Мини-обзор генома бактерии Enterococcus lactis

Автор: Беккер Диана Витальевна

Московский Государственный Университет, факультет биоинженерии и биоинформатики

контактные данные: diana120306@gmail.com

Аннотация: Enterococcus lactis- вид молочнокислых бактерий семейства Enterococcaceae, занимающий не только свою определенную экологическую нишу, но также широко используемый человеком в собственных целях. В данном обзоре представлены исследования генома и протеома бактерии.

Введение

Традиционно к молочнокислым бактериям относят неподвижных, неспорообразующих кокковидных или палочковидных представителей отряда Lactobacillales. В эту группу входят бактерии, которые используются в ферментации молочных продуктов, овощей; вызывают молочнокислое брожение, с помощью ферментов сбраживая углеводы до молочной кислоты и других продуктов. Представители семейства Enterococcaceae устойчивы к воздействию кислот и тепла и обладают высокой способностью к адгезии в кишечнике. Молочнокислая бактерия Enterococcus lactis (рисунок 1) играет важную роль в готовке. Помимо своей роли в производстве пищи и кормов, бактерия играет важную роль в живой природе, сельском хозяйстве и нормальной жизнедеятельности человека. Также этот штамм считается условными патогенами, поскольку он иногда вызывает клинические заболевания, такие как бактериемия, инфекционный эндокардит, инфекция мочевыводящих путей и т.д1. Бактерия Enterococcus lactis широко распространена по всему Земному шару (рисунок 2), Впервые бактерия была выведена в 2012 году из молочных продуктов.

Таксономическое положение2:

царство: Bacteria

тип: Firmicutes

класс: Bacilli

отряд: Lactobacillales

семейство: Enterococсaceae

род: Enterococcus E.

вид: Enterococcus lactis

В природе молочнокислые бактерии встречаются на поверхности растений (например, на листьях, фруктах, овощах, зернах), в молоке, наружных и внутренних эпителиальных покровах человека, животных, птиц, рыб (кишечные комменсалы человека и животных)3.
photo

Материалы и методы

Материалы, на основании которых проводились исследования, были взяты из таблицы с особенностями генома "Feature table" базы данных NCBI Genome. Для получения результатов исследования генома молочнокислой бактерии была проведена работа с электронными таблицами (Google sheets (С1)):

● Функция “COUNTIFS” для подсчета количества белков определенной длины

● Функуия “DIAGRAMS” для более наглядного представления результатов

● Команды Bash для работы с табличными и/или текстовыми данными и перемещения их в листы таблиц Google sheets

Результаты и обсуждение

1. Гистограмма длин белков

Геном бактерии Enterococcus lactis кодирует 2490 белков. Максимальное количество белков определенной длины не превышает отметку 600. Заметен большой скачок между количеством белков длиной до 100 аминокислот и постепенный спад, начиная с длины 300. Среднее значение длины равно 155 аминокислот. Можно также сделать вывод, что в геноме преобладают белки длиной 100-300 аминокислот, то есть белки меньшей длины.
photo

2. Количество кодируемых последовательностей разных типов в геноме

photo

2.1. Распределение генов белков по репликонам

Репликон - молекула или участок ДНК или РНК, реплицирующийся из одной точки начала репликации. В таблице 1 представлено соотношение CDS (coding sequence/последовательность РНК, соответствующая последовательности аминокислот в белке) в хромосоме и в плазмиде. Количество белков в плазмиде составляет 7% от их общего количества.

2.2. Распределение различных типов РНК по репликонам

Из таблицы 1 видно, что в плазмиде отсутствуют какие-либо виды РНК. На рисунке 4 в виде круговой диаграммы представлено процентное содержание различных видов РНК хромосомы. Из диаграммы видно, что в наибольшем процентном эквиваленте содержится tRNA(75,3%), а в наименьшем - tmRNA(всего 1,1%). Помимо этого, 20,2% занимает rRNA и оставшиеся 3,4% - ncRNA. Ниже представлена таблица 2 с описанием функций перечисленных видов РНК.
photo photo

3. Гистограмма длин межгенных промежутков

Кодирующая последовательность (CDS) – основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Следовательно, межгенные промежутки - участки, не кодирующие гены (не имеют информационной важности). Для удобства и большей ясности гистограммы отдельно “+” и “-” цепей (прямая и обратная/комплементарная соответственно) представлены ниже на рисунках 5,6. По этим диаграммам можно заметить, что существуют отрицательные значения межгенных промежутков. Это свидетельствует о том, что происходит так называемое “перекрывание генов” (Перекрывающиеся гены-это гены, имеющие общий участок нуклеотидной последовательности). Предполагается, что перекрывание имеет важное значение для совместной регуляции экспрессии генов и/или обеспечения взаимодействия на транскрипционном или трансляционном уровне 4.
photo

Выводы на основании диаграмм

photo

Благодарности

Автор хотел бы выразить благодарность преподавательскому составу за возможность проводить подобные исследовательские работы, попутно повышая уровень собственных знаний, умение использовать информационные интернет-ресурсы в целях исследования, а также за возможность делиться полученными знаниями со всеми заинтересованными лицами.

Сопроводительные материалы

(С1) Таблица с расчетами и анализом генома

Литература

1. Молочнокислые бактерии//Wikipedia: свободная энциклопедия

URL:Wikipedia link

2. Таксономическое положение бактерии Enterococcus lactis

URL:https://bacdive.dsmz.de/strain/5362

3. Lu J., Shen T., Zhang Y., Ma X., Xu S., Awad S., Du M. and Zhong Z.: Safety assessment of Enterococcus lactis based on comparative genomics and phenotypic analysis. Front. Microbiol. 14:1196558. (2003)

URL:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2023.1196558/full

4. Перекрывающиеся гены// Studfiles: файловый архив студентов

URL:https://studfile.net/preview/9558276/page:26/