Практикум 8
Выбор и скачивание протеомов
Как основной протеом я взяла протеом Serpentinimonas raichei, бактерии того же рода, что и та, про которую я писала миниобзор, и чей протеом был выбран как референсный. Этот протеом я нашла по запросу "(taxonomy_id:2490452) AND (proteome_type:1)". Его идентификатор — UP000067461, в нем 2363 белка, из которых 0 в Swiss-Prot.
Чтобы выбрать контрольный протеом, я решила найти все референсные протеомы того же семейства, что и S. raichei, у которых стандартный CPD и BUSCO от 99 до 100%, из найденных (запрос "(taxonomy_id:80864) AND (proteome_type:1) AND (busco:[99 TO 100]) AND (cpd:1)") взяла первый попавшийся. Это протеом Alicycliphilus denitrificans, его идентификатор — UP000007938, в нем 4620 белков, из которых 2 в Swiss-Prot.
Еще одна важня штука, которую я проверила, — у A. denitrificans оптимумальный pH почти нейтральный(7,2—7,4) (Mechichi, Stackebrandt, and Fuchs 2003), тогда как у S. raichei он экстремально щелочной — 10—11,5 (Bird et al. 2021).
Потом я решила посмотреть, сколько в каком протеоме белков с разными свидетельствами их существования. Чтобы это проверить, я написала и использовала скрипт №1. Результаты — в табл. 1.
| Свидетельства | Известен белок (1) | Известна РНК (2) | Выведен из гомологии (3) | Белок предсказан (4) | Существование сомнительно (5) |
|---|---|---|---|---|---|
| S. raichei | 0 белков (0%) | 2 белка (0%) | 1164 белка (49%) | 1197 белка (51%) | 0 белков (0%) |
| A. denitrificans | 1 белок (0%) | 2 белка (0%) | 1864 белка (40%) | 2753 белка (60%) | 0 белков (0%) |
Видно, что протеом A. denitrificans исследован хуже относительно, но лучше в абсолютных цифрах.
Сравнение протеомов по представленности определенных групп белков
Чтобы рассчитать, сколько в протеомах белков, аннотированных как трансмембранные или как ферменты, я решила посчитать количество белков, у которых в FT есть пометка TRANSMEM или ACT_SITE соответственно. Еще я хотела найти, сколько белков в исследуемых протеомах работате с протонами. Ничего лучше, чем поискать белки, у которых в DE присутствует «H+», я не придумала :(. Это все я сделала при помощи скрипта №2. Результаты — в табл. 2.
| Трансмембранные белки | Ферменты | Белки, работающие с протонами | |
|---|---|---|---|
| S. raichei | 401 белков (17%) | 213 белков (9%) | 18 белков (1%) |
| A. denitrificans | 811 белков (18%) | 309 белка (7%) | 1 белок (0%) |
Очевидно, что большое количество ферментов (и некоторое количество трансмембранных белков) нельзя найти таким способом, поскольку не у всех ферментов известно расположение активного сайта и не у всех трансмембранных белков известны трансмембранные домены. Зато таким образом нельзя получить ложноположительный результат (принять не-фермент за фермент), по крайней мере, я не могу придумать ситуацию, в которой это возможно с верной аннотацией. Я думаю, что различия в содержании ферментов и трансмембранных белков довольно случайны. Было бы логично предположить, что у S. raichei будет больше белков, как-то работающих с протонами (поскольку в сильнощелочой среде все равмя надо качать протоны внутрь). Кажется, это правда так, хотя тоже может быть результатом неравномерного качества аннотации геномов. Например, возможно, у S. raichei как раз лучше аннотированы всякие насосы протоноы, поскольку их интересно изучать.
Сравнение аминокислот в активных центрах белков
Я написала скрипт (скрипт №3), который достает из записей аминокислоты, находящиеся в аннотированных активных центрах, а потом считает их частоту встречаемости. Результаты представлены в табл. 3.
| Аминокислота | S. raichei | A. denitrificans |
|---|---|---|
| Цистеин | 68 | 101 |
| Гистидин | 68 | 92 |
| Аспартат | 62 | 74 |
| Лизин | 43 | 51 |
| Глутамат | 41 | 63 |
| Серин | 27 | 35 |
| Тирозин | 22 | 46 |
| Аргинин | 11 | 12 |
| Треонин | 5 | 7 |
| Аспарагин | 2 | 4 |
| Пролин | 1 | 3 |
У меня была гипотеза, что из-за разного pH в цитоплазме (такой ли разный pH у этих бактерий в цитоплазме?) у алкалифильной (опытной) бактерии в активных центрах будет меньше положительно заряженных аминокислот, потому что они при такой кислотности могут быть не все заряжены. У S. raichei в активных центрах 29% аминокислот с отрицательно заряженными радикалами, 15% — с положительно заряженными. У A. denitrificans — 28% и 13% соответственно. Видно, что моя гипотеза не подтвердилась. Впрочем, она довольно абсурдная: вряд ли в клетке бактерии может быть pH 11, а даже если он такой может быть, он не такой в кармане белка.
Список литературы
- Bird, Lina J., J. Gijs Kuenen, Magdalena R. Osburn, Naotaka Tomioka, Shun’Ichi Ishii, Casey Barr, Kenneth H. Nealson, and Shino Suzuki. 2021. “Serpentinimonas Gen. Nov., Serpentinimonas Raichei Sp. Nov., Serpentinimonas Barnesii Sp. Nov. and Serpentinimonas Maccroryi Sp. Nov., Hyperalkaliphilic and Facultative Autotrophic Bacteria Isolated from Terrestrial Serpentinizing Springs.” International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 71 (8). https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004945.
- Mechichi, Tahar, Erko Stackebrandt, and Georg Fuchs. 2003. “Alicycliphilus Denitrificans Gen. Nov., Sp. Nov., a Cyclohexanol-Degrading, Nitrate-Reducing β-Proteobacterium.” International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 53 (1): 147–52. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02276-0.