Рисунок 1.Внешний вид бактерии Vibrio owensii штамм SH-14, синтез генов pirA и B, зараженные особи креветок [1].
В данной работе была проведена работа для анализа генома бактерии Vibrio owensii
V. owensii , принадлежащие к кладе Harveyi, признан одним из наиболее преобладающим патогенным видом, вызывающим опасный для жизни вибриоз у ракообразных, моллюсков, кораллов и рыб. Клетки V. owensii имеют палочковидную форму (1,86 ± 0,15 мкм) с одним полярным жгутиком (4 мкм) (рис. 1) [1]. Являются грамм-отрицательными бактериями, оптимальная температура — 26 °С [2]. Два бактериальных штамма (DY05(T) и 47666-1) были выделены в Квинсленде, Австралия, из больных культивируемых ракообразных Panulirus ornatus и Penaeus monodon соответственно [3]. Штамм SH-14 был выведен в Китае и являлся возбудителем острого гепатопанкреатического некроза (AHPND) креветок, несущий вирулентную плазмиду, содержащую токсичные гены pirA и B [1].
Надцарство: Bacteria
Тип: Psudomonadota
Класс: Gammaproteobacteria
Отряд: Vibrionales
Семейство: Vibrionaceae
Род: Vibrio
Надвид: Vibrio harveyi group
Вид: Vibrio owensii
Рисунок 1.Внешний вид бактерии Vibrio owensii штамм SH-14, синтез генов pirA и B, зараженные особи креветок [1].
Для анализа генома бактерии понадобились таблица локальных особенностей бактерии и секвенированный геном. Данные были взяты с Генетической базы данных NCBI Genes (GCF_002021755.1)
Вычислительные исследования проводились при помощи Google Sheets и языка программирования Python 3.10.12, в Google Colab.
1. Длины белков были построены с помощью гистограммы в Google Sheets (Сопроводительный материал №1)
2. Длины пересечений кодирующих последовательностей на плюс-цепи самой большой хромосомы были построены с помощью гистограммы в Google Sheets (Сопроводительный материал №2)
3. Анализ соседских кодирующих последовательностей в двух хромосомах был выполнен при помощи фильтров в Google Sheets и таблицы в Google Docs (Сопроводительный материал №2)
4. Количество нуклеотидов было подсчитано с помощью кода на языке Python в Google Colab (Сопроводительный материал №3)
С помощью геномной таблицы (сопроводительный материал №2) была составлена гистограмма длин белков
Рисунок 2. Гистограмма длин белков
Геном Vibrio owensii кодирует 5146 белков. Длина белков варьируется от 29 до 7665 аминокислот. Белок, содержащий домен DUF3265 кодируется 29 аминокислотами, количество таких белков бактерии составляет 13 штук. Белок, который кодируется 7665 аминокислотами, является белок повторов тандем-95. Средняя длина белка — 329 аминокислот. Наиболее распространены белки которые кодируются от 100 до 350 аминокислотами.
С помощью геномной таблицы (сопроводительный материал №2) была составлена гистограмма длины пересечений генов.
Рисунок 3. Гистограмма длин пересечений
125 генов пересекаются с другими генами. Это 2.43% от всего количества генов. Чаще всего в пересечении находятся; 63 гена. 2 гена имеют пересечение в 33 нуклеотида, это — белок содержащий домен АТФ-связывающей кассеты пересекает пермеазу транспортера тиамина ABC, а также 5-амино-6-(5-фосфо-D-рибитиламино) урацилфосфатаза YigB пересекает тирозин рекомбиназу XerC. 1 ген имеет пересечение в 30 нуклеотид, это — гипотетический белок, он пересекает фактор сборки сукцинатдегидрогеназы 2.
При помощи скрипта (Сопроводительный материал №3) было определено количество нуклеотидов и их процентное соотношение в ДНК бактерии Vibrio owensii (Рисунок 3 и 4).
