Development of a Data-Driven Integrative Model of a Bacterial Chromosome

染色体 计算生物学 分辨率(逻辑) 钥匙(锁) 集合(抽象数据类型) 染色体构象捕获 模块化设计 计算机科学 细菌圆形染色体 生物 拓扑(电路) 基因组 遗传学 基因 人工智能 数学 操作系统 基因表达 计算机安全 增强子 组合数学 程序设计语言
作者
Abdul Wasim,Palash Bera,Jagannath Mondal
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.3c00118
摘要

The chromosome of archetypal bacteria E. coli is known for a complex topology with a 4.6 × 106 base pairs (bp) long sequence of nucleotides packed within a micrometer-sized cellular confinement. The inherent organization underlying this chromosome eludes general consensus due to the lack of a high-resolution picture of its conformation. Here we present our development of an integrative model of E. coli at a 500 bp resolution (https://github.com/JMLab-tifrh/ecoli_finer), which optimally combines a set of multiresolution genome-wide experimentally measured data within a framework of polymer based architecture. In particular the model is informed with an intragenome contact probability map at 5000 bp resolution derived via the Hi-C experiment and RNA-sequencing data at 500 bp resolution. Via dynamical simulations, this data-driven polymer based model generates an appropriate conformational ensemble commensurate with chromosome architectures that E. coli adopts. As a key hallmark of the E. coli chromosome the model spontaneously self-organizes into a set of nonoverlapping macrodomains and suitably locates plectonemic loops near the cell membrane. As novel extensions, it predicts a contact probability map simulated at a higher resolution than precedent experiments and can demonstrate segregation of chromosomes in a partially replicating cell. Finally, the modular nature of the model helps us devise control simulations to quantify the individual role of key features in hierarchical organization of the bacterial chromosome.
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