Nel DNA esistono solo quattro nucleotidi: adenina, timina, guanina e citosina. Questi nucleotidi si legano sempre allo stesso modo: l’adenina si lega alla timina e la guanina alla citosina. Tutti e quattro insieme formano la cosiddetta “coppia di basi”.
I genomi batterici possono contenere un numero qualsiasi di coppie di basi. Alcuni genomi batterici contengono meno di 200,000 paia di basi, mentre altri contengono oltre 12 milioni di paia di basi. Di conseguenza, il numero di geni trovati nei batteri è molto variabile, con ovunque tra 575 e 5,500 geni riportati nei batteri, a seconda della specie. A titolo di confronto, il genoma umano contiene oltre 3 miliardi di coppie di basi e circa 23,000 geni.
È interessante notare che la maggior parte dei genomi batterici è organizzata in una struttura cromosomica circolare. Gli esseri umani, al contrario, hanno una struttura cromosomica lineare. La struttura circolare di un genoma batterico, tuttavia, consente alla sua replicazione del DNA di iniziare e fermarsi nella stessa posizione, una caratteristica non vista nei genomi lineari di altri organismi.
In quanto organismi che si riproducono asessualmente, i batteri sono essenzialmente cloni con DNA identico al genoma dei loro genitori. Le modifiche al genoma di un batterio, note anche come evoluzione, possono essere apportate dalla ricombinazione genetica o dalle mutazioni. Le mutazioni possono verificarsi sia per errori commessi nella replicazione del DNA sia per esposizione a mutageni che influenzano il modo in cui i nucleotidi interagiscono tra loro. I batteri possono anche scambiare e ricombinare informazioni genetiche tra loro attraverso processi separati noti come trasformazione, trasduzione o coniugazione, a seconda di come avviene lo scambio genetico. Le modifiche al genoma di un batterio possono portare alla formazione di una nuova specie.
Il sequenziamento del DNA è la determinazione dell’ordine dei nucleotidi nel DNA di un organismo. Questa informazione è stata una componente chiave nella ricerca biologica. Il primo genoma batterico ad essere completamente sequenziato è stato quello di Haemophilus influenzae, che può causare una varietà di malattie opportunistiche come polmonite, meningite e infezioni respiratorie. È stato sequenziato con successo nel 1995 dall’Istituto per la ricerca genomica. Da questa svolta, sono stati sequenziati centinaia di genomi batterici e gli scienziati continuano a ricercare e sequenziare i genomi di altri batteri.