Анализ протеома бактерииKosakonia arachidis (Enterobacter arachidis)
Резюме
В данной работе представлен мини-обзор протеома бактерии Kosakonia arachidis, выполненный с помощью методов работы с электронными таблицами. В ходе работы был проанализирован нуклеотидный состав генома данной бактерии, рассчитано количество различных типов генов,
1. Введение
Большинство бактерий рода Kosakonia являются симбионтами и комменсалами растений, также встречаются виды, условно патогенные для человека. Геном штамма KACC 18508 вида Kosakonia arachidis, который был выделен из почвы 17 мая 2019 года на территории Южной Кореи, был зарегистрирован при поддержке Kyungpook National University 27 октября 2019 года. Kosakonia arachidis является аэробной метилотрофной грамотрицательной азотфиксирующей палочковидной по-движной бактерией из семейства Enterobacteriaceae. Размеры бактерии находятся в пределах от 2-3.7 µm в длину и 0.5-0.7 µm в ширину. Ее ближайшими родственниками являются Kosakonia radicincitans и Kosakonia cowanii (Madhaiyan et al., 2010). Из Kosakonia arachidis KACC 18508 выделены 1 хромо- сома и 1 плазмида. Геном содержит 4977 генов.
2. Материалы и методы
Хромосомная таблица извлечена из базы данных NCBI и об-работана с помощью программы Mircosoft Excel. Таблица с импортированными данными была отформатирована: были созданы листы genes со списком генов и информацией о них и gene2 (прочее) (строки были отсортированы в лексикографи-ческом порядке). Навигация по папкам осуществлялась с помощью программы Far Manager (перенос файлов). Также в работе использовались горячие клавиши для копирования и вставки больших объемов данных и поиска-замены совпаде-ний (Ctrl+F, Ctrl+H. Ctrl+C, Ctrl+V, Ctrl+A, Ctrl+X). Также в работе с геномом использовались сценарии, написанные на языке программирования Python. В работе с Microsoft Excel использовались такие методы, как: - создание плоских таблиц; - сортировка строк и столбцов;
- создание примечания к ячейке;
- построение гистограмм по данным столбца;
- распространение формул;
- уничтожение формул;
- «фильтрация» значений;
- перенос данных между листами и т.д.
Использовались следующие формулы и функции:
- ВПР (для сопоставления данных из разных листов таблицы);
- СЧЁТЕСЛИ, СЧЁТЕСЛИМН;
- ОКРУГЛ и т.д.
Количество единичных нуклеотидов и k-меров подсчитано с помощью команды wordcount, GC-состав – c помощью команды geecee (применялся клиент PuTTY для протокола удаленно-го доступа SSH).
3. Результаты и обсуждения
3.1 Общая характеристика генома
Геном Kosakonia arachidis KACC 18508 представлен одной кольцевой хромосомой и одной плазмидой. Размер хромосомы составляет 5096793 п.о., размер плазмиды - 79613 п.о. Это довольно крупный геном, так как среднее значение и медиана составляют ~3,65 Mb и ~3,46 Mb соответственно (diCenzo et al., 2017). По данным записи NZ_CP045299.1 базы данных RefSeq NCBI в геноме Kosakonia arachidis закодировано 4977 генов. Из них 4710 кодируют белки, 113 кодируют РНК, 154 – псевдогены.
Таблица 1. Количество генов по типам.
| Ген | Число |
| proteins | 4710 |
| pseudogenes | 154 |
| tRna | 83 |
| rRna | 22 |
| tmRNА | 1 |
| SRP_RNA | 1 |
| RNase_P_RNA | 1 |
| ncRNA | 4 |
| antisense_RNA | 1 |
3.2 Соотношение нуклеотидов и GC-состав
В ходе анализа было установлено, что количества нуклеотидов А и Т, G и С равны, что подтверждает эмпирическое наблюдение Э. Чаргаффа.
Результаты исследования генома на GC-состав приведены в таблице 2. Относительно высокая доля гуанина и цитозина в ДНК согласуется со способностью Kosakonia arachidis усваи-вать молекулярный азот (согласно гипотезам некоторых ис-следователей, содержание GC у азотфиксирующих представи-телей выше [4]).
Таблица 2. GC-состав хромосомы и плазмиды.
| Sequence | GC-content |
| NZ_CP045300.1 | 0.53 |
| NZ_CP045299.1 | 0.48 |
3.3 Анализ k-меров
Количество каждого двунуклеотидного k-мера представлено на рисунке. Самыми часто встречающимися «расстановками» оказались GC и CG, что согласуется с результатами расчета количества отдельных нуклеотидов [3.2].
3.4 Распределение белков по длинам
Наибольшее количество белков находится в пределах от 200 до 400 аминокислот.
Благодарность
Выражаю признательность преподавателям курса практиче-ской информатики факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ за их роль в формировании студентов как высоко-классных специалистов, а также за полученные знания и навыки.
Сопроводительные материалы
https://kodomo.fbb.msu.ru/~arsen/term1/Tedeev_supple.xlsx
https://kodomo.fbb.msu.ru/~arsen/term1/Data_table.xlsx
Список литературы
[1] Munusamy Madhaiyan et al. (2010) Enterobacter arachidis sp. nov., a plant-growth-promoting diazotrophic bacterium isolated from rhizo-sphere soil of groundnut. International Journal of Systematic and Evolu-tionary Microbiology, 60, 1559–1564
[2] Carrie Brady et al. (2013) Taxonomic evaluation of the genus Enterobac-ter based on multilocus sequence analysis (MLSA). Systematic and Ap-plied Microbiology, 36(5):309-319
[3] diCenzo et al. (2017) The divided bacterial genome: structure, function, and evolution. Microbiol Mol Biol Rev. 81: e00019–17–17. pmid:28794225
[4] 4. McEwan et al. (1998) Nitrogen-fixing aerobic bacteria have higher ge-nomic GC content than non-fixing species within the same genus. Hereditas. 128: 173-178. Lund, Sweden. TSSN 0018-0661. Received Ju-ly 7, 1997. Accepted March 4, 1998