UniProt. Описание белка.
Лигаза прокариотического убиквитиноподобного белка (EC: 6.3.1.19) - фермент, катализирующий ковалентное присоединение прокариотического убиквитиноподобного модификатора белка Pup к протеасомным субстратным белкам, нацеливая их на протеасомную деградацию. Реакция лигирования проходит между карбоксильной группой боковой цепи C-концевого глутамата Pup и аминогруппой боковой цепи лизина субстрата (Özcelik, Dennis et al., 2012).
Фермент выделен из Corynebacterium glutamicum, но также широко распространен в группе Corynebacterium. Рассматриваемая лигаза состоит из 482 аминокислотных остатков, в качестве лигандов включает в себя ионы магния и АДФ (как продукт гидролиза АТФ).
Corynebacterium glutamicum обладает уникальной способностью синтезировать большые количества L-глутаминовой кислоты из простых сахаров и аммиака, что делает ее важным объектом для биотехнологии (Kinoshita et al. 1957; Udaka 1960). В ходе дальнейшего изучения ее генома, было обнаружено присутствие генов ферментов карбоангидраз типов -β и -γ (Mitsuhashi et al.,2002). Их наличие рассматривается некоторыми авторами принципиальным для высокого выхода реакций синтеза аминокислот (Ikeda M, Nakagawa S., 2003).
Команды для скачивания протеомов: 1) wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=organism:"Corynebacterium glutamicum (strain ATCC 13032 / DSM 20300 / BCRC 11384 / JCM 1318 / LMG 3730 / NCIMB 10025) [196627]" AND proteome:up000000582&format=txt&compress=yes' -O UP000000582.swiss.gz
2) wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=organism:"Corynebacterium aurimucosum (strain ATCC 700975 / DSM 44827 / CIP 107346 / CN-1) (Corynebacterium nigricans) [548476]" AND proteome:up000002077&format=txt&compress=yes' -O UP000002077.swiss.gz
Для сравнения были выбраны протеомы Corynebacterium glutamicum (штамм ATCC 13032 / DSM 20300 / BCRC 11384 / JCM 1318 / LMG 3730 / NCIMB 10025) (Proteome ID: UP000000582) и Corynebacterium aurimucosum (штамм DSM 44549 / YS-314 / AJ 12310 / JCM 11189 / NBRC 100395) (Proteome ID: UP000002077). Оба протеома являются референсными, Corynebacterium aurimucosum была выбрана как близкий но патогенный вид к изучаемому, который может вызывать инфекции костной ткани и суставов, мочеполового пути и бактеремии крови у человека, кроме того, этот вид является резистентным к таким антибиотикам как пенициллин G и клиндомицин, но уязвимым к амоксицилину или ванкомицину (Lefèvre CR, Pelletier R, et al., 2021).
Количество белков, проверенных Swiss-Prot в первом протеоме составляет 537 из 3093, во втором - 160 из 2528, кроме того, в обоих протеомах количество фрагментированных или потерянных ортологов составляет менее 2%. Весь протеом Corynebacterium glutamicum закодирован в единственной хромосоме бактерии и сравнительно лучше изучен (процент описанных Swiss-Prot белков составляет около 17%), в то время как протеом Corynebacterium aurimucosum закодирован в одной хромосоме (2508 белков) и одной плазмиде (20 белков), у него описано всего 6% белков от общего количества.
Анализ соотношений различных типов белков протеомов бактерий производился с помощью запросов в базе данных UniProtKB. Так, количество трансмембранных белков в протеоме Corynebacterium glutamicum составляет 714, доля таких белков в протеоме равна 23,1%. Количество ферментов протеома составляет 808 белков, а доля этих белков составляет 26,1%.
Количество же трансмембранных белков в протеоме Corynebacterium aurimucosum составляет 597, в процентном отношении это число составляет 23,6%. Что касается ферментов, то протеом этой бактерии представлен 704 белками с каталитической активностью, эти белки составляют 27,8% от общего количества. Так как бактерия является патогенной, я решл искать белки в полном или альтернативном названии которых есть слово "toxin" и нет слова "repressor"
Таким образом, Corynebacterium aurimucosum предположительно синтезирует такие токсины как зетта-токсин и мРНК инетрфераза. Примечательно, что оба токсина Corynebacterium aurimucosum закодированы в единственной хромосоме бактерии. Corynebacterium glutamicum, по результатам для того же запроса не синтезирует токсины, что согласуется с данными о ее непатогенности.
