Задание 8.

  1.  Сбор информации о своем белке:
    1. Определите EC-код своего белка (можете воспользоваться IUBMB или BRENDA). Если ваш белок не фермент, возьмите белок соседа снизу по списку.
    2. Расшифруйте код своего белка и переведите на русский активность, соответствующую каждому из четырех чисел кода.

      Можно воспользоваьтся опцией EC explorer BRENDA или пройти по сслыкам с главной страницы IUBMB.

    3. Приведите картинку с реакцией, катализируемой вашим ферментом. Добыть ее можно из BRENDA или KEGG. Если картинок не приводят, опишите реакцию словами.

      В BRENDA пользуйтесь кнопочкой с пробиркой, в KEGG найдите свой белок на главной странице, затем перейдите по ссылке KEGG Reaction

  2.  Вы сдаете микробиологию и вам нужно быстро найти, есть ли цикл Кребса у клостридий. Воспользуйтесь KEGG, найдите правильный ответ и приведите в отчете картинку из KEGG в подтверждение.

    На главной странице KEGG в поле поиска введите цикл Кребса (для этого придется найти, как его называют буржуи). На странице результатов поиска могут вылезти результаты для всех 16 баз KEGG - вам нужна ссылка на pathway, вроде map00020 (кстати, можно было с самого начала сузить поиск до базы данных KEGG pathway, выбрав ее на главной странице). Попадете на страницу с большой таблицей. Перейдите по ссылке на карту пути - поле Pathway map таблицы. Увидите картинку с картой пути. Сверху там есть выпадающий список - выберите, к примеру, Clostridium Acetobutilicum, и нажмите "Go". Зеленым на карте будут подсвечены те ферменты, которые есть у данного организма.

  3.  Вы хотите узнать, зачем нужна карбангидраза, если угольная кислота и так превращается в углекислый газ за секунду. Найдите в BRENDA число оборотов фермента при нормальном pH (для нормального человеческого белка и без добавления специальных буферов к раствору), а так же, как оно изменяется при закислении среды, например, при физической работе или похмелье. Также определите, с какими болезнями связан фермент, мишенью каких лекарств он является. Перечислять не обязательно; предположите, почему для такого безобидного фермента их столько.

    Поищите быстрым поиском на главной странице BRENDA. В navigtaion frame слева найдите turnover number и disease, кстати, можно посмотреть еще inhibitors (ингибиторы карбангидразы - лекарство от глаукомы). Таблетки можно посмотреть также в KEGG. Если найти фермент, то у него будет ссылка на KEGG drug и KEGG disease, а на метаболическом пути (почему-то метаболизма азота) синим будут помечены белки, связанные с болезнями, а красным - мишени лекарств.

  4.  Ваши однокурсники играли на зачете в забавную игру: дойти по ссылкам за наименьшее количество ходов с одной страницы википедии до другой. Там эта задача чаще всего решается через английскую королеву (см. Erdos numbers). Сделайте то же самое в KEGG - дойдите от глюкозы до глютамата за наименьшее число ходов (организм выбирать не надо, ходите просто по reference pathway). Приведите в отчете картинку с картами путей KEGG, на которой обведен ваш кратчайший путь.
  5.  Вы по ошибке оставили пробирку с Taq-полимеразой (той, которую используют в полимеразной цепной реакции) в термостате при температуре 90 градусов на десять минут, и теперь не уверены, пережил ли такое обращение ваш фермент, и какое его количество распалось. Найдите в BRENDA, насколько он устойчив при данной или сопоставимой температуре.
  6.  Нарисуйте в BRENDA какой-нибудь дихлофос или что вам больше нравится и найдите самые похожие на него реагенты, которые участвуют в ферментативных реакциях (я вот нашел в человеке фермент, окисляющий ракетное топливо - диметилгидразин). Опишите функцию фермента, взаимодействующего с вашим химикатом.

    Воспользуйтесь кнопкой substructure search на главной странице KEGG - у вас запустится Java-апплет для рисования соединений; если не запустился - включите или установите Java-машину - Java Runtime Environment.

  7.  Поищите гомологов теломеразы у прокариот в KEGG. Если сочтете, что степень родства достаточная, приведите их в отчете.

