Обзор генома бактерии Sulfurimonas aquatica
К. В. Сим. Факультет биоинженерии и биоинформатики, Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия.
e-mail: karina_sim@inbox.ru
Аннотация
Sulfurimonas aquatica – хемолитоавтотрофная бактерия, которая обитает в местах, богатых соединениями серы. В данном обзоре представлен анализ генома Sulfurimonas aquatica.
Введение
Sulfurimonas – род мезофильных бактерий, окисляющих соединения серы. Он был впервые описан в 2003 году (Inagaki et al., 2003). Этот род относится к семейству Helicobacteraceae. На данный момент известно, что представители данного рода распространены в различных экосистемах, например, в гидротермальных источниках и морских отложениях (Han, Perner, 2015).
Объектом моего обзора стала бактерия Sulfurimonas aquatica. Это палочковидная грамотрицательная бактерия, ее длина – 0.6-0.7 мкм, ширина – 1.5-2.7 мкм. Для неё оптимальными условиями для роста являются температура 13-15°C и pH 6.6-6.8 (Kojima et al., 2022).
Выбор объекта для обзора обусловлен тем, что про данный вид известно мало, он был описан лишь в 2022 году (Kojima et al., 2022). Однако некоторые исследования показывают, что бактерии рода Sulfurimonas могут играть важную роль в биохимических процессах морских экосистем (Molari et al., 2023).
Материалы и методы
В данном обзоре использовалась таблица особенностей генома бактерии Sulfurimonas aquatica [S1]. Анализ данных проводился в Google Sheets. Были составлены таблицы для исследования длины белков [S2], их пересечений [S3] и межгенных промежутков [S4]. Для наглядности полученных результатов были составлены гистограммы.
Результаты
Анализ длин белков
В геноме Sulfurimonas aquatica закодирована информация о 2660 белках. Больше всего белковых последовательностей (341) имеют длину 100-150 аминокислотных остатков (рис. 1).
Рисунок 1. Гистограмма числа аминокислотных остатков в белках Sulfurimonas aquatica.
Самый короткий белок – 50S рибосомальный белок L36 – содержит всего 37 аминокислотных остатков. Самый длинный белок состоит из 6124 аминокислотных остатков. Он входит в состав натриево-кальциевого переносчика.
Данная гистограмма позволяет сделать вывод, что основная часть белков Sulfurimonas aquatica имеет средний размер.
Анализ пересекающихся генов белков
Всего в геноме Sulfurimonas aquatica обнаружено 259 пересечений генов белков. Более половины из них имеют размер до 5 нуклеотидов невключительно (рис. 2).
Рисунок 2. Гистограмма длины пересечения генов Sulfurimonas aquatica.
Особый интерес представляет пересечение длиной 100 нуклеотидов. На этом участке пересекаются гены металлопептидазы семейства M23 и белка, отвечающего за формирование цитоскелета. Стоит отметить, что ген металлопептидазы имеет еще одно пересечение длиной 8 нуклеотидов.
Исследование, проведенное на Helicobacter pylori, показывает, что если удалить ген белка, принадлежащего семейству M23, то клетки бактерии начинают менять форму (Bonis et al., 2010).
Возможно, наличие общего участка большого размера связано с общим происхождением этих двух белков. Однако для прояснения этого вопроса необходимо проводить дальнейшие исследования, изучающие происхождение и структуру данных белков.
Также интересно было бы проследить, есть ли связь между формой и размером клеток представителей разных видов рода Sulfurimonas и мутациями в генах белков семейства M23.
Анализ длины промежутков между генами
Была проанализирована длина промежутков между 962 генами. В данном пункте не рассматривались варианты, в которых гены перекрываются или промежутка нет.
В геноме Sulfurimonas aquatica больше всего пересечений длиной до 500 нуклеотидов (647). Однако для упрощения восприятия гистограммы данный столбец был удалён (рис. 3).
Самый длинный промежуток составляет 35560 нуклеотидов.
Рисунок 3. Гистограмма длины промежутков между генами Sulfurimonas aquatica.
Наличие длинного некодирующего участка наводит на мысль о том, что, вероятно, там находятся важные регуляторные последовательности.
Промежутки между многими генами имеют небольшой размер – можно предположить, что это следствие наличия оперонов в геноме.
Благодарности
Благодарю преподавателей информатики факультета биоинженерии и биоинформатики Московского Государственного Университета им. М. В. Ломоносова за возможность выполнять очень интересные задания.
Сопроводительные материалы
S1. Таблица особенностей генома бактерии Sulfurimonas aquatica.
S2. Таблица с данными о белках и их длинах.
S3. Таблица с данными о пересечениях генов белков.
S4. Таблица с данными о межгенных промежутках.
Список литературы
1) Bonis M., Ecobichon C., Guadagnini S., Prévost MC., Boneca IG., 2010. A M23B family metallopeptidase of Helicobacter pylori required for cell shape, pole formation and virulence // Molecular microbiology. V. 78. P. 809-819.
2) Han Y., Perner M., 2015. The globally widespread genus Sulfurimonas: versatile energy metabolisms and adaptations to redox clines // Frontiers in Microbiology. V. 6. P. 989.
3) Inagaki F., Takai K., Kobayashi H., Nealson K.H., Horikoshi K., 2003. Sulfurimonas autotrophica gen. nov., sp. nov., a novel sulfur-oxidizing epsilon-proteobacterium isolated from hydrothermal sediments in the Mid-Okinawa Trough // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. V. 53. P. 1801-1805.
4) Kojima H., Kato Y., Watanabe T., Fukui M., 2022. Sulfurimonas aquatica sp. nov., a sulfur-oxidizing bacterium isolated from water of a brackish lake // Archives of Microbiology. V. 204. P. 559.
5) Molari M., Hassenrueck C., Laso-Pérez R., Wegener G., Offre P., Scilipoti S., Boetius A., 2023. A hydrogenotrophic Sulfurimonas is globally abundant in deep-sea oxygen-saturated hydrothermal plumes // Nature Microbiology. V. 8. P. 1-15.