Обзор протеома бактерии Lactobacillus amylophilus DSM 20533 = JCM 1125

31.12.19

1 ВВЕДЕНИЕ

Lactobacillus amylophilus — грамположительная бактерия из отряда Lactobacillales, класс Bacilli[1]. Используется в производстве молочной кислоты, в частности непосредственно из не гидролизованного картофельного крахмала[2]. Является гомоферментативной бактерией [3], то есть использует гликолитический путь разложения глюкозы. Выведены различные штаммы, наиболее эффективно перерабатывающие крахмал. Например, в работе Altafa B.J., et al подробно изучен штамм GV6 [4]. В данной работе рассмотрен протеом штамма DSM 20533 = JCM 1125.

Лактобациллы могут предотвращать адгезию Enterotoxigenic Escherichia coli и Salmonella Typhimurium на эпителиальной ткани кишечника, предотвращая его воспаление; защищают слизистый барьер [5]. Это свойство было подробно изучено Yu Q, Wang Z, Yang Q.

В данной работе был проведен анализ протеома Lactobacillus amylophilus DSM 20533 = JCM 1125 с использованием электронных таблиц Google sheets.

2 МЕТОДЫ

Были использованы следующие методы работы с электронными таблицами:

• Импорт текстового файла из базы данных ncbi в таблицу
• Разделение таблицы с данными о геноме на две с помощью фильтра
• Объединение таблиц с помощью функции VLOOKUP
• Изменение вида столбца strand с помощью функции IFS. С помощью этой функции вместо каждого + была поставлена 1, вместо знака — была поставлена −1. Это упростило использование некоторых дальнейших функций.
• Фиксирование номера столбца или строки с помощью знака $
• Специальная вставка
• Сортировка строк по значению столбца
• Построение диаграммы с заданным шагом (как с помощью встроенные функций, так и с помощью задания интервалов и построения таблицы вручную)
• Построение круговых диаграмм
• Подсчет подстрок и числовых значений с помощью формул COUNTIFS, COUNTA, COUNT, задание подстроки с помощью маски Маска была использована при подсчете рибосомных белков, при этом за таковые считались все белки, название которых включало слово «ribosomal».
• Использование функции BINOM.DIST С помощью этой функции можно сделать вывод о том, было ли распределение генов по цепям случайным. Необходимо подсчитать количество всех генов, количество генов на (+)-цепи (примем их количество за количество удачных попыток) и задать вероятность удачи, то есть попадания генов на (+)-цепь: 0,5. На выходе получаем вероятность такого распределения.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе работы были исследованы длины белков, генов, межгеномных промежутков, изучены количественные соотношения между генами, кодирующими белки, чья работа связана с разными видами РНК, АТФ и т.п., а также гипотетические белки, рибосомальные белки, соотношение участков генов разных классов: кодирующие гены, псевдогены и другие. Кроме того, были посчитаны виды тРНК. Все результаты и их обсуждения приведены в соответствующих разделах ниже.

Гистограмма (Fig. 1) демонстрирует количество белков различной длины в протеоме бактерии. Видно, что наибольшее количество белков имеет длину от 60 до 330. При этом заметен небольшой типичный для бактерий изгиб на белков длины от 150 до 180 и новый пик за ним.

3.2 Изучение генов на прямой и обратной цепях протеома

3.2.1 Гены на прямой и обратной цепях

Посмотрим на таблицу с распределение генов tRNA, pseudogen, protein_coding и rRNA по прямой и обратной цепи (Table 1).

Посмотрим на соотношение генов разных классов (Fig. 4)

Видно, что у данной бактерии накопилось относительно много испорченных генов: их 3,2% от всего протеома, что примерно равно доле транспортных РНК в нём же. Это наблюдение может объясняться длинной эволюционной историей бактерии, в ходе которой многие белки ломались (случайно, а возможно, намеренно) и заменялись новыми, или не заменялись, если их функция была утрачена. Гипотеза о том, что псевдогены заменялись другими белками в ходе эволюции косвенно подтверждается тем, что некоторые виды белков (например, таутомеразы или оксиредуктазы) можно найти среди белков класса protein_coding (см. лист pseudogenes в сопроводительных материалах).

Была составлена диаграмма, показывающая соотношение гипотетических генов и всех остальных.

Как можно увидеть из диаграммы (Fig. 5), около сорока процентов генома занимают гипотетические белки, то есть такие белки, для которых пока только предсказано существование, но не была доказана экспрессия in vivo. Такая большая доля говорит преимущественно о недостатке исследований бактерии, но может указывать и на определенные сложности, мешающие изучить экспрессию и работу тех или иных белков.

Как видно из диаграммы (Fig. 6), выбранные нами гены составляют лишь небольшую часть протеома бактерии. Все, кроме RNA при этом занимают примерно одинаковые части генома бактерии, на ATP-белки приходится больше всего.

Как видно из диаграммы (Fig. 7), в основном все рибосомальные белки встречаются в протеоме Lactobacillus amylophilus в единственном экземпляре. Копии есть лишь у семи белков из 35. Скорее всего, это указывает на необходимость повышенной экспрессии данных генов:

• 16S ribosomal RNA
• 23S ribosomal RNA
• 30S ribosomal protein S14
• 30S ribosomal protein S21
• 50S ribosomal protein L33
• 5S ribosomal RNA
• ribosomal protein L11 methyltransferase

На гистограмме (Fig. 8) показаны количества тРНК для различных аминокислотных остатков. Больше всего остатков лейцина, метионина, серина, аргинина и треонина. Возможно, именно эти аминокислоты используются бактерией в наиболее важных белках чаще всего.

4 БЛАГОДАРНОСТИ

Благодарю за помощь в выполнении данной работы преподавателей информатики за своевременную помощь с возникающими затруднениями, а также однокурсников за плодотворные обсуждения и возможность сравнить несколько бактерий для лучшего понимания материала.

5 СОПРОВОДИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Таблица с анализом данных секвенирования

6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