Мини-обзор бактерии Clostridioides difficile 630

Гаврилова Яна Анатольевна

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, факультет биоинженерии и биоинформатики

1 ВВЕДЕНИЕ

Clostridioides difficile 630 — это грамположительная бактерия, вызывающая поражения кишечника человека, проявляющиеся в виде антибиотикоассоциированной диареи и колита[1].

Патогенность микроорганизма определяется способностью вырабатывать токсины TсdA и TсdB[2]. Тяжесть заболевания и возможность развития осложнений связывают с дополнительными факторами:

адгезивными функциями;

спорообразованием;

формированием биоплёнок;

модификацией клеточной стенки;

транскрипцией[2].

Важную роль в патогенезе играют белки системы quorum-sensing, регулирующие уровень продукции токсинов, а также гены резистентности к антибиотикам[2].

2 МЕТОДЫ

Данные по геному исследуемой бактерии были взяты с сайта Национального Центра Биотехнологической информации (NCBI).

Для анализа данных использовались электронные таблицы Google Sheets (методы СЧЁТЕСЛИ, COUNTA, создания фильтров для столбцов, построения столбчатых диаграмм).

3 РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Длины белков, закодированных в геноме бактерии Clostridioides dif icile 630

Результат анализа длин белков, встречающихся в бактерии Clostridioides difficile 630 можно представить в виде гистограммы:

Как видно из Рисунка 1, наиболее распространённая длина белка находится в диапазоне от 150 до 350 аминокислотных остатков (а.о.), с выраженным пиком в районе 200–300 а.о.

Преобладание белков средней длины характерно для бактерий[4].

3.2 Встречаемость альтернативных стоп-кодонов в кодирующих последовательностях

Кодирующие белки последовательности у бактерий преимущественно используют в качестве старт-кодона ATG, что при трансляции приводит к включению формил-метионина в участок синтезируемого полипептида. Тем не менее, анализ геномных данных показывает, что на долю рамок считывания, начинающихся с ATG, приходится в среднем лишь около 80,1% от общего числа таких последовательностей. Оставшаяся часть распределяется между альтернативными инициирующими кодонами: GTG инициирует примерно 11,6% открытых рамок, а TTG — 7,8%. Интересно, что это соотношение демонстрирует высокую степень сохранности среди различных групп бактерий [5].

При анализе белок-кодирующих последовательностей было выявлено, что стандартный старт-кодон ATG используется в 85,4% случаев. На долю альтернативных кодонов GTG приходится 5,96%, а TTG — 7,44% от общего числа. Кроме того, в единичных случаях были зарегистрированы и другие стартовые кодоны (подробнее см. Таблицу 2).

Геном Clostridioides difficile 630 представлен псевдогенами и нормальными генами.

Псевдогены — это нефункциональные сегменты ДНК, которые напоминают функциональные гены[6].

В ходе исследования были посчитаны встречаемости альтернативных стоп-кодонов по отдельности в псевдогенах и в нормальных генах (см. таблицу (1) Сопроводительных материалов).

Было выявлено, что в псевдогенах стандартный старт-кодон ATG используется в 43,4% случаев. На долю альтернативных кодонов GTG и CAT приходится 5,88% от общего числа. TTG в качестве старт-кодона не выступал, а на остальные альтернативные старт-кодоны приходится 0-3,92%.

В нормальных генах стандартный старт-кодон ATG используется в 85,97% случаев. На долю альтернативных кодонов GTG приходится 5,96%, а TTG — 7,54% от общего числа. Другие стартовые кодоны были зарегистрированы в единичных случаях.

Таким образом, представленность альтернативных инициирующих кодонов оказалась меньше ожидаемой, в псевдогенах же она отличается ещё больше.

3.3 Длины известных белков

Была поставлена задача проанализировать, как кодирующие белки последовательности с известным названием распределяются по различным диапазонам длины белка

В Таблице 3 подтверждаются результаты, полученным в п. 3.1: белков “средней длины” в геноме бактерии больше всего.

Стоит заметить, что не все кодирующие последовательности, имеющие схожие названия, относятся к одной категории длины (см. таблицу (2) Сопроводительных материалов). Так, например, кодирующую область dnaK условно можно отнести к “очень длинным”, dnaG - к “длинным”, а dnaN - к “средним”. Это может говорить о том, что общие названия кодирующим областям даются не на основе их длины.

Сопроводительные материалы

• (1) - Ссылка на таблицу Start codons в Google Sheets
• (2) - Ссылка на таблицу Feature_table в Google Sheets
• (3) - Ссылка на таблицу СDS from genome of Clostridioides difficile 630 в Google Sheets

Список литературы

• [1] Sorokina, J. V., & Belyi, Y. F. (2023). Type IV secretion system in Clostridioides difficile: Structural features and its role as a pathogenicity factor. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, (4), 345–353.
• [2] Burke, K. E., & Lamont, J. T. (2014). Clostridium difficile infection: A worldwide disease. Gut and Liver, *8*(1), 1–6.
• [3] Taxonomy Browser [NCBI]: Clostridioides difficile 630 Taxonomy. (2020). In Schoch, C. L., et al. (Eds.), NCBI Taxonomy Database. National Center for Biotechnology Information.
• [4] Brocchieri, L., & Karlin, S. (2005). Protein length in eukaryotic and prokaryotic proteomes. Nucleic Acids Research, *33*(10), 3390–3400.
• [5] Villegas, A., & Kropinski, A. M. (2008). An analysis of initiation codon utilization in the Domain Bacteria – concerns about the quality of bacterial genome annotation. Microbiology, *154*(9), 2559–2561.
• [6] Gerstein, M., & Zheng, D. (2006). The real life of pseudogenes. Scientific American, *295*(2), 48–55.