Введение
Целью данного обзора является общий анализ генома и протеома Lactobacillus dextrinicus и представление их кратких характеристик. Lactobacillus dextrinicus – бактерия, раннее описанная как Pediococcus dextrinicus Coster and White (Back W., 1978) и позже перенесенная в род Lactobacillus по ряду морфологических, физиологических признаков и на основании филогенетического анализа. Данная бактерия имеет несколько форм: кокк, диплококк и неправильные кластеры из кокков (Haakensen M. и др., 2009). Lactobacillus dextrinicus применяется в производстве пива и заготовке силоса. Длина генома бактерии – 1836976 п.н. В нем было идентифицировано 1812 генов, из них 1709 кодируют белки, 79 кодируют РНК и 24 представляют собой псевдогены ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NZ_CP044499.1).
Материалы и методы
Последовательность генома и данные о протеоме Lactobacillus dextrinicus были взяты с сайта NCBI ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NZ_CP044499.1). Часть анализа проводилась в программе Excel, также был использован программный пакет EMBOSS для подсчета частот нуклеотидов и GC-состава в геноме (команды wordcount и geecee соответственно). Сайт http://genskew.csb.univie.ac.at/ был использован для поиска точек начала и окончания транскрипции. В качестве статистического метода использовался критерий Хи-квадрат. Визуализация расположения рРНК оперонов в геноме проводилась в программе SnapGene Viewer.
Результаты
Анализ генома
Нуклеотидный состав
В геноме бактерии Lactobacillus dextrinicus содержится 568336 (это 30,94% от общего количества нуклеотидов) адениновых нуклеотидов, 567632 (30,90%) тиминовых, 354460 (19,30%) гуаниновых и 346548 (18,87%) цитозиновых. Несмотря на различия в процентном содержании аденина и тимина, а также гуанина и цитозина, правило Чаргаффа соблюдается для этой последовательности, поскольку различия статистически незначимы по критерию Хи-квадрат (p = 2,496E-19). GC -состав этого генома примерно 38%.
Точка начала репликации (Ori)
На рис.1 представлен график, на котором отмечены координаты Ori и точки терминации репликации (term). Ori отмечен на 1 п.н, отсюда можно сделать вывод, что секвенирование проводилось в Ori, заранее зная последовательность прилежащего участка. Term имеет координату 993277 п.н., то есть плазмида делится почти пополам: одна половина имеет длину 54% от общей длины, другая – 46%.
Анализ протеома
Длина белков
Для 1709 белков была построена гистограмма с их распределением по длине (рис.2). Самый короткий белок имеет длину 25 (белок с неизвестной функцией) аминокислотных остатков (а.о.), самый длинный – 1447. Примечательно, что последний является вирусным белком «рулеткой» (tape measure protein), который обуславливает проникновение бактериофага в клетку бактерии. Возможно, что данная бактерия была инфицирована. Инструментом BLAST NCBI идентифицировать вирус не удалось Средняя длина составляет 305 а.о., медианная длина белка – 267 а.о. Из графика следует, что мода длины находится в пределах от 200 до 250 а.о.
Рибосомальные гены
Было выявлено 70 генов, кодирующих рРНК и рибосомальные белки. Полный список этих генов с указанием их координат представлен в таблице ribosomal в сопроводительных материалах. Также было обнаружено, что гены рРНК имеют определенную организацию в геноме: они встречаются в виде оперонов (см. табл.1). Оперон состоит из подряд идущих генов 16S, 23S и 5S рРНК. У бактерий между генами 16S и 23S рРНК часто встречаются гены тРНК, такое строение имеют опероны 1 и 2, в спейсере находятся гены тРНК изолейцина и аланина. К оперону 4 прилегают гены тРНК серина и аспаргина, и вследствие их близкого расположения эти тРНК были включены в состав оперона. 3 и 5 опероны представлены только генами рРНК. На рис. 3 показано расположение оперонов в геноме и направление их транскрипции. Транскрипция всех рРНК оперонов осуществляется в направлении от Ori к term (см. рис 3)
Частота встречаемости кодонов
В таблице codons в сопроводительных материалах представлены максимальные и минимальные частоты кодонов для всех аминокислот. Глутамин, лейцин, изолейцин, глутамат и аспартат имеют самые часто встречающиеся кодоны, доля которых варьируется от 4 до 5% от общего числа кодонов. На месте 3 нуклеотида чаще всего стоит тимин (у 12 аминокислот), второй по встречаемости – аденин (у 6 аминокислот). Метионин и триптофан кодируются только одним кодоном, и на третьем месте всегда стоит гуанин. В остальных случаях на третьей позиции гуанин и цитозин встречаются гораздо реже, чем аденин и тимин.
Выводы
Дополнительный анализ генома Lactobacillus dextrinicus показал, что GC-состав равен 38%. Точка Ori расположен на 1 п.н, точка term – 993277 п.н.
Анализ рибосомальных генов показал наличие 5 рРНК оперонов в геноме. В анализе протеома было приведено сравнение всех белков по их длине, средняя длина составляет 305 а.о, наибольшее число белков имеет длину от 200 до 250 а.о. В протеоме бактерии был обнаружен бактериофаговый белок хвостовой «рулетки». Также были рассмотрены частоты встречаемости кодонов, и на 3-их позициях чаще всего находятся тимин и аденин.
Выводы
1.Back, W. Elevation of Pediococcus cerevisiae subsp. dextrinicus Coster and White to Species Status [Pediococcusdextrinicus (Coster and White) comb. nov.]. INT. J. SYST. BACTERIOL. 28, 5 (1978).
2.GenSkew - visualization of nucleotide skew in genome sequences http://genskew.csb.univie.ac.at/.
3.Lactobacillus dextrinicus strain LH506 chromosome, complete genome-Nucleotide-NCBI https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NZ_CP044499.1.
4.Haakensen, M., Dobson, C. M., Hill, J. E. & Ziola, B. Reclassification of Pediococcus dextrinicus (Coster and White 1964) Back 1978 (Approved Lists 1980) as Lactobacillus dextrinicus comb. nov., and emended description of the genus Lactobacillus. INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY 59, 615–621 (2009).
Сопроводительные материалы
Таблицы ribosomal и codons: https://kodomo.fbb.msu.ru/~ana-liva/term1/Litvinova-supple-fin.xlsx