Кроме того, было проведено сравнение протеомов по доле каждого класса ферментов, синтезируемых организмами, по результатам запросов были получены следующие данные:
Для обоих организмов самым широкопредставленным классом ферментов являются трансферазы (9,2% для Corynebacterium glutamicum и 9,7% для Corynebacterium aurimucosum), вторым по рапспространенности классом являются гидролазы (5,7% и 6,0% соответственно), оксидоредуктазы составляют околок 5% от всех синтезируемых белков у исследуемых организмов (4,8% и 4,4% соответственно). Оставшиеся 4 класса представленны менее чем 4 процентами протеома: лиазы составляют 2,6% и 3,2% соответственно, изомеразы - 1,7% и 1,5%, лигазы - по 2,3 и 2,7 процента. Транслоказы же представленны наименьшим числом белков: у Corynebacterium glutamicum это всего 0,5%, а у Corynebacterium aurimucosum - 0,4%. Несложно заметить, что у исследуемых видов классы ферментов распределяются одинаковым образом в следующем порядке: 2-3-1-4-6-5-7.
| EC | organism | |
|---|---|---|
| Corynebacterium glutamicum | Corynebacterium aurimucosum | |
| 1 | 150 (4,8%) | 110 (4,4%) |
| 2 | 284 (9,2%) | 246 (9,7%) |
| 3 | 175 (5,7%) | 152 (6,0%) |
| 4 | 81 (2,6%) | 81 (3,2%) |
| 5 | 53 (1,7%) | 39 (1,5%) |
| 6 | 70 (2,3%) | 67 (2,7%) |
| 7 | 15 (0,5%) | 9 (0,4%) |
Примечательно, что у всех рассматриваемых бактерий прослеживается одинаковое соотношение по классам белков, несмотря на патогенность одной из них, что объясняется их сравнительно близким родством, однако Corynebacterium glutamicum содержит большее или равное количество ферментов для каждого класса чем Corynebacterium aurimucosum, что можно объяснить переходом к паразитическому образу жизни последней
Список литературы
1. Özcelik D, Barandun J, Schmitz N, Sutter M, Guth E, Damberger FF, Allain FH, Ban N, Weber-Ban E. Structures of Pup ligase PafA and depupylase Dop from the prokaryotic ubiquitin-like modification pathway. Nat Commun. 2012;3:1014. doi: 10.1038/ncomms2009. PMID: 22910360; PMCID: PMC4351746.
2. Kinoshita S, Udaka S, Shimono M (1957) Studies on amino acid fermentation. Part I. Production of l-glutamic acid by various microorganisms. J Gen Appl Microbiol 3:193–205
3. Mitsuhashi S, Ohnishi J, Hayashi M, Ikeda M (2002) Physiological role of carbonic anhydrase in Corynebacterium glutamicum. In: Proc Annu Meeting Agric Chem Soc Jpn, Sendai, Japan, 25–27 March 2002, p 289
4. Ikeda M, Nakagawa S. The Corynebacterium glutamicum genome: features and impacts on biotechnological processes. Appl Microbiol Biotechnol. 2003 Aug;62(2-3):99-109. doi: 10.1007/s00253-003-1328-1. Epub 2003 May 13. PMID: 12743753.
5. Lefèvre CR, Pelletier R, Le Monnier A, Corvec S, Bille E, Potron A, Fihman V, Farfour E, Amara M, Degand N, Barraud O, Cattoir V, For The Gmc Study Group. Clinical relevance and antimicrobial susceptibility profile of the unknown human pathogen Corynebacterium aurimucosum. J Med Microbiol. 2021 Mar;70(3). doi: 10.1099/jmm.0.001334. Epub 2021 Mar 18. PMID: 33734955.