Differenzielle Selektion für die Translationseffizienz formt die Translationsmaschinerien in bakteriellen Arten

Verschiedene Bakterienarten haben dramatisch unterschiedliche Generationszeiten, von 20-30 Minuten in Escherichia coli bis zu etwa zwei Wochen in Mycobacterium leprae. Die Translationsmaschinerie in einer Zelle muss alle Proteine für eine neue Zelle in jeder Generation synthetisieren. Die drei Teilprozesse der Translation, d.h. Initiation, Elongation und Termination, unterliegen voraussichtlich einem stärkeren Selektionsdruck, um sich in Bakterien mit kurzer Generation (SGB) wie Vibrio natriegens zu optimieren als in dem langfristig erzeugenden Mycobacterium leprae. Die Initiationseffizienz hängt von dem Startcodon ab, das von der Initiations-tRNA dekodiert wird, dem optimalen Shine-Dalgarno (SD), das von der Anti-SD (aSD)-Sequenz auf der kleinen Untereinheit des rRNA dekodiert wird, und der sekundären Struktur, die die Initiierungssignale einbetten und deren Dekodierung verhindern kann. Die Elongationseffizienz hängt vom tRNA-Pool und der Codonnutzung ab. Die Terminationseffizienz in Bakterien hängt hauptsächlich von der Natur des Stopcodons und dem Nukleotid ab, das sich unmittelbar downstream vom Stopcodon befindet. Durch den Vergleich von SGB mit langfristig erzeugenden Bakterien (LGB) sagen wir voraus, dass 1) SGB mehr Ribosomen-RNA-Operons zur Produktion von Ribosomen und mehr tRNA-Gene zum Transport von Aminosäuren zu Ribosomen haben, 2) SGB einen höheren Prozentsatz an Genen hat, die AUG als Startcodon und UAA als Stopcodon verwenden als LGB, 3) SGB eine bessere Codon- und Anticodon-Anpassung zeigt als LGB und 4) SGB eine schwächere sekundäre Struktur in der Nähe der Translationsinitiierungssignale hat als LGB. Diese Unterschiede zwischen SGB und LGB sollten in hoch exprimierten Genen ausgeprägter sein als in niedrig exprimierten Genen. Wir präsentieren empirische Beweise zur Unterstützung dieser Vorhersagen.