Белок, с которым предстоит работать - дегидрогеназа D-2-гидроксикарбоновых кислот (Uniprot ID Q2VEQ7). Обнаружена в экстремофильной (галофильной) архее Haloferax mediterranei (TAX ID 523841). Как можно понять из названия, данный фермент (EC 1.1.1) катализирует реакции восстановления D-2-гидроксикарбоновых кислот до 2-кетокарбоновых кислот и наоборот. Необычно, что коферментом может выступать как NADH, так и NADPH [1], что показано в том числе с помощью двух экспериментально полученных структур с каждым из кофакторов (PDB ID 5MHA, 5MH6). Необычно, что у H. mediterranei присутствуют другие белки, способные использовать сразу два кофермента, например, глюкозо-1-дегидрогеназа (Uniprot ID Q977U7). Это явление наблюдается и у других бактерий рода (a).
Обладание данной дегидрогеназой также не уникально - так, в кластер UniRef50 (Cluster ID UniRef50_Q2VEQ7) входит 98 белков с более 50% идентичности, принадлежащие близкородственным археям (b).
В качестве необходимого протеоема выбрала референсный протеом археи из того же рода - Haloferax volcanii (Proteome ID UP000008243, общее количество белков: 3921), т.к. и тот, и другой входят в панпротеом H. volcanii. Организмом, которому принадлежит протеом сравнения, выступила архея из того же семейства - Halobacterium salinarum (Proteome ID UP000000554, общее количество белков: 2426). Она, в отличие от H. volcanii имеет белок бактериородопсин, обеспечивающий простейший вариант фотосинтеза. Это же характерно для всего порядка Halobacteriales [2].
Интересна достаточно большая разница в количестве белков, значимая, даже если учитывать большее количество белков в категории 'Missing' согласно BUSCO - 10.5% у протеома сравнения против 0% у H. volcanii. Однако эта разница объяснима наличием большего количества пластид у нашей бактерии. Изученность первого протеома даже при грубой оценке выше - примерно в 4 раза различается процент белков из базы данных Swiss-Prot.
Найдено количество и процент от общего числа белков из следующих груп: ферменты, трансмембранные белки, белки, связанные с фототрансдукцией (использованием энергии света для изменения мембранного потенциала) - в том числе и бактериородопсин.
Исходя из полученных данных заключаем, что процент трансмембранных белков и ферментов у двух изучаемых архей различается незначительно. При этом у H. volcanii отсутствуют белки, связанные с фототрансдукцией. Если провести поиск среди всех Halobacteria, то заметим, что подобные белки отсутствуют у всех Haloferax (за исключением единственного бактериородопсина у Haloferax mucosum, аннотированной автоматически), но присутствуют у многих других представителей данного класса, что согласуется с литературными данными [2].
| Группа белков | Haloferax volcanii | Halobacterium salinarum |
| Ферменты | 952 (24.28%) | 592 (24.40%) |
| Трансмембранные белки | 899 (22.93%) | 468 (19.30%) |
| Белки, связанные с фототрансдукцией | 0 | 4 |
В выдаче для Halobacterium salinarum оказалось немного белков, поэтому можно рассмотреть ее полностью. Это не только бактериородопсин, но и: сенсорные родопсины (-1 и -2), отвечающие за фототаксис [3] и галородопсин, осуществляющий светозависимый транспорт хлорид-ионов [4].
У H.volcanii 4 плазмиды, из которых на трех находится большое количество белок-кодирующих генов (73, 368, 570). Большой интерес представляет последняя плазмида из-за нетипичного размера - чуть меньше 636 kB, в то время как средний размер плазмид архей - 119 kB для Euryarcheoata [5], куда относится и изучаемые археи. Сравним их самые большие плазмиды (pNRC200 у H.salinarum размером ~365 kB и pHV4 у H.volcanii размером ~636 kB) (d):
| Класс фермента | Количество у Haloferax volcanii | Количество у Halobacterium salinarum |
| Оксидоредуктазы (EC 1) | 20 | 3 |
| Трансферазы (EC 2) | 23 | 9 |
| Гидролазы (EC 3) | 25 | 5 |
| Лиазы (EC 4) | 13 | 2 |
| Изомеразы (EC 5) | 5 | 1 |
| Лигазы (EC 6) | 7 | 3 |
| Транслоказы (EC 7) | 0 | 1 |
Наблюдаем заметную разницу в количестве ферментов 1-6 групп. Решила не ограничиваться ферментами, но для всех белков плазмиды посчитать число вхождений различных ключевых слов (e). Выделим несколько любопытных для каждой археи:
Таким образом, в обоих плазмидах присутствуют важные гены, связанные с синтезом/распадом различных веществ, например, аминокислот; также имеются гены, отвечающие за транспорт ионов, защиту от вирусов, систему токсин-антитоксин и др.
Далее взглянем на белки из базы данных Swiss-Prot (f). Среди них у Haloferax volcanii: различные эндонуклеазы Cas (1-7, 8b), супероксиддисмутаза, белки, вовлеченные в метаболизм глицерина и галактозы, а также тубулиноподобный белок. При этом у другой археи отсутствуют данные эндонуклеазы, хотя 1) существуют вирусы, способные ее заражать [6]; 2) у других архей этого рода эндонуклеазы Cas могут быть найдены (хотя все записи аннотированы автоматически и построены на гомологии либо предсказаны) (g). Могу предположить, что фрагменты генома, в которых содержатся гены эндонуклеаз Cas, вошли в категорию "Missing" (в рассматриваемом протеоме их 10.5%, в других, найденных в Uniprot, около 5-6% (h)), однако данный вопрос требует дальнейшего изучения.
taxonomy:"Haloferax [2251]" name:dehydrogenase keyword:"NAD [KW-0520]" keyword:"NADP [KW-0521]"
ec:* proteome:{proteome}
keyword:"Transmembrane [KW-0812]" proteome:{proteome}
phototransduction proteome:{proteome}
plasmid:{plasmid} AND reviewed:yes AND proteome:{proteome}
taxonomy:"Halobacterium [2239]" name:cas
taxonomy:"Halobacterium [2239]" salinarum (поиск в Proteomes)