Мини-обзор протеома бактерии Neissseria lactamica

Резюме

В ходе работы произведён анализ протеома бактерии Neisseria lactamica 020-06, что в будущем сможет позволить приблизиться к применению основанных на перекрёстном иммунитете технологий вакцинирования и лечения менингита. В работе проведён общий общий обзор протеома бактерии N. lactamica 020-06, в том числе рассмотрено распределение генов и белков по наиболее представленным группам, процентное и количественное соотношение типов РНК, а также проверена гипотеза о случайности распределения генов по цепям ДНК.

1. Введение

Neisseria lactamica - грамотрицательная диплококковая бактерия, заселяющая носоглотку человека и являющаяся его облигатным комменсалом. От остальных представителей рода Neisseria этот вид отличает способность продуцировать β-лактозидазу. Эта особенность не была выявлена до 1969 года, когда вид впервые был описан Hollis et al.¹ Поэтому Neisseria lactica не описана в исследованиях, так как при определении вида не проверялась способность микроорганизмов образовывать кислоты из лактозы.

В силу схожей морфологии их относили к Neisseria meningitidis, близость к которой по многим показателям позволяет Neisseria lactamica индуцировать перекрёстно-реактивный иммунитет к N. meningitidis, при этом наблюдается отрицательная корреляция между представленностью этих видов в организме одного человека^3,4, при этом распространённость изучаемой бактерии в возрастной группе до двух лет высока и варьируется в разных географических областях, но везде прослеживается тенденция резкого снижения распространённости при последующем взрослении.^{2, 4}

В статье проводится общий обзор протеома N. lactamica в соотнесении по некоторым характеристикам с N. meningitidis.

2. Материалы и методы

Данные для обзора получены из банка данных NCBI Genomes⁵, их можно найти в chr_table. В ходе анализа были использованы программы Google Таблицы и MS Excel. При проверке гипотезы использовались статистические функции BINOM.DIST, МИН. Метод состоял в определении соответствия формирования имеющегося распределения с вероятностью 0,5 критерию достоверности 0,001. В нашем случае P-критерий оказался значительно меньше уровня значимости, что позволяет отвергнуть гипотезу о случайности в пользу неслучайности. В ходе обработке данных для обзора были использованы другие функции Google Таблиц, полный список можно найти в сопроводительных материалах.

3. Результаты и обсуждения

3.1 Распределение белков по длине

В ходе работы было рассмотрено количественное соотношение белков протеома по длине. За интервал квантования взят промежуток длиной в 100 аминокислот, за выброс взяты значения ниже 40 и больше 3340. Значение наименьшей длины белка оказалось равным 37, наибольшая длина белка - 3727 аминокислотных остатков. Расчёты приведены на странице Histogram сопроводительной таблицы. Наиболее представленной является группа белков длиной 140-440 аминокислотных остатков. Из гистограммы видно, что распределение стремится к нормальному с медианой в нуле, что может быть обусловлено невыгодностью синтеза особо длинных белков и тенденцией к замене белков из длинных цепей на состоящие из частей, кодируемых разными генами и объединяющимися в один белок в посттрансляционной модификации.

3.2 Обзор числа генов белков, псевдогенов и генов РНК на прямой и комплементарной цепочках ДНК

Также в работе было рассмотрено распределение генов по группам. Сначала мы определили количество кодирующих белки, кодирующих РНК генов и количество псевдогенов на прямой и комплементарной цепях. Результат представлен в таблице 1. Всего в геноме найдено 2094 гена, из них 1972  кодируют белки, 77 РНК, 46 — псевдогены.

Feature	Number in chain
	+	-	Both chains
protein coding genes	1109	863	1972
pseudogenes	28	18	46
RNA	43	34	77

Помимо этого было определено количественное и процентное соотношение основных групп белков. Как видно в таблице 2, в геноме больше половины мнимых и гипотетических белков, что говорит о недостаточной изученности биохимии Neisseria lactamica. Для выявления особенностей метаболизма рассматривалась АТФ-синтаза, но набор субъединиц, представленный в таблице 3, оказался стандартным и минимальным, что говорит лишь о слабой устойчивости к окислительному стрессу. Последовательное расположение на одной цепи говорит о том, что субъединицы АТФ-синтазы кодируются одним опероном. Выявлен предполагаемый белок регуляции анаэробной транскрипции (таблица 4), что интересно вследствие отсутствие подобного у Neisseria meningitidis, являющейся аэробом⁷. Если белок существует и выполняет подразумеваемую функцию, данная особенность метаболизма может оказаться полезной в ходе разработки методов лечения и предупреждения менингококковой инфекции.

Protein type	Full number	Percentage, %
putative	823	40,78%
enzymes	746	36,97%
hypothetical	619	30,67%
conserved	161	7,98%
ribosomal	72	3,57%
transport proteins	72	3,57%
ATP synthase proteins	9	0,45%
bifunctional	6	0,30%
ATPases	5	0,25%
partial	4	0,20%

locus_tag	class	# feature	class	start	start	end	strand	protein_access	name
NLA_4360	with_protein	gene	CDS	protein_coding	406297	407031	+	CBN86676.1	putative anaerobic transcriptional regulatory protein

Также мы выяснили, какие и в каком количестве РНК содержатся в геноме исследуемой бактерии, результаты представлены в таблице 5. Равная встречаемость рибосомальных РНК может говорить об одинаковом вкладе каждой в построении рибосомальных субъединиц.

4. Заключение

Общий обзор протеома Neisseria lactamica позволил сделать неоднозначные с точки зрения классической генетики выводы относительно распределения генов по прямой и комплементарной цепям ДНК, что в совокупности с предпологаемым наличием такого значительного отличия между метаболизмом N. lactamica и N. meningitidis, как факультативная анаэробность, даёт почву для дальнейших исследований, которые могут приблизить нас к получению более совершенных основанных на перекрёстном иммунитете методов лечения и предупреждения связанных с N. meningitidis инфекций.

5. Сопроводительные материалы

1. Сопроводительные таблицы
2. Материалы и методы

6. Благодарности

Выражаем свою благодарность преподавателям факультета биоинженерии и биоинформатики за направление работы в нужное русло. Особо хочется выделить вклад Алексеевского А.В. и Спирина А.С. Отдельно стоит выделить значительную помощь студентки второго курса Зубаревой В.М. при оформлении статьи и анализе субъединичного состава АТФ-синтазы.