В данном практикуме мной будет изучаться белок транспортер L-лактата (L-lactate transporter) в организме Syntrophobacter fumaroxidans (strain DSM 10017 / MPOB) и протеом этой же бактерии.
Транспортер L-лактата катализирует стереоселективный перенос L-лактата через плазматические мембраны [1]. Из запросов в Uniprot, получена информация, что транспортер L-лактата встречается в 129 организмах (128 из них - бактерии). В кластерах UniRef100, UniRef90 и UniRef50 для данного белка содержится 2, 2 и 33 белка соответственно, можно сделать вывод о том, что транспортер L-лактата достаточно редкий белок.
Syntrophobacter fumaroxidans - грамотрицательные неподвижные мезофильные бактерии, эндоспоры не образуют. Строго анаэробные и растут синтрофически на пропионате в присутствии бактерий или метаногенов, использующих водород и фимат (например, Methanospirilium hungateii). Клетки Syntrophobacter fumaroxidans - это короткие стержни с закругленными концами [2].
Для бактерии Syntrophobacter fumaroxidans был выбран ее референсный протеом.
Идентификатор: UP000001784. 4016 белков в протеоме (из них в Swiss-Prot 273).
В качестве контроля был выбран референсный протеом Thermodesulforhabdus norvegica - организма из того же порядка Syntrophobacterales. Thermodesulforhabdus norvegica - вид термофильных сульфат-восстанавливающих грамотрицательных бактерий, окисляющих ацетат.
Идентификатор: UP000199611. Всего белков в протеоме 2661.
Для скачивания протеомов были использованы команды:
wget ‘https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:up000001784&format=txt&compress=yes’ -O UP000001784.swiss.gz
wget ‘https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome%3Aup000199611&sort=score&format=txt&compress=yes’ -O UP000199611.swiss.gz
Запрос для Syntrophobacter fumaroxidans:
organism:"syntrophobacter fumaroxidans strain dsm 10017 mpob" annotation:(type:transmem) AND organism:"Syntrophobacter fumaroxidans (strain DSM 10017 / MPOB) [335543]" AND proteome:up000001784
Найдено 707 белков, доля трансмембранных белков - 17,6%.
Запрос для Thermodesulforhabdus norvegica:
annotation:(type:transmem) AND organism:"Thermodesulforhabdus norvegica [39841]" AND proteome:up000199611
Найдено 480 белков, доля трансмембранных белков - 18%.
Следовательно, практически одинаковая доля трансмембранных белков.
Запрос для Syntrophobacter fumaroxidans:
organism:"syntrophobacter fumaroxidans strain dsm 10017 mpob" ec:* AND organism:"Syntrophobacter fumaroxidans (strain DSM 10017 / MPOB) [335543]" AND proteome:up000001784
Найдено 835 ферментов, доля - 20,8%.
Запрос для Thermodesulforhabdus norvegica:
ec:* AND organism:"Thermodesulforhabdus norvegica [39841]" AND proteome:up000199611
Найдено 524 фермента, доля - 19,7%.
То есть почти одинаковая доля ферментов.
Запрос для Syntrophobacter fumaroxidans:
ec:2* AND organism:"Syntrophobacter fumaroxidans (strain DSM 10017 / MPOB) [335543]" AND proteome:up000001784
Найдено 344 фермента из 2-ого класса (трансферазы). Доля от количества всех ферментов - 41,2%.
Запрос для Thermodesulforhabdus norvegica:
ec:2* AND organism:"Thermodesulforhabdus norvegica [39841]" AND proteome:up000199611
Найдено 214 ферментов (трансфераз). Доля от количества всех ферментов - 40,84%.
Доля трансфераз одинакова у обеих бактерий.
По полученным данным из пунктов 1-3 можно сделать вывод о том, что протеомы Syntrophobacter fumaroxidans и Thermodesulforhabdus norvegica схожи несмотря на то, что они живут в разных условиях и питаются разными веществами.
Команда для Syntrophobacter fumaroxidans:
zcat UP000001784.swiss.gz | seqret -filter 'swiss::stdin:*[1:1]' | grep -v '>' | sort | uniq -c
Результат:
1 A
1 G
1 I
4013 M
Некоторые белки протеома данной бактерии начинаются не с метионина, а с аланина, глицина, изолейцина.
Команда для Thermodesulforhabdus norvegica:
zcat UP000199611.swiss.gz | seqret -filter 'swiss::stdin:*[1:1]' | grep -v '>' | sort | uniq -c
Результат:
1 D
3 E
3 G
2650 M
1 N
1 R
1 T
1 W
0,415% от всех белков в протеоме этой бактерии начинается с аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, глицина, аспарагина, аргинина, треонина, триптофана.
В обеих изучаемых мной бактериях присутствуют белки, начинающиеся не с метионина. Это может быть использовано организмами для снижения экспрессии генов в условиях голода, возможно, путем трансляционной авторегуляции или IF3-опосредованной регуляции [3]. Обе бактерии живут в достаточно нестандартных условиях, где повышен риск нехватки веществ, которыми они питаются.
В протеоме бактерии Thermodesulforhabdus norvegica в отличие от Syntrophobacter fumaroxidans присутствует белок, начинающийся с триптофана. Это может означать наличие триптофанового оперона в белке Thermodesulforhabdus norvegica. Можно сделать вывод о том, что Thermodesulforhabdus norvegica живет в среде, где мало триптофана. Регуляция триптофанового оперона осуществляется по механизму репрессии. Синтез этой аминокислоты в клетке будет продолжаться до тех пор, пока в питательной среде не появится триптофан. При наличии триптофана в среде прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки [4].
1) Bosshart, P.D., Kalbermatter, D., Bonetti, S. et al. Mechanistic basis of L-lactate transport in the SLC16 solute carrier family. Nat Commun 10, 2649 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10566-6
2) Plugge, C.M., Henstra, A.M., Worm, P. et al. Complete genome sequence of Syntrophobacter fumaroxidans strain (MPOBT). Stand in Genomic Sci 7, 91–106 (2012). https://doi.org/10.4056/sigs.2996379
3) Anne Gvozdjak and Manoj P. Samanta, et al. Genes Preferring Non-AUG Start Codons in Bacteria, 2020. https://doi.org/10.48550/arXiv.2008.10758
4) Published by Elsevier Inc., et al. Termination of transcription and its regulation in the tryptophan operon of E. coli, 1981. https://doi.org/10.1016/0092-8674(81)90496-7