Геномное окружение
Задание 1. Геномное окружение, SEED
В данном задании требовалось проверить консервативность геномного окружения гена gspJ (идентификатор HNE_1871), кодирующего белок J (белок главного пути секреции - "General secretion pathway protein J") из организма Hyphomonas neptunium (strain ATCC 15444).
Геном данного организма (совпадение вплоть до штамма) содержится в базе данных SEED, поэтому удалось получить изображение окрестности этого гена и его 11 ортологов из других организмов (Рис. 1). Это удалось сделать путем увеличения области поиска (“Region size”) до 20000 нуклеотидов, увеличения порогов “e-value cutoff” и “e-value cutoff for coloring CDS sets” до 1е-10, увеличения числа ортологов (“Number of regions”) до 50.
Информация о генах, которые представлены в окружении гена gspJ и его ортологов во многих организмах, содержится в Таблице 1.
Таблица 1. Гены из окружения гена gspJ и его ортологов, встречающиеся во многих организмах.
| Название гена | Функция | Номер на картинке из SEED | Присутствует ли в окрестности всех ортологов |
| gspI | General secretion pathway protein I | 2 | Да |
| gspK | General secretion pathway protein K | 3 | Да |
| gspG | General secretion pathway protein G | 4 | Да |
| gspL | General secretion pathway protein L | 5 | Да |
| gspF | General secretion pathway protein F | 6 | Да |
| gspE | General secretion pathway protein E | 7 | Да |
| gspD | General secretion pathway protein D | 8 | Нет |
| gspC | General secretion pathway protein С | 9 | Нет |
| gspH | General secretion pathway protein H | 10 | Да |
| gspM | General secretion pathway protein M | 11 | Да |
| gspN | General secretion pathway protein N | 12 | Нет |
Все организмы, в которых рассматривались ортологи, относятся к филуму Proteobacteria* (все ортологи, в частности, к классу Gammaproteobacteria; сам же исходный организм принадлежит к классу Alphaproteobacteria). Бактерии данного филума являются Грам отрицательными**, из чего следует наличие у них двух мембран. Этот факт обусловливает более сложный транспорт через мембраны, по сравнению с Грам+ бактериями. Так, у Грам- бактерий известно 6 систем секреции. Исходный ген и его геномное окружение относятся к системе секреции II типа (General secretion pathway)***. Строение мембран определяет патогенное действие представленных выше бактерий****.
* - информация ресурса Taxonomy NCBI
** - Протеобактерии
*** - KEGG PATHWAY: ko03070
**** - PATRIC
Задание 2. Опероны, DOOR
В данном задании было необходимо найти гены, входящие в один оперон с заданным, и сравнить находки с результатами из SEED.
На сайте DOOR был найден оперон 220617, в который входят ген gspJ и все остальные гены gspC-gspN, а также некоторый гипотетический белок (идентификаторы HNE_1864 - HNE_1876). Так как все те же самые гены были найдены SEED, то названия функции белковых продуктов генов можно снова посмотреть в Таблице 1. Ввиду того, эти продукты этих генов отвечают за один путь секреции, нахождение генов в одном опероне ожидаемо. Изображение оперона на Рис. 2 (желтое поле).
С другими организмами, в которых присутствует ортолог нашего гена (и которые были найдены SEED), все не так просто. У некоторых бактерий в состав того же оперона входят либо не все белки gspC-gspN, либо вхолят еще и другие белки; также имеет место ситуация разделения это группы генов между несколькими промоторами.
Задание 3. Метаболические пути, KEGG
В данном задании было необходимо подтвердить функциональную связь найденных белков из окружения с заданным белком.
В базе данных KEGG я нашла белок gspJ и метаболический путь, в котором он участвует, - это система секреции бактерий (hne03070), в частности, главная система секреции II типа (модуль M00331). Процесс заключается в секреции белков через внешнюю мембрану посредством системы секреции типа II; белки, секретирующиеся с помощью этого пути, сначала переносятся через внутреннюю цитоплазматическую мембрану посредством путей Sec или Tat (определение процесса - сервис QuickGO).
В метаболическом пути секреции типа II приcутствуют все белки gsp из оперона 220617 и, соответственно, белки, найденные SEED (в модуле M00331 представлены все найденные ранее белки, а также некоторые дополнительные). На Рис. 3 приведена схема метаболического пути бактериальной секреции, там изображены не все белки модуля и не все белки из оперона.
Таким образом, все эти белки функционально связаны участием в одном метаболическом пути, поэтому у исходного организма Hyphomonas neptunium (strain ATCC 15444) гены этих белков gspC-gspN входят в один оперон, а так как секреция типа II характерна для всех Грам- бактерий, то эти гены составляют консервативное геномное окружение исходного гена gspJ и его ортологов в других Грам- бактериях.
Итоговая таблица.
| Идентификатор | HNE_1871 |
| Название гена | gspJ |
| Организм | Hyphomonas neptunium (strain ATCC 15444) |
| Функция белка | General secretion pathway protein J |
| Система KEGG, в которую входит белок | hne03070 |
| Номер оперона | 220617 |
| Белки, кодируемые в том же опероне | GspC, GspD, GspE, GspF, GspG, GspH, GspI, GspK, GspL, GspM, GspN, hypothetical protein (ген HNE_1876) |
| Белки, найденные через геномное окружение | GspC, GspD, GspE, GspF, GspG, GspH, GspI, GspK, GspL, GspM, GspN |
* - подчеркнуты гены белков, участвующих в метаболическом пути (согласно Рис. 3).