Краткое описание особенностей бактерии Geobacillus kaustophilus

Это грамположительная спорообразующая палочка. Этот микроорганизм термофилен и устойчив к наличию солей мышьяка в среде. В сатье говорится об оптимальцых условиях для роста бактерии в 55 градусов Цельсия и pH = 6,5 Бактерия выживает при высоких тестовых концентрациях мышьяка в среде, в её геноме обнаружены "гены детоксикации мышьяка", поэтому есть гипотеза о наличии роли Geobacillus в биогеохимическом круговороте мышьяка.[1]

Белок оксидаза глицина катализирует FAD-зависимое окислительное дезаминирование различных аминов и D-аминокислот с получением соответствующих альфа-кетокислот, аммиака / амина и перекиси водорода. Окисляет глицин, саркозин (N-метилглицин), N-этилглицин, D-пролин, D-аланин, глицин-этиловый эфир и некоторые другие D-аминокислоты. Не действует на L-пролин [2]. Имеет важное значение для биосинтеза тиамина, так как окисление глицина, катализируемое оксидазой глицина, генерирует промежуточный глицин-имин (дегидроглицин), необходимый для биосинтеза тиазольного кольца пирофосфата тиамина. Эти выводы сделаны по аналогии с значением гомологичного белка в сенной палочке (Bacillus subtilis)[5].

Данный белок довольно хорошо исследован, для него известна 3D-структура, полученная экспериментально. Белок является референсным в своих кластерах UniRef100, UniRef90, UniRef50. Его длина 377 аминокислот. Стоит отметить, что этот белок обнаружен только у Эуактерий. Из всех остальных организмов он предсказан только у Грецкого ореха (Juglans regia), в некотором экспериментальном проекте [3].

Задание 1

Для сравнения протеомов был выбран штамм другого выда бактерий рода Geobacillus - Geobacillus thermocatenulatus. Эта бактерия может быть выделена из почвы при инкубации с температурой 60 °C. У неё обнаружена способность расщеплять нейлон [4]. Её протеом - Standart, в BUSCO характеристика s = 99,1. Значит, протеомы довольно похожие и можно посмотреть на места их различий в контекте фенотипических различий организмов.

Последовательность действий

В записи моего белка с INSDC CDS BAD74908.1 в записи в Uniprot в поле DR содержится информация о протеоме, к которому этот белок принадлежит. Далее легко скачать из Uniprot в автоматическом режиме все белки, принадлежащие к тому же протеому:

Также на странице белка в Uniprot указан организм, из которого получен белок в виде гиперссылки на страницу с его таксономическим положением. Я выбрал организм другого вида из того же рода в качестве референсного протеома (Proteome ID UP000214728). Повторил действия по скачиванию генома.

Сравнение предсавленности некоторых групп белков в геномах

Я сравнил геномы при помощи Advanced search в Uniprot KB. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1. Численность некоторых классов белков
Белки G. kaustophilus G. thermocatenulatus Запрос advanced search (на примере G. kaustophilus)
Unreviewed 3005 3358 proteome:up000001172
Reviewed 511 0 proteome:up000001172
Трансмембранные белки 679 742 annotation:(type:transmem) AND proteome:up000001172
Любые ферменты 679 869 ec:* AND proteome:up000001172
Транслоказы 24 18 ec:7* AND proteome:up000001172
Изучаемые мной бактерии были выделены в нестандартных условиях, поэтому я решил изучить класс ферментов транслоаз. Разнообразие транслоказ может быть приспособлением к условиям среды обитания. Я вручную сравнил списки анотированных транслоказ для двух бактерий и выделить отличия: У G. kaustophillus есть несколько специфических мембранных переносчиков, которые не анотированы у другого штамма:

  1. Phosphate import ATP-binding protein PstB ()
  2. Methionine import ATP-binding protein MetN
  3. Putative ribose/galactose/methyl galactoside import ATP-binding protein
  4. Xylose import ATP-binding protein XylG
  5. Ribose import ATP-binding protein RbsA

Это интересно: у геотермального штамма есть специфические переносчики малых молекул органичекого происхождения, которых нет у почвенного штамма. Я думаю, это может быть полезным приспособлением в богатой органическими соединениями среде с малым числом конкурентов. Этим пользуются бактерии в геотермальных источниках. А вот в почве очень большая конкуренция за органические вещества, поэтому в окружающей среде их мало в свободной форме. Содержание белков-переносчиков дороже, чем получаемый за счёт них выигрыш и поэтому их нет в протеоме почвенного вида.

Проверка первой аминокислоты в белках генома

При помощи конвейера:

результат работы которого - единственная буква "M" для обоих геомов, я проверил, что все белки в обоих геномах начинаются с метионина.

Источники:

1. Isolation and characterization of an arsenic resistant Geobacillus kaustophilus strain from geothermal soils.Journal of Basic Microbiology, 2011. DOI 10.1002/jobm.201000314

2. Martínez-Martínez I, Navarro-Fernández J, García-Carmona F, Takami H, Sánchez-Ferrer A. Characterization and structural modeling of a novel thermostable glycine oxidase from Geobacillus kaustophilus HTA426. Proteins. 2008 Mar;70(4):1429-41. doi: 10.1002/prot.21690. PMID: 17894345.

3. Gaudet P, Livstone MS, Lewis SE, Thomas PD. Филогенетическое распространение функциональных аннотаций в консорциуме онтологии генов. Brief Bioinform. 2011 Sep;12 (5):449-62. doi: 10.1093/bib/bbr042. Epub 2011 Aug 27. PMID: 21873635; PMCID: PMC3178059.

4. Tomita, K., Ikeda, N. & Ueno, A. Isolation and characterization of a thermophilic bacterium, Geobacillus thermocatenulatus, degrading nylon 12 and nylon 66. Biotechnology Letters 25, 1743–1746 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1026091711130

5. Settembre EC, Dorrestein PC, Park JH, Augustine AM, Begley TP, Ealick SE. Structural and mechanistic studies on ThiO, a glycine oxidase essential for thiamin biosynthesis in Bacillus subtilis. Biochemistry. 2003 Mar 18;42(10):2971-81. doi: 10.1021/bi026916v. PMID: 12627963.