Рисунок 4. Гистограмма длин пересечений
Рисунок 5. Соотношение нуклеотидов в ДНК
На основании полученных результатов видно, что GC-состав бактерии составляет 45.7%. Как видно из процентного соотношения правила Чаргаффа подтверждаются — содержание аденина примерно равно содержанию тимина, а содержание гуанина равно содержанию тимина (1 правило Чаргаффа), также количество аденина и тимина приблизительно равно содержанию гуанина и цитозина ( 2 правило Чаргаффа). Общая длина генома — 5890207 пар нуклеотидов.
С помощью геномной таблицы (сопроводительный материал №2) была составлена гистограмма количества типов тРНК на разных хромосомах.(Рисунок 6-10).
Рисунок 6. Количество тРНК на минус цепи 2 хромосомы
Рисунок 7. Рисунок 7. Количество тРНК на плюс цепи 2 хромосомы
Рисунок 8. Количество тРНК на плюс цепи 1 хромосомы
Рисунок 9. Количество тРНК на минус цепи 1 хромосомы
Рисунок 10. Общее количество тРНК
Результаты показали, что общее количество тРНК равняется 135. В первой хромосоме расположено 88% всех тРНК бактерии.
Наиболее распространенными являются 4 тРНК:
tRNA-Leu (11.9% от общего количества). Это ожидаемый результат, лейцин является важнейшей аминокислотой у вибрил. В данном случае его антикодонами являются триплеты TAG (10), CAA (1), TAA (1), GAG (1). Большое содержание лейцина помогает организму быть более термоустойчивым, более того лейцин присутствует практически во всех белка, синтезируемых бактерией [4].
tRNA-Gly (10.4% от общего количества). Антикодонами являются: GCC (10), TCC (1). Глицин является основным источником углерода у Vibrio owensii для роста бактреии и развитии биоплёнки, образуя бактериальный метаболит [4].
tRNA-Arg (8.1% от общего количества). Антикодонами являются: ACG (8), TCT (1), CCG (1), CCT (1). Аргинин является источником азота для бактерии, который поддерживает клеточную функцию Vibrio owensii, и позволяет выжить бактрии в анаэробных условиях. Также аргинин влияет на экспрессию факторов вирулентности, позволяя быстрее заражать рыб и ракообразных. также позволяет выжить бактрии Vibrio owensii в анаэробных условиях [4].
tRNA-Met (8.1% от общего количества) Антикодоном является CAT. Метионин является ключевым источником в выработке клеточной энергии, участвует в синтезе белка, его наличие связано со способностью бактерий быстро расти и размножаться. Ограничение метионина может привести к замедлению роста или застою. Также метионин позволяет Vibrio owensii адаптироваться к условиям окружающей среды [4].
Все широко распространенные тРНК, и соответствующие им аминокислоты, демонстрируют сильную адаптивность бактерии Vibrio owensii к внешним факторам среды и ее образу жизни. За счет большого количества тРНК, несущие сильные аминокислоты, бактерия Vibrio owensii является преобладающим патогеном, вызывающим вибриоз.
Таблица соседских кодирующих последовательностей, систематика
Код для подсчета нуклеотидов в Google Colab
1. Liyuan Liu a, Jinzhou Xiao a, Mengmeng Zhang a, Wanyu Zhu a, Xiaoming Xia a, Xilin Dai c, Yingjie Pan a d, Shuling Yan a e, Yongjie Wang "A Vibrio owensii strain as the causative agent of AHPND in cultured shrimp, Litopenaeus vannamei" (2017) Journal of Invertebrate Pathology,
2. Vibrio owensii R-40496 is a mesophilic, Gram-negative, motile animal pathogen that was isolated from mucus of the endemic coral Mussismilia hispida. // Bacdive: https://bacdive.dsmz.de/strain/17351#seq16s-GU078672
3. Cano-Gomez, A., Goulden, E.V., Owens, L., and Hoj, L. "Vibrio owensii sp. nov., isolated from cultured crustaceans in Australia." FEMS Microbiol. Lett. (2010) 302:175-181.
4. Lin, LC., Tsai, YC. Isolation and characterization of a Vibrio owensii phage phi50-12. Sci Rep 12, 16390 (2022) Nature