Целью этого задания было построить филогенетическое древо на основе предложенного, предварительно выбрав 7-8 бактерий из типа Firmicutes. Фирмикуты (лат. Firmicutes) — тип бактерий, представители которого характеризуются низким содержанием пар нуклеотидов Г+Ц (меньше 50%) и строением клеточной стенки, характерным для грамположительных бактерий [1]. Некоторые ветвятся, подвижные и неподвижные, обычно размножаются бинарным делением, иногда — спорами, нефотосинтезирующие организмы — хемотрофы, аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Отдел включает в себя неспорообразующие и спорообразующие бактерии, актиномицеты и близкие к ним организмы [2].
Рис.1 Firmicutes
Выбранные бактерии с мнемониками, а также систематика с NCBI Taxonomy и краткой информацией с википедии по соответствующим запросам:
| Название | Мнемоника | Класс | Порядок | Семейство | Краткое описание |
| Clostridium tetani [3] | CLOTE | Clostridia | Clostridiales | Clostridiaceae | грамположительная спорообразующая облигатно анаэробная бактерия рода клостридий, возбудитель столбняка. Открыта в 1883 г. русским хирургом Нестором Монастырским (1847—1888) и в 1884 г. немецким медиком Артуром Николайером (нем. Arthur Nicolaier, 1862—1942), выделена в чистую культуру в 1889 г. японским бактериологом Китасато Сибасабуро (яп. 北里 柴三郎, 1852—1931). Токсин отнесён ко II группе патогенности. |
| Lactobacillus acidophilus [4] | LACAC | Bacilli | Lactobacillales | Lactobacillaceae | вид бактерий рода Lactobacillus, используется в промышленности совместно со Streptococcus salivarius и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus для изготовления ацидофилина и других ацидофильных напитков. |
| Lactococcus lactis subsp. cremoris [5] | LACLM | Bacilli | Lactobacillales | Lactobacillaceae | является грамположительной бактерией; широко используется в производстве кефира и сыра, также известен как первый генетически модифицированный организм, использованный для лечения заболеваний человека. |
| Enterococcus faecalis [6] | ENTFM | Bacilli | Lactobacillales | Enterococcaceae | вид энтерококков, входящий в состав нормальной микрофлоры пищеварительного тракта человека, а также некоторых млекопитающих. По принятой ранее классификации энтерококки относились к стрептококкам серогруппы D и Enterococcus faecalis назвался Streptococcus faecalis. Часто называется, согласно старой классификации, фекальным стрептококком. |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus [7] | LACDA | Bacilli | Lactobacillales | Lactobacillaceae | подвид Lactobacillus delbrueckii, одна из двух бактерий, используемых для производства йогурта. Ранее бактерия известна как вид Lactobacillus bulgaricus, названа в честь Болгарии, в которой была впервые открыта и использована. |
| Streptococcus pneumoniae serotype 4 [8] | STRPN | Bacilli | Lactobacillales | Streptococcaceae | вид бактерий из рода стрептококков (Streptococcus), неподвижный ланцетовидный диплококк длиной 0,5—1,25 мкм. В русскоязычной литературе известен также как диплококк Вейксельбаума и диплококк Френкеля. |
| Streptococcus pyogenes serotype M1 [9]<$ | STRP1 | Bacilli | Lactobacillales | Streptococcaceae | вид сферических, грамположительных бактерий рода стрептококков, β-гемолитический из группы А. В человеческом организме основным резервуаром данных стрептококков является глотка, хотя также колонизируют кожу, прямую кишку и влагалище. Это довольно редкая, но часто патогенная составная часть флоры кожи. |
Затем я написала скобочную формулу в формате .nwk:
((CLOTE,((LACAC,LACDA), ((ENTFM, ((LACLM,(STRPN,STRP1)))))))
и визуализировала древо (по сути по топологии, так как расстояния не указываем) в MEGA6.
Древо видов с kodomo
Рис.2 Реконструкция филогении 7 бактерий типа Firmicutes
Нетривиальные ветви:
1. {LACAC,LACDA} vs {ENTFM, LACLM, STRPN, STRP1, CLOTE} - таксон (порядок) Lactobacillales
2. {STRP1, STRPN} vs {ENTFM, LACLM, STRPN, STRP1, CLOTE, LACAC, LACDA} - таксон (семейство) Streptococcaceae
3. {LACLM, STRP1, STRPN} vs {ENTFM, STRPN, STRP1, CLOTE, LACAC, LACDA} - семейство Streptococcaceae + семейство Lactobacillaceae (почему-то не вместе в другими лактобациллами)
4. {LACLM, STRP1, STRPN, ENTFM} vs {CLOTE, LACAC, LACDA}
Таким образом, согласно построенному древу, распределение бактерий по таксонам соответствует расположению ветвей. В двух нетривиальных ветвях выделяются указанные таксоны, в ветви (не являющейся нетривиальной по определению) {CLOTE} vs {ENTFM, LACLM, STRPN, STRP1, LACAC,LACDA} выделяет классы Clostridia (CLOTE) и Bacilli (все остальные).
*Вообще затем мне стало интересно, какие результаты выдаст RAxML - ей пользуются в большинстве публикаций. RAxML_bipartitions.infa Я использовала для построения древа рибосомный белок L1, скачанный у выбранных организмов (это один из белков, предложенных в практикуме 2). Рибосомный белок L1 - один из белков, входящих в малую субчастицу рибосому и принимающих участие в связывании тРНК.
RAxML - рандомизированное расширенное (увеличенное) максимальное правдоподобие. Обычно используется для анализа большого количества материала.
Параметры запуска:./raxml -T 2 -n infa -f a -m PROTCATAUTO -p 12345 -x 12345 -# autoFC -s ../infa.phylip
*Так как у меня установлена более старая версия, необходимо было конвертировать align_infa.mfa.fasta в .phylip
Опция 'AUTO' выставлена для того, чтобы программа сама подобрала матрицу
T 2 - число ядер процессора
autoFC - позволяет ускорить процесс в зависимости от сложности ситуации (то есть, сокращая число реплик бутстрепа)
Как можно видеть, результаты довольно отличаются: LACDA и LACAC разделились, в результате у корня (если не переукоренить) оказываются 3 ветки - то есть все три произошли в одно время, что маловероятно. Поэтому я решила его переукоренить. Теперь деревья более-менее совпадают, хотя две нижние ветви имеют слабую поддержку.
Ссылки:
[1] "Firmicutes" at Dorland's Medical Dictionary
[2] Firmicutes // Агроинформация [URL]
[3] Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Баев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1986. — С. 610. — 100 000 экз.
[4] Bâati, L. ̈L.; Fabre-Gea, C.; Auriol, D.; Blanc, P. J. (2000). "Study of the cryotolerance of Lactobacillus acidophilus: Effect of culture and freezing conditions on the viability and cellular protein levels". International Journal of Food Microbiology. 59 (3): 241–247. doi:10.1016/S0168-1605(00)00361-5. PMID 11020044.
[5] Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-144329-1.
[6] Гастроскан URL
[7] Validation of the Publication of New Names and New Combinations Previously Effectively Published Outside the IJSB: List No. 14 — 34 (2): 270 — International Journal of Systema …
[8] Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии : Учебное пособие для студентов медицинских вузов / Под ред. А. А. Воробьева, А. С. Быкова. — М. : Медицинское информационное агентство, 2003. — С. 38. — ISBN 5-89481-136-8.
[9] Wong, Alice H. M. & Wong, Michael T. Глава 32 — Streptococcus pyogenes