Мини-обзор генома бактерии
Автор: Дзиковский Ю. А.
Объект исследования:
| Domain: | Bacteria |
| Phylum: | Pseudomonadota |
| Class: | Gammaproteobacteria |
| Order: | Enterobacterales |
| Family: | Enterobacteriaceae |
| Genus: | Shigella |
| Species: | Shigella flexneri |
| Serotype: | Shigella flexneri 2a |
Объект исследования - генетический код Shigella flexneri.
Шигелла - бактериальный патогенный микроорганизм, относящийся к грам-отрицательным бактериям и вызывающий шигеллиоз. Шигеллы являются внутриклеточными паразитами, они размножаются в клетках кишечного эпителия, что вызывает воспаления и водянистую дизентерию. Патоген может проникать в клетки хозяина используя особые ферменты, называемымe инвазинами. Эти белки меня заинтересовали и поэтому рассмотрим их поподробнее(в пункте 4)
| ATG | 3401 |
| GTG | 744 |
| TTG | 167 |
| CGT | 1 |
1А.Старт кодоны и их число:
Мы видим, что ATG, ожидаемо, преобладает, и существенное число старт-кодонов, имеющих вид -TG, тоже в пределах нормы для прокариот. А интерес представляет необычный старт-кодон CGT. Он принадлежит последовательности, кодирующей белок L1 в большой субъединице рибосомы. При этом примечательно, что среди всех белков в большой субъединице L1 - самый большой.
Таб.2 Стоп-кодоны и их число.
| TAA | 2770 |
| TGA | 1222 |
| TAG | 321 |
1B.Стоп кодоны и их число:
Однако распределение стоп кодонов ничем не примечательно.
1С.Нуклеотидный состав генома.
Мы видим распределение в соответствии с правилом Чаргаффа.
2A.Диаграмма маленьких(<400) расстояний между кодирующими последовательностями нуклеотидов.
2B.Диаграмма больших(>400) расстояний между кодирующими последовательностями нуклеотидов.
Общее распределение пришлось разбить на две диаграммы, так как длины промежутков между кодирующими последовательностями очень сильно варьировались
(от 0 до 31140), что осложняло создание единого наглядного отображения.
Стоит отметить, что самые распространённые промежутки:
26(48 раз), 2(20 раз), 35(19 раз), 3(19 раз), 9(18 раз).
Можно предположить, что это расстояния между кодирующими последовательностями в опероне, ведь в общем распределении их гораздо больше чем остальных. В то время как длинные промежутки распределены более равномерно.
2C.Распределение предполагаемых расстояний между генами в оперонах.
3A.Длина пересечений кодирующих последовательностей.
Максимальная длина участка перекрывания составила 146 нуклеотидов. Но что более примечательно, подавляющее число перекрывающихся участков были длиной 4 нуклеотида.
4A.Гистограмма длин белков.
Как видно по гистограмме, основная группа белков бактерии имеют длину 75-150 аминокислот.
4Б.Соотношение белков бактерии.
Как видно по диаграме, самую большую группу белков составляют неизвестные белки(18.2%). Важно подметить большую долю белков бактериофагов(2.2%), ведь это многое говорит о роли вирусов в эволюции живого.
Но больше всего моё внимание привлекли белки Ipa, предназначенные для растворения мембраны эпителиальных клеток. Среди них в геноме бактерии были обнаружены закодированные:
IpaA, IpaB, IpaC, IpaD, IpaJ.
4В(1).Предполагаемая структура IpaA.
На самом деле экспресси IpaA не было обнаружено, и его предположительную структуру пришлось моделировать в AlphaFold.2. Получилась неправдоподобная структура. Вероятно, белок не может синтезироваться из за повреждения гена у бактерии и утраты своей функции. Либо его функция ещё не открыта.
4В(2).Совпадения позиций в IpaA с другими известными белками.
Как видно на графике 4B(2), позиции после 300-й либо имеют уникальные для S. flexneri функции, либо были повреждены.
Структура и функции IpaB известны:
IpaB в одной из своих форм представляет из себя кончик иглы, служащей для проникновения в цитоплазму эпителиальных клеток, а также для уничтожения макрофагов. Сам IpaB находится на IpaD, другом инвазине. IpaB сильно гидрофобен и не растворяется и поэтому, для того чтобы растворить его в цитоплазме требуется связать его с двумя молекулами IpaC.
У IpaB существует много других функций - подробнее в источнике:
Взято с Frontiers: The many faces of IpaB.
4С(1)Структура IpaB. Источник
4C(2)Структура IpaD.Источник
IpaJ является плазмидным антигеном, как и предыдущие рассматриваемые белки, но имеет другую функцию. Бактерия выделяет его в клетки носителя и тем самым препятствует воспалительной активности. Источник:Статья.
Однако в статье лишь упоминалась Salmonella Inhibits и её вариация инвазина.
При помощи AlphaFold2 сгенерирован IpaJ Shigella flexneri:
4C(3).Предполагаемая структура IpaJ.
Выводы:
Исследование структуры и свойств инвазинов могут иметь огромное значение для эпидемиологии. Кроме того, противовоспалительные свойства IpaJ могут быть полезны в лечении острых форм различных заболеваний, связанных с гиперактивностью иммунной системы.
Литература и источники: