An approach for genome analysis based on sequencing and assembly of unselected pieces of DNA from the whole chromosome has been applied to obtain the complete nucleotide sequence (1,830,137 base pairs) of the genome from the bacterium Haemophilus influenzae Rd. This approach eliminates the need for initial mapping efforts and is therefore applicable to the vast array of microbial species for which genome maps are unavailable. The H. influenzae Rd genome sequence (Genome Sequence DataBase accession number L42023) represents the only complete genome sequence from a free-living organism.

Helicobacter pylori, strain 26695, has a circular genome of 1,667,867 base pairs and 1,590 predicted coding sequences. Sequence analysis indicates that H. pylori has well-developed systems for motility, for scavenging iron, and for DNA restriction and modification. Many putative adhesins, lipoproteins and other outer membrane proteins were identified, underscoring the potential complexity of host–pathogen interaction. Based on the large number of sequence-related genes encoding outer membrane proteins and the presence of homopolymeric tracts and dinucleotide repeats in coding sequences, H. pylori, like several other mucosal pathogens, probably uses recombination and slipped-strand mispairing within repeats as mechanisms for antigenic variation and adaptive evolution. Consistent with its restricted niche, H. pylori has a few regulatory networks, and a limited metabolic repertoire and biosynthetic capacity. Its survival in acid conditions depends, in part, on its ability to establish a positive inside-membrane potential in low pH.

The complete nucleotide sequence (580,070 base pairs) of the Mycoplasma genitalium genome, the smallest known genome of any free-living organism, has been determined by whole-genome random sequencing and assembly. A total of only 470 predicted coding regions were identified that include genes required for DNA replication, transcription and translation, DNA repair, cellular transport, and energy metabolism. Comparison of this genome to that of Haemophilus influenzae suggests that differences in genome content are reflected as profound differences in physiology and metabolic capacity between these two organisms.

The development of efficient and inexpensive genome sequencing methods has revolutionized the study of human bacterial pathogens and improved vaccine design. Unfortunately, the sequence of a single genome does not reflect how genetic variability drives pathogenesis within a bacterial species and also limits genome-wide screens for vaccine candidates or for antimicrobial targets. We have generated the genomic sequence of six strains representing the five major disease-causing serotypes of Streptococcus agalactiae , the main cause of neonatal infection in humans. Analysis of these genomes and those available in databases showed that the S. agalactiae species can be described by a pan-genome consisting of a core genome shared by all isolates, accounting for ≈80% of any single genome, plus a dispensable genome consisting of partially shared and strain-specific genes. Mathematical extrapolation of the data suggests that the gene reservoir available for inclusion in the S. agalactiae pan-genome is vast and that unique genes will continue to be identified even after sequencing hundreds of genomes.

The genome of the bacterium Borrelia burgdorferi B31, the aetiologic agent of Lyme disease, contains a linear chromosome of 910,725 base pairs and at least 17 linear and circular plasmids with a combined size of more than 533,000 base pairs. The chromosome contains 853 genes encoding a basic set of proteins for DNA replication, transcription, translation, solute transport and energy metabolism, but, like Mycoplasma genitalium, it contains no genes for cellular biosynthetic reactions. Because B. burgdorferi and M. genitalium are distantly related eubacteria, we suggest that their limited metabolic capacities reflect convergent evolution by gene loss from more metabolically competent progenitors. Of 430 genes on 11 plasmids, most have no known biological function; 39% of plasmid genes are paralogues that form 47 gene families. The biological significance of the multiple plasmid-encoded genes is not clear, although they may be involved in antigenic variation or immune evasion.

The complete 1.66-megabase pair genome sequence of an autotrophic archaeon, Methanococcus jannaschii, and its 58- and 16-kilobase pair extrachromosomal elements have been determined by whole-genome random sequencing. A total of 1738 predicted protein-coding genes were identified; however, only a minority of these (38 percent) could be assigned a putative cellular role with high confidence. Although the majority of genes related to energy production, cell division, and metabolism in M. jannaschii are most similar to those found in Bacteria, most of the genes involved in transcription, translation, and replication in M. jannaschii are more similar to those found in Eukaryotes.

Here we determine the complete genomic sequence of the Gram negative, γ-Proteobacterium Vibrio cholerae El Tor N16961 to be 4,033,460 base pairs (bp). The genome consists of two circular chromosomes of 2,961,146 bp and 1,072,314 bp that together encode 3,885 open reading frames. The vast majority of recognizable genes for essential cell functions (such as DNA replication, transcription, translation and cell-wall biosynthesis) and pathogenicity (for example, toxins, surface antigens and adhesins) are located on the large chromosome. In contrast, the small chromosome contains a larger fraction (59%) of hypothetical genes compared with the large chromosome (42%), and also contains many more genes that appear to have origins other than the γ-Proteobacteria. The small chromosome also carries a gene capture system (the integron island) and host ‘addiction’ genes that are typically found on plasmids; thus, the small chromosome may have originally been a megaplasmid that was captured by an ancestral Vibrio species. The V. cholerae genomic sequence provides a starting point for understanding how a free-living, environmental organism emerged to become a significant human bacterial pathogen.

Archaeoglobus fulgidus is the first sulphur-metabolizing organism to have its genome sequence determined. Its genome of 2,178,400 base pairs contains 2,436 open reading frames (ORFs). The information processing systems and the biosynthetic pathways for essential components (nucleotides, amino acids and cofactors) have extensive correlation with their counterparts in the archaeon Methanococcus jannaschii . The genomes of these two Archaea indicate dramatic differences in the way these organisms sense their environment, perform regulatory and transport functions, and gain energy. In contrast to M. jannaschii , A. fulgidus has fewer restriction–modification systems, and none of its genes appears to contain inteins. A quarter (651 ORFs) of the A. fulgidus genome encodes functionally uncharacterized yet conserved proteins, two-thirds of which are shared with M. jannaschii (428 ORFs). Another quarter of the genome encodes new proteins indicating substantial archaeal gene diversity.

The rhesus macaque ( Macaca mulatta ) is an abundant primate species that diverged from the ancestors of Homo sapiens about 25 million years ago. Because they are genetically and physiologically similar to humans, rhesus monkeys are the most widely used nonhuman primate in basic and applied biomedical research. We determined the genome sequence of an Indian-origin Macaca mulatta female and compared the data with chimpanzees and humans to reveal the structure of ancestral primate genomes and to identify evidence for positive selection and lineage-specific expansions and contractions of gene families. A comparison of sequences from individual animals was used to investigate their underlying genetic diversity. The complete description of the macaque genome blueprint enhances the utility of this animal model for biomedical research and improves our understanding of the basic biology of the species.