Белок SusF ответственен за связывание крахмала и экспонируется на клеточной поверхности. Исследования также показали, что он образует центр, вокруг которого собирается мембранный компонент комплексов Sus[1].
SusF был закодирован в геноме Bacteroides thetaiotaomicron. Это основной компонент микробиома кишечника человека и разрушитель разнообразных углеводов[2]. Bacteroides thetaiotaomicron - грамотрицательный облигатный анаэроб, использует полисахариды, связывая их с клеточной поверхностью и позволяя ферментам клетки гидролизовать их до перевариваемых фрагментов[1].
В UniProt имеется 3D-структура исследуемого белка, полученная с помощью рентгеноструктурного анализа.
Также я исследовала кластеры белка. Количество белков в UniRef100_G8JZS6 – 2, в кластере UniRef90_G8JZS6 – 59, а в UniRef50_G8JZS6 – 67. При этом во всех кластерах белок SUSF_BACTN помечен как Representative & Seed. Это говорит о том, что белок самый длинный и хорошо аннотированный.
Далее я сделала несколько запросов. Сначала я попыталась выяснить, есть ли у других представителей рода Bacteroides белок SusF, а также подобный ему белок SusE. Получила 284 результата, в которых были представлены представители разных видов, но ни одного в Swiss-Prot, что говорит о недостаточной изученности этих данных. Затем я проверила, есть ли исследуемый белок не у бактерий, и выяснила, что белок SusF есть исключительно в метагеноме, то есть непосредственно в организмах других животных он, вероятно, не встречается. Интересно, что SusF был обнаружен в метагеноме кишечника термитов. В последнем запросе я искала по ключевым словам, есть ли у представителей рода Bacteroides белки, похожие на SusF по расположению в клетке и метаболизму. В результатах среди организмов было два: Bacteroides ovatus и Bacteroides thetaiotaomicron. Видимо, эти бактерии выполняют очень сходные функции в организме человека.
Протеом бактерии Bacteroides thetaiotaomicron референсный, его идентификатор: UP000001414 , число белков - 4782. В Swiss-Prot 376 белков. Полных белков 99,3 %, CPD стандартный. Из этого можно сделать вывод, что протеом относительно хорошо изучен.
Для сравнения я выбрала белок бактерии из того же рода - Bacteroides fragilis. Это также грамотрицательная анаэробная бактерия, являющаяся частью нормальной микробиоты толстой кишки человека. Отличие Bacteroides fragilis состоит в том, что в патофизиологических условиях клинические штаммы B. fragilis, вызывающие инфекции у человека, являются одними из самых аэротолерантных (т.е. способных расти в присутствии кислорода и продуктов его неполного восстановления) анаэробов[4].
Контрольный протеом тоже является референсным, его идентификатор: UP000006731, число белков - 4234. В Swiss-Prot 314 белков. Полных белков 99,8 %, CPD стандартный. То есть протеом Bacteroides fragilis имеет примерно такую же степень изученности, как и Bacteroides thetaiotaomicron.
Скачаем белковые записи, принадлежащие протеомам, в формате swiss.
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000001414&format=txt&compress=yes' -O UP000001414.swiss.gz
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000006731&format=txt&compress=yes' -O UP000006731.swiss.gz
1) Трансмембранные белки.
keyword:"Transmembrane [KW-0812]" AND organism:"Bacteroides thetaiotaomicron (strain ATCC 29148 / DSM 2079 / JCM 5827 / CCUG 10774 / NCTC 10582 / VPI-5482 / E50) [226186]" AND proteome:up000001414
keyword:"Transmembrane [KW-0812]" AND organism:"Bacteroides fragilis (strain ATCC 25285 / DSM 2151 / CCUG 4856 / JCM 11019 / NCTC 9343 / Onslow) [272559]" AND proteome:up000006731
Их количество примерно одинаковое: у Bacteroides thetaiotaomicron 942 (19,7%), а у Bacteroides fragilis 861 (20,3%).
