МИНИ-ОБЗОР БАКТЕРИИ ACTINOMYCES FAECALIS
Автор: Каримова Ангелина Александровна
Студентка первого курса факультета биоинженерии и биоинформатики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова
АННОТАЦИЯ
Виды актиномицетов - это организмы, обитающие в почве и в микробиоте животных, включая человеческую микробиоту. Они известны тем, что играют важную роль в экологии почвы; они вырабатывают ряд ферментов, которые помогают расщеплять органический растительный материал, лигнин и хитин. В предложенном мини-проекте мы рассмотрели уникальные свойства генома бактерии Actinomyces faecalis
1 →ВВЕДЕНИЕ
Все бактерии рода Actinomyces грамположительные и факультативно анаэробные [1]. Виды Actinomyces могут образовывать эндоспоры, и хотя отдельные бактерии имеют палочковидную форму, колонии Actinomyces образуют грибовидные разветвленные сети гифов. Вид этих колоний изначально привел к неверному предположению, что организм был грибом, и к названию Actinomyces, "лучевой гриб" (от греческого actis, луч или балка, и mykes, гриб). Имеют вид тонких, диаметром от 0,2 до 1,0 мкм и длиной около 2,5 мкм, прямых или немного изогнутых палочек с утолщёнными концами. Часто образуют нити длиной до 10-50 мкм. Отличие актиномицетов от других бактерий — способность образовывать хорошо развитый мицелий [2]. Вид Actinomyces faecalis обитает в фекалиях животных, в частности, был выделен из фекалий Marmota himalayana (обнаружен в 2021 году) [3]
Таксономическое положение бактерии представлено в таблице 1.
| Царство | Bacteria |
|---|---|
| <Группа без ранга> | Terrabacteria group |
| Тип | Actinobacteria |
| Класс | Actinobacteria |
| Порядок | Actinomycetales |
| Семейство | Actinomycetaceae |
| Род | Actinomyces |
| Вид | Actinomyces faecalis |
2 →МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Данные генома бактерии Actinomyces faecalis были взяты из NCBI — Национального центра биотехнологической информации. Для выполнения работы был использован следующий файл:
Таблица особенностей (см. S1 сопроводительных материалов):
GCF_013184985.2_ASM1318498v2_feature_table.txt
Таблица особенностей была импортирована в Google sheets. Для построения диаграмм были использованы такие функции, как: =СЧЕТ, =СЧЕТЕСЛИ, =МАКС, =МИН, =СЧЕТЕСЛИМН.
Диаграмма длин белка (см. S3 сопроводительных материалов) была построена на основе выбранного диапазона (от 0 до 1350+ аминокислот, карман - 90 аминокислот) и значений, рассчитанных по формуле =СЧЕТЕСЛИМН.
Для построения гистограммы 2 (см. S4 сопроводительных материалов) сначала рассчитали расстояние, определили длину кармана (50) и рассчитали значения используя =СЧЕТЕСЛИМН.
С помощью функции MIN, MAX определили минимальное и максимальное процентное содержание GC. Исходя из полученных данных получили интервалы для построения гистограммы GC% по CDS (см. S5 сопроводительных материалов).
Для построения диаграммы, показывающей соотношение количества шести наиболее встречающихся белков в геноме Actinomyces faecalis (см. S6 сопроводительных материалов) был использован столбец N таблицы feature_table/ Для каждого белка было рассчитано количество его повторений с помощью функций ЕСЛИ, СЧЕТЕСЛИ. Затем мы выбрали 6 белков, которые присутствуют в геноме в большем количестве. На основе полученных данных построили диаграмму.
3 →РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Длины белков, закодированных в геноме бактерии.
На рисунке 1 в виде гистограммы представлена зависимость распределения числа белков от их длины.
Можно заметить, что длина большинства белков бактериального генома составляет 270-360 аминокислот. Это говорит о том, что в геноме встречаются по большей части короткие белки. Большинство таких белков отвечают за метаболические процессы.
3.2. Расстояние между кодирующими последовательностями.
На рисунке 2 приведена гистограмма расстояний между последовательностями на плюс-цепи самой большой хромосомы.
Исходя из данных, приведенных на рис.2, можно сделать вывод о том, кодирующая последовательность одного белка часто перекрывает кодирующую последовательность другого белка, т.е. расстояние <0. Далее мы видим стремительное уменьшение количества последовательностей при увеличении расстояния.
3.3. Процентное содержание гуанина и цитозина.
На рисунке 3 видно, что значения стремительно увеличиваются в интервале от 46.78 до 70.78. А в промежутке 68.78-70.78% содержания GC количество гуанина и цитозина достигает пика (506). Далее их значения стремительно уменьшаются. Между гуанином и цитозином существуют тройные связи, следовательно, большой процент содержания GC может свидетельствовать о более стабильной структуре ДНК, что может быть важно для поддержания целостности генома
3.4. Количество белков в геноме бактерии Actinomyces faecalis
В геноме бактерии содержится 2248 белков. Уникальных из них - 1361 (без повторяющихся). На диаграмме 4 мы показали 6 самых часто встречающихся белков.
Видно, что больший процент приходится на белок hypothetical protein. Hypothetical protein – это белки, функции которых не определены. Их процент в геноме бактерии Actinomyces faecalis равен 13,4786% от общего количества белков, 75,3731% от количества тех белков, которые представлены на диаграмме (LacI family DNA-binding transcriptional regulator, MFS transporter, ABC transporter ATP-binding protein, carbohydrate ABC transporter permease, sugar ABC transporter permease).
Второй белок по встречаемости: LacI family DNA-binding transcriptional regulator. Это транскрипционный регулятор, который выполняет функции активатора или репрессора. Он связывается со специфическим лигандом эффектора, который либо уменьшает, либо увеличивает сродство к ДНК.
4 →ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данного мини-проекта были проделано исследование генома бактерии Actinomyces faecalis. Проведены следующие работы: построена гистограмма длин белка в кодирующих последовательностях, рассчитано процентное содержание гуанина и цитозина, расстояние между кодирующими последовательностями, подсчитано количество часто встречающихся белков в геноме бактерии.
5 →СОПРОВОДИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
S1. Feature table
future tableS2. Лист таблицы для построения гистограммы длин белка
гистограмма длин белкаS3. Лист таблицы для расчета расстояний между последовательными кодирующими последовательностями (CDS) на плюс-цепи хромосомы
расстояние между CDSS4. Лист таблицы для построения гистограммы GC% по CDS
гистограмма GC% по CDSS5. Лист с расчетами для построения диаграммы количества встречающихся белков в геноме бактерии
встречающиеся белки6 →СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Кравец С.Л. 15 ноября 2022 года
[2] Actinomyces.Гастроскан.(2021)
[4] Zhou, J., Zhang, S., Zhang, G., Yang, J., Lai, X.-H., Pu, J., Jin, D., Lu, S., Huang, Y., Zhu, W., Huang, Y., Xu, M., Lei, W., Cheng, Y., Liu, L., and Xu, J. "Characterization of isolates of members of the genus Actinomyces from Marmota himalayana: description of Actinomyces faecalis sp. nov., Actinomyces respiraculi sp. nov., and Actinomyces trachealis sp. nov." Int. J. Syst. Evol. Microbiol. (2021) 71(7):004875.