МИНИ-ОБЗОР ПРОТЕОМА БАКТЕРИИ CORALIOMARGARITA AKAJIMENSIS

Введение

Coraliomargarita akajimensis - грамотрицательная колониальная бактерия сферической формы из порядка Puniceicoccales, класса Opitutae, типа Verrucomicrobia. Впервые выделена вблизи острова Ака(赤島), префектура Окинава(沖縄), Япония в 2007 году. Определенный штамм был изолирован от морской воды, окружающий твердый коралл Galaxea fascicularis L., и подвергся полифазному таксономическому исследованию. Филогенетический анализ, основанный на генной последовательности 16S рРНК, показал совпадение на 84-95% с представителями субдивизиона 4 типа ‘Verrucomicrobia’. Условия для роста бактерии - температура в интервале 4-45 градусов Цельсия (оптимальная - 20-30 градусов Цельсия), значение pH от 7 до 9 и содержание хлорида натрия до 5%1.

Геном бактерии представлен единственной хромосомой, состоящей из 3192 генов.

В настоящей момент не найдено никакого практического применения данной бактерии, но, возможно, в будущем это изменится

Методы и материалы

Для анализа генома была использована хромосомная таблица из базы NCBI2. Обработка данных проводилась в табличном редакторe Google Sheets. Для оформления данной работы использовалась система компьютерной вёрстки L^aT_eX.

Содержание столбцов ‘assembly’ и ‘genomic_accession’

ДНК единственна. Ячейки столбца ‘assembly’ также принимают единственное значение ‘GCA_000025905.1’.

Умения и функции, освоенные в процессе работы

• Базовые навыки выделения, копирования и редактирования ячеек
• Функция VLOOKUP для связывания информации разных таблиц
• Функция IF для редактирования столбца ‘strand’
• Функция BINOM.DIST для исследования распределения генов
• Умение строить диаграммы для визуализации результатов

Результаты

Составляющие генома

Всего обнаружено 3192 гена, из которых 3120 кодируют белки, 56 кодируют различные РНК и 16 псевдогенов. Изображено на рисунке 2.

Длины белков

Длины белков принимают значения от 24 до 16477 аминокислот, средняя длина 353,78 а.к, медианная составляет 292 а.к. Всего существует 35 белков с длиной не менее 1100 аминокислот. Данные иллюстрирует рисунок 3.

Количество гипотетических белков

Среди 3120 генов встречаются 680 кодирующих гипотетических белков, они составляют 21,79% от общего числа белков. См. таблицу 1.

Таблица 1. Количество гипотетических белков

Total quantity	Hypothetical protein	Percent of
3120	680	21,79

Рибосомальные белки и РНК

Общее количество рибосомальных белков и РНК равняется 63. Их имена4:

Распределение генов на прямой и обратной цепях

Гены распределены равномерно, это доказывает таблица 2. Количество положительно направленных генов равно 1549, отрицательно направленных - 1643. Для того, чтобы вычислить вероятность такого распределения высчитывается удвоенная сумма вероятностей попадания не меньшего количества генов на одну цепь. Значение интегральной функции BINOM.DIST при следующих данных составляет 0,1.

Таблица 2. Количество гипотетических белков

Total number of genes	Quantity of “+”	Quantity of “-”	Result
3192	1549	1643	0,1

Обсуждение

Составляющие генома

Обнаружено небольшое число псевдогенов. Большинство генов кодирует белки, лишь 56 из 3192 генов (примерно 1,75% от общего числа) кодируют РНК.

Длины белков

Подавляющее большинство белков имеют длину в диапазоне от 24 до 625 аминокислот, однако существуют 35 белков с длиной не менее 1100(а.к.) и даже один с длиной в 16477(а.к.).

Количество гипотетических белков

Выявлено 680 гипотетических белков из 3120 - общего числа белков. Процент гипотетических белков составляет 21,79, а следовательно, большинство белков хорошо известны.

Рибосомальные белки и РНК

В сумме было найдено 63 рибосомальных белка и РНК. Это количество составляет примерно 1,97% от общего числа генов, что невелико. Названия этих структур представлены в пункте 3.4.

Распределение генов на прямой и обратной цепях

Среди 3192 генов 1549 положительно направлены и 1643 - отрицательно. Эти значения близки к половине, и несложно предположить, что такое распределение случайно. И действительно, значение функции биномиального распределения равно 0,1, что больше 0,05. Потому такое распределение можно считать случайным.

Заключение

В результате анализа генома штамма бактерии Coraliomargarita akajimensis DSM 45221 были представлены основные количественные характеристики: компоненты генома (3120 белковых генов,16 псевдогенов и 56 кодирующих РНК), длины кодируемых белков (24-16477 а.к.), доля гипотетических белков (21,79%), количество рибосомальных белков и РНК (63 в сумме), вероятность распределения генов по прямой и обратной цепям (0,1). Можно отметить исключительную длину белка в 16477 аминокислот, что значительно больше длин остальных белков и ярко выраженную случайную направленность генов.

Сопроводительные материалы

Ссылка на Google Sheets файл с расчетами.

Благодарности

Алексеевский Андрей Владимирович, Залевский Артур Олегович, Русинов Иван Сергеевич, Спирин Сергей Александрович - за помощь при изучении электронных таблиц для анализа данных.

Источники

1. Yoon J, Yasumoto-Hirose M, Katsuta A, Sekiguchi H, Matsuda S, Kasai H, Yokota A. Coraliomargarita akajimensis gen. nov., sp. nov., a novel member of the phylum ’Verrucomicrobia’ isolated from seawater in Japan. Int J Syst Evol Microbiol. 2007 May;57(Pt 5):959-63. PubMed PMID: 17473241.
   https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17473241?report=docsum&format=text
2. Ссылка на базу Genomes NCBI (на 2019.11.17):
   https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse#!/prokaryotes/coraliomargarita%20akajimensis%20dsm%2045221
3. Ссылка на фотографию: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3035286/figure/f2/
4. Ссылка на хромосомную таблицу:
   https://docs.google.com/spreadsheets/d/1SJNiMjN6nXSe6ZkLFY3GkAgprEfKkM78WZ2gp7jI_8U