| Popis: |
Изучение молекулярных механизмов стероидного катаболизма бактерий представляет значительный практический и теоретический интерес, в связи с высоким биотехнологическим потенциалом для применения в фармацевтике, биомедицине, ветеринарии, агрохимии и защите окружающей среды от соединений, вызывающих эндокринные нарушения.В настоящее время одним из основных методов поиска генов стероидного катаболизма является полнотранскриптомный анализ, позволяющий выявить гены, дифференциально экспрессирующиеся в различных условиях индукции стероидными соединениями (ДЭГ). Однако, эффективность данного подхода осложняется значительным числом выявляемых ДЭГ. Например, у штамма Rhodococcus jostii RHA1 было выявлено 572 гена, экспрессия которых увеличивалась в присутствии холестерина (Uhia et al., 2012), при этом число генов, непосредственно вовлеченных в катаболизм холестерина, – существенно ниже. Целью настоящей работы являлась разработка биоинформатического подхода для выявления генов, потенциально вовлеченных в катаболизм стероидов в геномах бактерий, доступных в публичных базах данных.Поиск генов осуществляли с помощью программы BLAST+ (Altschul et al., 1990). Для автоматизации данного процесса и обработки полученных результатов нами были разработаны программы на языке программирования Perl. Первая программа автоматически генерирует список команд, запускающих другие программы, в том числе и BLAST+ из терминала операционной системы Linux. Остальные программы извлекали из текстовых файлов в которых была записана информация о результатах работы BLAST+ данные о количестве идентичных аминокислот и некоторые другие данные и объединяли их в файл формата csv.Ранее мы секвенировали транскриптомы культур штамма Mycolicibacterium fortuitum ВКМ Ас1817Д, выращенных в присутствии холестерина, ситостерина, а также на среде, не содержащей стероидных соединений. Экспрессия 212 генов увеличивалась в присутствии обоих стеринов (Bragin et al., 2019).В данной работе анализировали более, чем 500 бактериальных геномов, на наличие ключевых генов деградации стероидов – 3-кетостероид-Δ1-дегидрогеназы (kstD), а также оксигеназной и редуктазной субъединиц 3-кетостероид-9α-гидроксилазы (kshA и kshB соответственно). Штаммы, у которых не было обнаружено ни одного гена, чей продукт был бы идентичен с KstD, KshA или KshB M. tuberculosis более, чем на 30% считались не обладающими стероидным катаболизмом. Таких штаммов было выявлено 371, и их геномы были объединены в группу 1. Штаммы, у которых были обнаружены гены, чьи продукты были схожи с референсными белками KstD, KshA и KshB не менее чем на 40%, считались обладающими стероидным катаболизмом. Такие штаммы, а также штаммы, у которых было постулировано наличие стероидного катаболизма в работе Bergstrand et al., 2016, были объединены в группу бактерий, обладающих стероидным катаболизмом, (Группа 2). Общее количество штаммов в данной группе составило 83, при чем 62 штамма относились к актинобактериям, а 21 – к протеобактериям. Далее производили выравнивание продуктов каждого из 212 стерин-индуцируемых генов с каждым из отобранных геномов и считали среднюю идентичность (Иср) для каждого гена и каждой группы геномов. Иср была равна сумме обнаруженных программой BLAST+ идентичных аминокислот между геном и всеми геномами группы, деленной на длину гена, умноженную на количество геномов в группе.Для 164 генов было показано, что Иср этих генов с группой геномов бактерий № 1 не менее чем в два раза меньше, чем с группой геномов № 2, а для 69 генов – не менее чем в 5 раз.Поскольку штамм M. fortuitum ВКМ Ас-1817Д относится к актинобактериям, и большинство бактерий обладающих стероидным катаболизмом – тоже, некоторые гены, чья Иср с геномами бактерий, обладающих стероидным катаболизмом выше, чем с не обладающими таковым могут быть специфичны для актинобактерий, а не для бактерий со стероидным катаболизмом. Поэтому геномы протеобактерий, обладающих стероидным катаболизмом были выделены в группу 3.Далее мы провели поиск генов, для которых Иср с группой геномов № 3 не менее чем в 2 раза выше, чем с группой № 1. Таких генов было обнаружено 43. У 29 генов Иср с геномами группы № 1 более чем в 5 раз меньше, чем с группой № 2, и не менее, чем в раза меньше чем группой № 3. Таким образом, эти гены специфичны для бактерий, обладающих стероидным катаболизмом, а также увеличивают свою экспрессию в присутствии стеринов. Это указывает на то, что эти гены связаны со стероидным катаболизмом.Таким образом, разработанный алгоритм позволяет проводить поиск потенциальных стероидтрансформирующих штаммов, а также провести выявление генов, характерных для бактерий, обладающих стероидным катаболизмом. |