    Для этого найдите в KEGG сам фермент, перейдите по ссылке на его ген, на странице гена щелкните по кнопке "гомологи", и перед вами окажется интерфейс наподобие BLAST. Установите область поиска - прокариот (после того как выбрали их из списка не забудьте щелкнуть кнопку-подтверждение). Поищите лучшего bidirectional best hit - выберите опцию best-best. На результаты смотрите так: bit-score связан с e-value как e-value = bank_size * query_length / 2^bit_score. Соответственно, бит-скор на уровне 30 - это e-value на уровне единицы, а то и больше.

  8.  Допустим, ваши коллеги из мокрой лаборатории собираются исследовать некий потенциально токсичный экскретируемый белок из Bacillus Subtilis, к примеру, субтилизин SUBT_BACSU (субтилизин, правда, хорошо изучен; в качестве более реального примера можете взять предполагаемый белок экскретируемой эндонуклеазы из Bacillus Thuringiensis с кодом ZP_04127279.1 с NCBI protein - если просто вбить этот идентификатор на ncbi.nlm.nih.gov в поле поиска, найдется запись данного белка). Для этого им нужен препарат белка, очищенный и концентрированный. Для получения такого препарата ген этого белка часто искусственно переносят в организм-продуцент (обычно - E.Coli, потому что она быстро растет и методы работы с ней хорошо обкатаны; кроме того, исходная бактерия могла быть некультивируемой или плохо культивируемой, так что иначе никак). После этого E.Coli заставляют наработать большое количество исследуемого белка и получают его препарат.

    Однако, если всю кодирующую последовательность вашего белка из Bacillus subtilis (грамположительной бактерии, то есть за мембраной и клеточной стенкой у нее сразу внешний мир) перенесли в E.Coli (грамотрицательную бактерию, то есть у нее мембран две, а между ними - периплазма), и начали нарабатывать белок, то большой вопрос, куда он пошел. И если никуда не пошел, а остался в цитоплазме, то у E.Coli есть все шансы сдохнуть сразу (впрочем, с субтилизином ей как раз повезло, он сначала синтезируется в виде просубтилизина и требует активации, чтобы начать работать, следовательно, вредить). Предложите, что нужно изменить в последовательности белка, чтобы поменять локализацию, например, чтобы E.Coli экскретировала его наружу.

      Предлагаю следующие шаги:
    1. Посмотрите в KEGG карту путей секреции у бактерий. На страничке описания метаболического пути есть литературные ссылки, которые помогут разобраться получше, что определяет, как будет локализован тот или иной белок в бактерии. Если по этим ссылкам вам не удается сразу найти нужную информацию, попоробуйте пункты 2 и 3 как альтернативу.
    2. Другой хороший способ: с помощью формы advanced search в BRENDA можно наловить внеклеточных белков из Bacillus subtilis, задав в поле "localization" "extracellular", посмотреть литературные ссылки, касающиеся их локализации и механизмов транспорта, а также данные, касающиеся клонирования и их экспресии в других бактериях (многие из них уже клонировали в E.Coli, и как-то добивались их правильной локализации).
    3. Наконец, можете просто поковыряться в Интернете c Google, Wikipedia, Google Books, Google Scholar, Pubmed или воспользоваться сарафанным радио, чтобы разузнать, что людям известно об этих системах и признаках того, что тот или иной белок использует какую-либо систему.
    4. Сделайте предположение, как данный белок секретируется Bacillus Subtilis. В выдвижении гипотезы и ее проверке вам могут также помочь программы отсюда: http://www.cbs.dtu.dk/services/
    5. Посмотрите в KEGG, есть ли у E.Coli система секреции, гомологичная той, которую использует исследуемый белок. Туда ли она ведет?
    6. Даже если гомологичная система имеется, не факт, что специфичность узнавания сигнала одинакова у разных бактерий. С помощью того же датского сервиса можно посмотреть предсказания для узнавания того же мотива грамотрицательными бактериями.
    7. На основании собранных данных предположите, как бы можно было изменить последовательность данного вам белка так, чтобы E.Coli его секретировала.

      Задание полуреальное, взято из практики, и оценивается неформально, то есть все средства хороши, любая ваша самостоятельная активность приветствуется. Это пример того, как можно быстро "въехать" в прикладные аспекты незнакомой области молекулярной биологии.