Мини-обзор генома и протеома бактерии Clostridium tetani E88
1 курс, Факультет биоинженерии и биоинформатики Московского Государственного Университета имени Михаила Васильевича Ломоносова Ленинские горы МГУ 1, стр. 73, Москва, 1119991, Россия.
Абстракт
В статье изложены результаты общего исследования протеома и генома Clostridium tetani E88. Представлена информация о длинах нуклеотидных последовательностей, длинах белковых продуктов, количестве генов отвечающих за кодирование белковых продуктов, тРНК, рРНК и.д.р. G-C состав плазмидной и хромосомальной ДНК, количество генов с белковым продуктом на нуклеотидную последовательность.
Введение
Clostridium tetani представляют собой анаэробные грамположительные эндоспорообразующие палочковидные бактерии обитающие преимущественно в почве. Клетки бактерии имеют длины от 0.5 до 2.5 микрометров. Эндоспоры образуются на окончании клеток, придавая им форму характерную форму изображенную на рисунке №2. Clostridium tetani не могут расти в присутствии кислорода. Клетки Clostridium tetani вырабатывают тетаноспазмин, мощный нейротоксин вызывающий характерный мышечные спазмы по всему телу. Тетаноспазмин опосредует путем аксонного ретроградного транспорта достигает мотонейронов, далее путем трансцитоза молекулы токсина достигают пресинаптической мембраны тормозных глицин-ергических интернейронов. В пресинаптической мембране тетаноспазмин разрушает белок синаптобревин, отвечающий за слияния везикул нейромедиатора глицина с пресинаптической мембраной. В результате достигается нарушение глицин-ергической регуляции соматической мускулатуры возникают мощные мышечные спазмы. Структура молекулярной поверхности тетано-токсина представлена на рисунке №2.
Рис 1. модель молекулярной поверхности (справа) и модель структурной организации тетаноспазмина. Изображения заимствованы из библиотеки сервиса UniProt. Получены методом рентгеноструктурного анализа.
(Изображения заимствованы из библиотеки сервиса UniProt)
Рис 2. Общая морфология клеток Clostridium tetani. Структура кольцевой хромосомы и плазмиды.
(The genome sequence of Clostridium tetani, the causative agent of tetanus disease - PubMed (nih.gov))Материалы и методы
Гистограммы распределения длин белков, а также подсчитанные данные о расположении и количестве генов белков и РНК были получены с использованием программ Google Таблицы и Excel. Длины нуклеотидных последовательностей были посчитаны при помощи программ написанных на языке программирования Python 3.10, в качестве интерпретатора кода использовался IDLE(Python 3.10).
Результаты
1. Подсчет длин и G-C состава нуклеотидных последовательностей.
результате ввода в программу FASTA-файла со всеми нуклеотидными последовательностями Clostridium tetani E88 были получены следующие результаты: Как мы можем видеть геном бактерии представлен единственной хромосомой(NC_004557.1) длиной примерно в 2.8 млн. нуклеотидных пар. и плазмидой(NC_004565.1) длинной в 74 килобазы.
Таблица1. Результаты анализа длин нуклеотидных последовательностей
2. Информация о количестве и о расположении белок кодирующих генов Clostridium tetani E88.
В таблице представлена информация о расположении и количестве различных функциональных групп белок-кодирующих генов бактерии, примечательным является тот факт что на плазмиде расположены гены синтеза тетано-токсина и сигма фактора активирующего транскрипцию гена ботулотоксина. Более того эти гены являются соседними, расположены на одной цепи. Можно выдвинуть предположение что сигма фактор также регулирует транскрипцию тетано-токсина в клетках Clostridium tetani E88.
Таблица 2. Информация о количестве и расположении белок кодирующих генов.
Таблица 3. Взаимное расположение генов сигма фактора активатора транскрипции Ботулотоксина и Тетанотоксина.
3. Распределение длин белков бактерии.
Как можно видеть на диаграмме основной пул белков находится в диапазоне длин от 120 до 360 аминокислотных остатков. Наибольшим по длине белковым продуктом является синтаза циклического бета-1-2-глюкана. Длина данного белка составляет 2825 аминокислотных остатков.
Гистограмма 1. Распределение длин первичных структур белков Clostridium tetani E88.
4. Статистические данные по РНК кодирующим генам.
Таблица 4. Количество РНК кодирующих генов по функциональным группам.
Сопроводительные материалы
Вся информация о нуклеотидных последовательностях рассматриваемых в данном исследовании была получена с сайта Национального центра биотехнологической информации (NCBI)
Ссылки на источники
Bruggemann H, Baumer S, Fricke WF, Wiezer A, Liesegang H, Decker I, Herzberg C, Martinez-Arias R, Merkl R, Henne A, Gottschalk G. The genome sequence of Clostridium tetani, the causative agent of tetanus disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Feb 4;100(3):1316-21. doi: 10.1073/pnas.0335853100. Epub 2003 Jan 27. PMID: 12552129; PMCID: PMC298770.
Ссылка на статью.Brüggemann H, Gottschalk G. Insights in metabolism and toxin production from the complete genome sequence of Clostridium tetani. Anaerobe. 2004 Apr;10(2):53-68. doi: 10.1016/j.anaerobe.2003.08.001. PMID: 16701501.
Ссылка на статью.