Pseudomonas syringae – удивительная бактерия, способная замораживать объекты при помощи своих белков. Благодаря ей можно создать искусственный снег. В этом миниобзоре представлено описание генома и протеома данной бактерии.
Введение
Царство: Bacteria
Тип: Pseudomonadota
Класс: Gammaproteobacteria
Порядок: Pseudomonadales
Семейство: Pseudomonadaceae
Род: Pseudomonas
Вид: Pseudomonas syringae
Pseudomonas syringae является фитопатогенной грамотрицательной палочковидной бактерией, вызывающей у растений обморожения, повреждения плодов и пятнистость листьев [1]. Средняя длина бактерий составляет около 1,25 мкм, а толщина варьируется в диапазоне от 0,5 до примерно 0,8 мкм [2]. Бактерия названа в честь растения Syringa vulgaris, из которого она была впервые выделена [1]. Существует около 50 штаммов Pseudomonas syringae, способных заражать разные виды растений [1]. Было обнаружено, что когда растение заражено данной бактерией, оно становится очень уязвимым к повреждениям от заморозков [1]. Это связано с тем, что Pseudomonas syringae продуцирует белки INA (ice nucleation active), находящиеся на внешней поверхности клеточной стенки бактерии и служащие в дальнейшем ядрами кристалликов льда. Данные белки вызывают замерзание воды в растениях при температурах от -1,8 до -3,8 °C , что приводит к
повреждению тканей растенией [1]. В связи с такой особенностью белков их используют при изготовлении искусственного снега. С 1970-х годов считается, что благодаря белку INA Pseudomonas syringae способствует образованию капель дождя и снежинок, поэтому данная бактерия рассматривается как важный фактор образования атмосферных осадков [1]. Pseudomonas syringae зимует на участках некроза или гуммоза. Весной дождевая вода или других источников вымывает бактерии на листья или соцветия, где они будут расти и выживать в течение всего лета. В этот период они будут размножаться и распространяться, но не будут вызывать заболевание у растения. Как только они попадают в растение через
устьица листьев или чечевички в древесине, начинается заболевание. Затем патоген начинает размножаться в межклеточном пространстве, вызывая на листьях пятна [2].
Рис. 1. Поражение листа Syringa vulgaris, вызванное Pseudomonas syringae [1].
Лечение заболеваний, вызываемых Pseudomonas syringae, предполагает использование химических и биологических средств, которые либо уничтожают возбудителя, либо активируют защитную систему растения. Некоторые из химических соединений, использующиеся успешно для лечения, включают соединения меди, такое как гидроксид меди, и антибиотики, например, стрептомицин, их часто используют в комбинации с другими фунгицидами [2].
Изучение генома и протеома проводится с целью получения нужных данных, которые
затем будут проанализированы. Изучим длины белков и распределение их генов, а также рассмотрим распределение генов
разных типов РНК по репликонам и исследуем межгенные промежутки в геноме y
бактерии Pseudomonas syringae.
Материалы и методы
Данные о геноме бактерии Pseudomonas syringae были взяты из следующей таблицы GCF_018394375.1_ASM1839437v1_feature_table.txt.gz с сайта о
геноме бактерии Pseudomonas syringae.
Для анализа данных генома и протеома бактерии использовались электронные таблицы Google Таблицы, в которых использовались таблицы и гистограммы.
Результаты и обсуждения
Исследование распределения белков по длинам для бактерии Pseudomonas syringae
Гистограмма 1. Вертикальная ось – количество белков, находящихся в заданном интервале, горизонтальная ось – длина белков.
Из гистограммы видно, что у бактерия Pseudomonas syringae преобладает количество белков с длинной 250-350, что характерно для бактерий, у которых средний размер белков составляет 320 аминокислотных остатков [3].
Распределение генов белков и разных типов РНК по репликонам y бактерии Pseudomonas syringae
Таблица 1. Таблица распределения генов белков и разных типов РНК по хромосоме и плазмиде.
Из таблицы видно, что у бактерия Pseudomonas syringae в едиственной плазмиде нет ни одного из типов РНК, в то время как в её хромосоме есть все типы РНК.
Предположительно это связано с тем, что плазмида отвечает за выживание бактерии в определённых условиях окружающей среды, что осуществляется при помощи белков, закодированных в плазмиде [5]. Поскольку условия окружающей среды могут резко изменяться, то необходимы белки, которые будут способствовать существованию в новых условиях, тогда, чтобы появились новые белки, необходимо быстро изменить свойства существующих белков путём мутаций в кодирующих эти белки
последовательностях в плазмиде, то есть из-за быстро меняющих условий гены в
плазмиде часто мутируют, и если бы в ней содержались РНК, необходимые для
процесса синтеза белка, то и гены, кодирующие эти РНК, часто мутировали бы,
возможно, с ошибками, тогда из-за этих ошибок РНК имели бы
неправильную пространственную структуру и не были бы способны участвовать в
процессе синтеза белков, нужных для жизнедеятельности бактерии, в таком случае
бактерии погибла бы от нехватки белков, необходимых для жизнедеятельности.
Хромосома более стабильная структура, чем плазмида, в ней не так часто происходят
мутации, поэтому РНК будут мутировать крайне редко из-за редко мутирующих
последовательностей, которые их кодируют, тогда структуры РНК будут стабильны и
РНК будут способны участвовать в синтезе белков, необходимых для
жизнедеятельности бактерии, в таком случае бактерия не погибнет.
Исследование межгенных промежутков
Гистограмма 2. Вертикальная ось – количество межгенных промежутков,
находящихся в заданном интервале, горизонтальная ось – длина межгенных
промежутков.
Из гистограммы видно, что у бактерия Pseudomonas syringae преобладают межгенные промежутки с длинной менее 50 нуклеотидов, в которых содержатся функциональные последовательности ДНК, например, такие, как: промоторы, энхансеры – и нефункциональные последовательности ДНК, например, псевдогены [4].
