В данном мини-обзоре приводится анализ генома и протеома термофильной бактерии Persephonella marina EX-H1, живущей при экстремально высоких температурах. Были исследованы длины белков данной бактерии, также проведена попытка изучения того, как бактерия препятствует денатурации своих белков в таких условиях обитания.
Persephonella marina – хемотрофная грамотрицательная палочковидная бактерия, относится к типу Aquificota [1, 2]. Название её рода Persephonella происходит от имени богини Персефоны. Видовое название бактерии "marina" с латинского переводится как "принадлежащая морю". Persephonella marina имеет следующий температурный диапазон для нормального роста: от 55 °C до 80 °C, где оптимум достигается при 73 °C [1]. Организм обитает на сульфидных трубах ("чёрные курильщики") в глубоководных районах океана [1].
Кроме того, данная бактерия была использована в качестве модельного организма для определения характеристик генов и ферментов, необходимых для синтеза глюкозилглицерата, впервые обнаруженного у термофилов [3]. Этим она интересна как хемотроф.
Также эта бактерия не образует споры, что наводит на мысль, что стоит исследовать механизм предотвращения денатурации белков у данной бактерии [1]. Это и станет главным объектом обзора.
Для получения гистограммы длин белков мы использовали метод электронных таблиц (см. Т2).
Для получения таблицы распределения генов различных типов по репликонам бактерии Persephonella marina мы использовали метод электронных таблиц, подсчитав количество различных генов по репликонам бактерии: хромосоме и плазмиде (см. Т3).
Для получения гистограммы GC% по CDS мы использовали методы электронных таблиц (см. Т4).
Для получения процентного соотношения длины всех белков-шаперонов к общей длине всех белков бактерии мы использовали метод электронных таблиц (см. Т5).
рис.1. Гистограмма длин белков, закодированных в геноме Persephonella marina EX-H1
Были проанализированы 2054 возможных продукта трансляции бактерии Persephonella marina. По этим данным составлена гистограмма длин белков.
По гистограмме длин белков видно, что в геноме Persephonella marina EX-H1 больше всего кодируется белков с длиной от 90 до 270 аминокислот. Количество белков с длиной от 1110 до 5810 аминокислот очень мало, поэтому мы посчитали белки этого диапазона вместе. Большая часть продуктов имеет длину в диапазоне от 90 до 450 аминокислот (75,3%).
Среднее значение длины белка у Persephonella marina – 305 аминокислот.
Табл.1. Распределение генов различных типов по репликонам бактерии Persephonella marina
| Хромосома | Плазмида | Всего | |
|---|---|---|---|
| CDS, имеющие белковый продукт | 1 979,00 | 69,00 | 2 048,00 |
| CDS, не имеющие белковый продукт | 5,00 | 0,00 | 5,00 |
| tRNA | 40,00 | 0,00 | 40,00 |
| rRNA | 6,00 | 0,00 | 6,00 |
| tmRNA | 1,00 | 0,00 | 1,00 |
| ncRNA | 2,00 | 0,00 | 2,00 |
| Всего | 2 033,00 | 69,00 | 2 102,00 |
Каждый ген рРНК данной бактерии представлен по два раза (5S, 5S, 16S, 16S, 23S, 23S), поэтому можно предположить, что ранее в геноме бактерии произошла редупликация.
Плазмида не содержит никаких генов, кроме генов CDS, кодирующих белковый продукт, что характерно для бактерий.
рис. 2. Диаграмма, отражающая распределение CDS бактерии Persephonella marina EX-H1 по GC-составу
Максимальное значение содержания GC – 47,09%. Среднее значение GC в процентах – 36,9%. Для бактерии, живущей в экстремальных условиях (высокие температуры), GC% очень мало. Обычно у таких бактерий в процентном соотношении со связями аденина и тимина большее количество связей между гуанином и цитозином (более 50%), потому что такие связи стабилизируют ДНК, предотвращая её денатурацию при высоких температурах.
Это значит, что бактерия Persephonella marina EX-H1 может иметь другие механизмы для предотвращения денатурации её белков, например, белки-шапероны, и следует проверить наличие кодирующих их генов в геноме бактерии.
Как показано в данном мини-обзоре, пусть Persephonella marina EX-H1 и является термофильной бактерией, живёт и размножается при экстремально высоких температурах, мы не смогли описать механизм, препятствующий денатурации её белков: она не образует спор, а процентное соотношение количества вхождений в ДНК гуанина (цитозина) к общему количеству нуклеотидов по расчётам в среднем оказалось менее 50%.
Данный вопрос может фигурировать в дальнейших исследованиях. Например, один из механизмов, предотвращающих денатурацию белков, – механизм действия белков-шаперонов и белков-ко-шаперонов. У Persephonella marina есть 14 видов таких белков. Доля их длины от общей длины всех белков бактерии составляет 0,46%. Следовательно, можно было бы изучить их роль в предотвращении денатурации белков у Persephonella marina. В этом исследовании можно воспользоваться тем, что, вероятно, эти белки нужны для предотвращения денатурации при нагревании, и наблюдать за изменением интенсивности их выработки при повышении температуры.
NCBI Taxonomy: Persephonella marina EX-H1. NCBI:NCBI:txid123214.
Google диск с таблицами "CDS from genome of Persephonella marina EX-H1", "Genomic features of Persephonella marina EX-H1" — https://drive.google.com/drive/folders/1KmJKvvgPkBh8lUV7KPq2U3teNvmYzqAP?usp=drive_link
Таблица "Genomic features of Persephonella marina EX-H1" Таблица "CDS from genome of Persephonella marina EX-H1" Каталог геномной сборки GCF_000021565.1
Т1. Каталог геномной сборки GCF_000021565.1, файлы
GCF_000021565.1_ASM2156v1_cds_from_genomic.fna.gz – последовательности CDS,
GCF_000021565.1_ASM2156v1_feature_table.txt.gz – таблица геномных особенностей,
GCF_000021565.1_ASM2156v1_genomic.fna.gz – последовательности репликонов.
Т2. Таблица "CDS from genome of Persephonella marina EX-H1", листы "prot_lengths" и "prot_len_hist".
Т3. Таблица "Genomic features of Persephonella marina EX-H1", лист "per-replicons".
Т4. Таблица "CDS from genome of Persephonella marina EX-H1", листы "cds_gc" и "gc_hist".
Т5. Таблица "CDS from genome of Persephonella marina EX-H1", лист "chaperones_%".