Анализ протеома бактерии H. Pylori, штамм 26695

Анализ протеома бактерии H.Pylori, штамм 26695.

М.Сорокин, студент 1 курса

Введение.

Русское название бактерии Helicobacter Pylori –Хеликобактер.
Таксономия.

Вид H. Pylori относят к роду Helicobacter, семейству Helicobacteraceae, порядку Campylobacterales, подклассу Epsilonproteobacteria, классу Proteobacteria царству Bacteria

Helicobacter pylori.
Фотография через сканирующий электронный микроскоп
Вид бактерии под микроскопом см. в файле Hpylori.jpg (взят с сайта http://ru.wikipedia.org/wiki/Helicobacter_pylori) . Длина бактерии примерно 3 мкм, толщина 0.5 мкм.
Место и условия обитания Хеликобактера, значение для человека.

Бактерия обитает в желудке человека и его ротовой полости. Живет на поверхности эпителиальных клеток прямо под слоем слизи, где показатель рН не слишком низок для нее (на поверхности желудочного эпителия под слизью он почти равен 7, о чем говорится в прилагающейся статье). Там она может вызывать такие заболевания, как, скажем, гастрит и язва желудка.

Также считается, что рак желудка у многих жителей планеты Земля вызван именно ей. Так этой бактерией инфицировано более 2/3 населения земного шара. Более, чем в 50% случаев человек заражается сразу после рождения (особенно часто это явление в Китае).

Однако первоначальный источник хеликобактера не известен до сих пор. Очевидно, что человеку интересно знать как можно больше бактериях находящихся с ним в настолько близком контакте, что и привело к тому, что геном H.pylori был секвенирован.

Для отбора статей, посвященных среде обитания H.pylori, был составлен запрос (habitat NOT (proteins OR disease OR medicine OR cancer OR pathogenesis OR immune)) AND (h* pylori[title] OR helicobacter pylori[title]). В БД PubMed по запросу найдено 32 статьи. Вот ссылка на наиболее подходящую, на мой взгляд, статью: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=15608365&query_hl=3&itool=pubmed_docsum

«Association of the presence the Helicobacter pylori in the oral cavity and in the stomach» - название данной статьи.

Интересным мне показалось, что данная бактерия способна вырабатывать фермент уреазу, который в случае надобности помогает ей выжить в кислой среде желудка, т.е. если она вдруг оказывается не на поверхности эпителиальных клеток желудка, которая является обычным местом ее обитания. Ниже преведена схема работы этого фермента.

Геном и протеом H.pylori

Статистические данные о геноме приведены в табл.1 Они взяты с сайта http://www.ebi.ac.uk/genomes/bacteria.html


Табл.1 Статистические данные о геноме H.pylori.

Хромосома или плазмида	Число пар нуклеотидов	Число генов	Суммарная длина генов (% от длины хромосомы)	Суммарная длина межгенных промежутков (%)	GC состав (%)
Хромосома кольцевая	1667867	1567	90%	10%	38.9%

Я вычислил длины межгенных промежутков в данной хромосоме хромосоме, используя информацию о длинах генов из файла ae000511.h_pylori26695.chromosome.cp.gz, полученного при выполнении Practice 3.1 (подробнее см. файл H_pylori_chr.xls). Оказалось, что средняя длина межгенных промежутков – 111 пар оснований (п.о.), тогда как средняя длина генов 954 п.о.

Также я обнаружил интересный факт: в геноме бактерии часто встречаются перекрывающиеся гены (около 17 % от общего числа генов), то есть такие гены, рамка считывания которых начинается раньше, чем заканчивается рамка предыдущего. Подробные вычисления в файле H_pylori_chr.xls. Возможно, такой результат был получен в результате ошибочных экспериментальных расчетов. Но, судя по данным статьи http://www.nsu.ru/education/biology/genetics/glava7.pdf (см. пункт 7.2) этот факт часто встречается у вирусов и бактерий. Интересно также то, что при этом триплет считываемый при трансляции сдвинут на два нуклеотида, что, наверное, и делает возможным существование перекрывающихся генов. Ведь в таком случае стоп кодон предыдущего гена не будет стоп кодоном для последующего (в силу триплетности генетического кода).

Судя по всему, перекрывающиеся гены необходимы таким организмам, для того, чтобы их геном был более компактным.

51.12% генов хромосомы хеликобактера расположены на одной цепи ДНК(см. см. файл H_pylori_chr.xls). Эта цепь помечена в файле буквой R. Соответственно остальные гены расположены на цепи F. Получается, что обе цепи принимают участие в хранении генетической информации почти равнозначно.

Также были построены гистограммы длин межгенных промежутков, как перекрывающихся так и нет. Они также прведены в прилагающемся файле H_pylori_chr.xls

Анализ протеома Helicobacter pylori.

Самый большой белок состоит из 2894 аминокислотных остатков (а.о.), тогда как самый маленький – всего из 12 а.о. (см. файл H_pylori_chr.xls). Наиболее часто встречаются белки из 100-500 а.о.

Я построил гистограмму длин белков H.Pylori (см. файл H_pylori_chr.xls). Предлагаю следующее деление белков по их размеру (табл.2)
Табл.2 Распределение протеома H. Pylori по категориям на основании их размера, исчисляемого в числе а.о.

Категория	Критерий	Число белков (%)
Маленькие	< 100 а.о.	180 (11.49%)
Средние	100-500	1161 (74.09%)
Большие	500-1000	212 (13.53%)
Очень большие	>1000 а.о.	19 (1.21%)

На основании данных из табл.2 оцениваю мой белок RIR1 из генома E.coli как большой по размеру (761 а. о.).

Также я построил гистограмму длин межгенных промежутков (как перекрывающихся так и нет). С ними также можно ознакомится в книге H_pylori_chr.xls (листы “between genes”). В случае перекрывающихся генов четко видно, что чаще всего в геноме H. Pylori встречаются короткие перекрывающиеся межгенные промежутки (с длиной менее 3-х п.о. или от 3-х до 12-и). Однако такие промежутки с длиной более 20-и п.о. встречаются немного чаще тех, длина которых варьирует от 12-и до 20-и.

Литература

[1] Статья http://www.nsu.ru/education/biology/genetics/glava7.pdf

[2] БД PUBMED (статья http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=15608365&query_hl=3&itool=pubmed_docsum )

[3] Сайт http://www.ebi.ac.uk/genomes/bacteria.html

[4] Электронная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/wiki/Helicobacter_pylori