2) Ферменты
ec:* AND organism:"Bacteroides thetaiotaomicron (strain ATCC 29148 / DSM 2079 / JCM 5827 / CCUG 10774 / NCTC 10582 / VPI-5482 / E50) [226186]" AND proteome:up000001414 - 633 (13,2%) белка
ec:* AND organism:"Bacteroides fragilis (strain ATCC 25285 / DSM 2151 / CCUG 4856 / JCM 11019 / NCTC 9343 / Onslow) [272559]" AND proteome:up000006731 - 1107 (26,1%) белков
У Bacteroides fragilis их почти вдвое больше, так как есть дополнительные ферменты, за счет которых обеспечивается устойчивость к кислороду. Это такие ферменты антиокислительной защиты, как каталазы, супероксиддисмутазы, пероксидазы[4]. Все они относятся к классу оксидоредуктаз, поэтому я выбрала этот класс ферментов в качестве третьей функциональной группы для сравнения.
3) Оксидоредуктазы
ec:1.* AND organism:"Bacteroides thetaiotaomicron (strain ATCC 29148 / DSM 2079 / JCM 5827 / CCUG 10774 / NCTC 10582 / VPI-5482 / E50) [226186]" AND proteome:up000001414 - 66 (1,4%) белков
ec:1.* AND organism:"Bacteroides fragilis (strain ATCC 25285 / DSM 2151 / CCUG 4856 / JCM 11019 / NCTC 9343 / Onslow) [272559]" AND proteome:up000006731 - 137 (3,2%) белков
Действительно, у Bacteroides fragilis оксидоредуктаз больше.
zcat UP000001414.swiss.gz | cut -f 1,2 | cut -d '{' -f 1 | zgrep '^CC -!- SUBCELLULAR LOCATION'| tr -d [:blank:] | sort | uniq -c | less
zcat UP000006731.swiss.gz | cut -f 1,2 | cut -d '{' -f 1 | zgrep '^CC -!- SUBCELLULAR LOCATION'| tr -d [:blank:] | sort | uniq -c | less
Результаты представлены в виде таблицы:
| Протеом Bacteroides thetaiotaomicron | Протеом Bacteroides fragilis | |
|---|---|---|
| Cell inner membrane | 82 | 81 |
| Cell membrane | 62 | 56 |
| Cell outer membrane | 113 | 85 |
| Cytoplasm | 214 | 203 |
| Cytoplasm, nucleoid | 1 | 2 |
| Fimbrium | 0 | 4 |
| Membrane | 200 | 186 |
| Mitochondrion | 1 | 1 |
| Nucleus | 1 | 1 |
| Periplasm | 5 | 2 |
| Plastid,chloroplast | 1 | 1 |
| Secreted | 1 | 3 |
Из полученных результатов можно сделать вывод, что не для всех белков протеомов известно их положение в клетке. Также интересно, что в протеоме Bacteroides thetaiotaomicron нет информации о белках фимбрий. Возможно, этот вид их не имеет, а значит, вероятно, менее патогенный, так как белки фимбрий выполняют функцию прикрепления к субстрату и другим клеткам.
1. Characterization of four outer membrane proteins involved in binding starch to the cell surface of Bacteroides thetaiotaomicron. J A Shipman, J E Berleman, A A Salyers
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10986238/
2. Analysis of Two SusE-Like Enzymes From Bacteroides thetaiotaomicron Reveals a Potential Degradative Capacity for This Protein Family. James Stevenson, Maria Ngo, Alicia Brandt, Joel T. Weadge and Michael D. L. Suits
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.645765/full
3. Trends in Microbiology. Том 26, Выпуск 11 , Ноябрь 2018 , Страницы 966-967. Bacteroides thetaiotaomicron. Nathan T.Porter, Ana S.Luis, Eric C. Martens
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0966842X1830177X
4. Bacteroides Fragilis. Hend Elsaghir; Anil Kumar Reddy Reddivari.