Краткий обзор

Анализ генома и протеома Pseudomonas alkylphenoliсa

Е.С. Песковацкова^1*

¹Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский государственный университет им. Ломоносова, Россия, Москва

СОДЕРЖАНИЕ

Был проведен анализ геномной последовательности и анализ кодирующих последовательностей Pseudomonas alkylphenoliсa. В результате чего стали известные стандартные данные о геноме Pseudomonas alkylphenoliсa: число и названия ДНК, составляющих геном; их длина и GC-состав; координата начала репликации (oriC) и координата терминации реплиции (ter). Были найдены частоты использования стоп-кодонов и отмечены свойства кодирующих последовательностей с редко-встречающимися стоп-кодонами, а также проанализированы последовательности, в которых стоп-кодон не занимает концевое положение. Работая с протеомом бактерии, были найдены длины белков, общее количество использований каждой аминокислоты в протеоме; были найдены частоты использования кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту. Полученные результаты согласуются с имеющейся на данный момент информацией о геноме и протеоме Pseudomonas alkylphenoliсa.

1 ВВЕДЕНИЕ

Pseudomonas alkylphenoliсa - штамм анаэробных бактерий, представители которого впервые были найдены в почве, содержащей с1-с5 алкилфенолы. Несмотря на наличие названия Pseudomonas alkylphenolica, данный штамм до сих пор не имел четкой таксономической характеристики [1]. Но всё же проведенные исследования позволяют классифицировать эти бактерии как штамм нового вида - KL28T [1].

Pseudomonas alkylphenoliсa имеют один полярный жгутик, за счет чего достигают достигают длины в 3.1–3.5 μm . Их клетки дают отрицательный результат на каталазный и оксидазный тесты; аэробные , не ферментативные [1] . Существование в агрессивной среде - результат образования разных клеточных форм в зависимости от внешних условий. В частности на среде, содержащей пара алкил-фенолы, они формируют воздушные структуры за счет lap - катаболического генного кластера[2].

Такая устойчивость к алкилфенольной среде , позволила культивировать данный штамм с использованием пара-крезола и заметить его потенциал как в качестве объекта исследований индивидуального развития бактерий, так и как в качестве биофильтра [1].

2 MЕТОДЫ

В ходе анализа шла работа с файлами, содержащими информацию о геноме, кодирующих последовательностях (cds) или протеоме Pseudomonas alkylphenoliсa. В основном использовались методы программирования на Python, возможности сервиса Google-sheets (для создания электронных таблиц и гистограмм).

В ходе работы с геномом Pseudomonas alkylphenoliсa:

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

3.1 Стандартные данные о геноме:

Геном Pseudomonas alkylphenoliсa состоит из одной хромосомы - Neo, которая содержит в себе 1 молекулу днк. Длина единственной хромосомы - 5 612 010 bp (base-pairs — пар оснований). Среднее GC содержание - 0.6118. Полученные данные соответствуют действительности [3].

GC содержание Pseudomonas alkylphenoliсa сопоставимо с GC содержанием Pseudomonas fluorescens SBW25 [4].

3.2 Координата начала репликации ( oriC) и координату терминации репликации (ter.)

Так как в некоторых геномах прокариот на лидирующей цепи гуанина больше чем цитозина, а на запаздывающей цепи больше цитозина чем гуанина, то можно воспользоваться методом GC-skew, основанном на этом наблюдении, для того, чтобы определить координату начала репликации (oriC) и координату конца репликации (ter).

Формула для расчета cumulative gc-skew:

где G_cnt и C_cnt - соответственно количество гуанинов и цитозинов в рассматриваемом “окне” – произвольно выбранном диапазоне нуклеотидов. Окно продвигается по последовательности с произвольно выбранным “шагом”.

Таким образом координата oriC соответствует минимальному значению cumulative gc-skew – 134688, координата ter. соответствует максимальному значению cumulative gc-skew – 2946300.

3.3. Частота использования определенных старт кодонов.

старт-кодоны	краткое описание соответствующей кодирующей последовательности
ACG 1	псевдоген
ATA 10	1. белок из супер-семейства белков посредников. Участвует в синтезе гемолизина 2. 16s р-РНК метилтрансфераза 3.вставочный мембранный белок. 4.белок трансмембранного транспорта. 5. Белок, участвующий в разрушении пиримидиновых оснований. 6,7 внеклеточный белок, связывающий растворенные вещества. 8.Катализирует НАД-зависимое восстановление полуальдегида сукцинилглутамата в сукцинилглутамат. 9. белок супер-семейства метал-зависимых и метал не зависимых фосфогидролаз[5]. 10. Пеницилл-зависимый белок, участвует в формировании клеточной стенки, синтез пептидогликанов из промежуточных продуктов липидов.
ATC 17
ATG 4449
ATT 3	1. фактор регуляции транскрипции. 2. фактор инициации трансляции IF-3 3. белок, содержащий домен неопределенной функции.
CGC 1	псевдоген
CGT 1	псевдоген
CTA 1	псевдоген
CTC 2	псевдоген
CTG 21
GAA 1	псевдоген
GGA 1	псевдоген
GGG 1	псевдоген
GTG 395
TAC 1	псевдоген

Видно, что старт кодоны с наименьшей встречаемостью находятся в кодирующих последовательностях псевдогенов. Оставшиеся кодоны можно трактовать как синонимичные замены, которые не влияют на реализацию информации, или как способ регулирования процесса трансляции.

3.4. Частота использования стоп-кодонов.

стоп-кодон	кол-во		другие кодоны	их количество
TGA	3105		GTG, TCA, CCA, AGT, TTG, CAC, CCG, GCT, AAA, ACC, CTC, CCT	1
TAA	1307		AGC,CTG,GCC	2
TAG	581		ATG	3
другие	21		общее кол-во	21

как было сказано ранее, среднее GС- содержание Pseudomonas alkylphenoliсa – 0.6118. В то же время TGA – самый часто-используемый стоп-кодон в геноме бактерии, и , согласно имеющимся данным, прослеживается прямая зависимость между высоким средним GC - содержанием и количеством TGA стоп-кодонов[6].

Последовательности, в которых стоп-кодон не занимал конечного положения.

Также были найдены 17 кодирующих последовательностей, в которых стоп-кодон не занимал конечного положения. Среди них лишь одна не являлась последовательностью псевдогена. Она кодирует N-субъединицу формиатдегидрогеназы, (функция которой состоит в том, чтобы катализировать окисление формиата до СО2). В ней TGA считывается не как стоп-кодон, а как кодон, отвечающий за синтез селеноцистеина, благодаря специфичной последовательности после него.[7]

3.5. Распределение длин белков.

В среднем белки Pseudomonas alkylphenoliсa имеют длину в 251 аминокислотный остаток, что вполне типично для прокариот[8]. Что касается самых длинных белков, чья длина превышает 501 аминокислотный остаток, то большинство из них будут иметь отношение к клеточным процессам и клеточному метаболизму [8]. И , благодаря таблице особенностей генома Pseudomonas alkylphenoliсa, можно убедиться в этом. Таким образом, распределение длин белков организма может дать примерную оценку количеству белков выполняющих разные функции.