Мини-обзор

Мини-обзор генома и протеома бактерии Jeotgalibaca arthritidis

Автор: Компаниец Мария Андреевна, студентка 1 курса факультета биоинженерии и биоинформатики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Резюме

Данный обзор содержит результаты исследования генома и протеома бактерии Jeotgalibaca arthritidis. Был проведен анализ генома на наличие разных типов генов, был выявлен его нуклеотидный и GC-состав; анализ встречаемости k-меров в геноме и классификация белков по длинам, были определены места инициации и терминации репликации ДНК(точки oriC и ter).

Ключевые слова

Геном, протеом, гены, бактерия, Jeotgalibaca arthritidis, Jeotgalibaca sp.

Введение

Jeotgalibaca arthritidis, как и другие виды рода Jeotgalibaca, относится к грамположительным бактериям. Бактерии данного вида являются факультативными анаэробами, не образуют спор, кокки, клетки неподвижные. Была выделена из суставной жидкости свиньи.¹ Размер генома составляет 2.35 млн пар нуклеотидов.² Систематика бактерии Jeotgalibaca arthritidis:

Домен Bacteria

Тип Firmicutes

Класс Bacilli

Отряд Lactobacillales

Семейство Carnobacteriaceae

Род Jeotgalibaca³

Материалы и методы

Данные о геноме бактерии были взяты из базы данных NCBI.²

При написании работы были использованы следующие методы электронных таблиц(Excel 2010): фильтр, импортирование данных из других файлов, функция ВПР, распространение формул, адресация с помощью $, сортировка по значению, функция CЧЁТЕСЛИМН, создание таблиц и гистограмм(для создания плоской таблицы с информацией о геноме бактерии).

Были также использованы следующие программы:

wordcount wordsize для определения нуклеотидного состава генома и числа k-меров
geece для определения GC-состава
cbcalc понадобилась для определения отношения cb

Сервис GC-skew⁵ был использован для определения координат oriC и ter.

Результаты и обсуждение

Анализ генома

1.Длина генома

Геном Jeotgalibaca arthridis представлен одной хромосомой, плазмид нет. Длина генома составляет 2348096 п.н, идентификатор NZ_CP049740.1.(лист genome_size из таблицы с сопроводительными материалами).

2.Нуклеотидный состав

Нуклеотидный состав генома бактерии Jeotgalibaca arthritidis представлен в таблице 1.

Таблица 1. Нуклеотидный состав генома бактерии Jeotgalibaca arthritidis
Нуклеотид	Число встреч	% от общего числа
A	725024	30,877
T	725915	30,915
G	450283	19,1765
C	446874	19,031

Как видно из таблицы, наиболее часто встречающиеся азотистые основания- аденин(А) и тимин(Т). Число комплементарных оснований примерно равно друг другу(АТ и GC), что соответствует второму правилу Чаргаффа. Нуклеотиды с другими азотистыми основаниями не встречались.

3.GC-состав

С помощью программы geece мной была вычислена частота комплементарной пары G-C, которая составляет 0,38(38%). Следовательно, частота пары нуклеотидов А-Т составляет 0,62(62%). GC-состав , по сравнению с другими представителями типа Firmicutes, соответствует норме для данного типа.⁴

4.Встречаемость генов различных типов

Большую часть генома составляют белок-кодирующие гены, их число является стандартным для бактерий с таким размером генома. число псевдогенов не очень большое относительно размеров генома. Число генов, кодирующих тРНК и рРНК тоже соответствует норме.

Таблица 2. Количество различных типов генов бактерии Jeotgalibaca arthritidis
gene type	count
protein_coding	2192
pseudogene	65
rRNA	19
tRNA	70
tmRNA	1
SRP_RNA	1
RNase_P_RNA	1
ncRNA	1

5.Анализ k-меров

Был проведени k-мерный анализ генома при k=2. С помощью программы wordcount wordsize 3 было определено число каждого слова длины k (k- мера) в геноме бактерии. Количество различных 2-меров :16.Чаще всего встречалось сочетания ТТ, AA, AT; реже всего-CG, CC,GG(данные находятся на листе k-mers таблицы с сопроводительными материалами). При анализе данных, представленных в гистограмме 1, было выявлено, что в геноме нет перепредставленных k-меров(cb>1,2), k-мер TA недопредставлен(cb<0,8), и k-меры TT, AA, AT, TG, CA, AG, CT,AC,GT,GC,GA, TC, GG, CG и CC встречаются с ожидаемой частотой.

6.Определение oriC и ter

На рисунке 1 показано соотношение гуанинов(G) и цитозинов(С) на одной цепочки ДНК бактерии(GC-skew). Оно вычисляется по формуле: Skew = (nucleotide1 - nucleotide2) / (nucleotide1 + nucleotide2), где nucleotide1-число гуанинов на 1000 нуклеотидов(выбран размер окна 1000), и nucleotide2-число цитозинов на 1000 нуклеотидов.⁵

*Рисунок 1. GC-skew генома Jeotgalibaca arthritidis*

Минимум GC-skew cumulative соответствует месту начала репликации(точке oriC), он достигается в точке 1049557. Максимум GC-skew cumulative соответствует месту окончания репликации(точке ter), он достигается в точке 2197729.

Анализ протеома

1.Длины белков

Информация о длинах белков бактерии находится на листе protlen таблицы с сопроводительными материалами.

Гистограмма 2. Частота белков различной длины, транскрибируемых бактерией Jeotgalibaca arthritidis. По горизонтальной оси отмечены диапазоны длин белков, по вертикальной-число белков, удовлетворяющих определенному диапазону.

Минимальная длина белка-27 аминокислотных остатков, максимальная-1507. Как видно из гистограммы, наибольшее количество белков приходится на диапазон 200-300 аминокислотных остатков, и совсем маленькое количество длинных белков(длины больше 900 аминокислотных остатков).

Заключение

Был проведен обзор генома и протеома бактерии Jeotgalibaca arthritidis, в ходе которого были определены такие параметры, как встречаемость различных типов генов, GC-состав генома, координаты точек ori и ter, частота встречаемости k-меров. Эти параметры могут быть полезны при дальнейшем изучении бактерии.

Сопроводительные материалы

Электронная таблица, содержащая сведения о геноме и протеоме, а также полученные во время анализа данные:kompaniets_suppl.xlcx