Практикум 13

Для выполнения заданий были использованы следующие данные из файлов: для Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 (далее E. coli) https://drive.google.com/file/d/1yQUvojCRhhqCqBF7uN_5Z0QdXoZ-JZAK/view?usp=sharing, для Candidatus Gracilibacteria bacterium 28_42_T64 (далее G. bacterium) https://drive.google.com/file/d/1NvdaTm6UeZfQ0RTrfVk3B2YHNllDHNIc/view?usp=sharing и для Mycoplasma pneumoniae M29 (далее M. pneumoniae) https://drive.google.com/file/d/1Zb4zos5MirYZCev5DbAMiLsyhXbrtE2P/view?usp=sharing.

Задание 1

Результаты получены с помощью сценария на Python: https://1drv.ms/u/s!Ap1B-P5CCMWHlEkG-IHD4nSnLqRX?e=w3T0LR

Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655:

Candidatus Gracilibacteria 28_42_T64:

Mycoplasma pneumoniae M29:

Анализ

Как мы видим, наиболее часто представленным, является канонический старт-кодон ATG. Кроме того, видно, что GTG и TTG часто служат старт-кодонам. В Reddy et al., 1985 показали, что если у E. coli в гене аденилатциклазы заменить TTG на ATG, экспрессия гена повышается, и штамм становится нежизнеспособным. Причем эти старт-кодоны встречаются не только в генах с 5'-нетранслируемым регионом, но и в генах, где нет специальных инициирующих трансляцию последовательностей вроде Шайна-Дальгарно перед кодирующей частью (Srivastava et al., 2016).Кодон GТG кодирует валин в случае, если он находится внутри кодирующей последовательности, и стартовый метионин, если расположен в начале последовательности. Это происходит потому, что для инициации трансляции используется специальная транспортная РНК.

Задание 2

Результаты получены с помощью сценария на Python: https://1drv.ms/u/s!Ap1B-P5CCMWHlEpmGTJ87Jpl6LCw?e=9wtfug

lcl|U00096.3_cds_250 [gene=insN] [locus_tag=b4587] [db_xref=ASAP:ABE-0285253,ECOCYC:G6130] [protein=IS911A regulator fragment] [pseudo=true] [location=join(270278..270540,271764..272190)] [gbkey=CDS]

lcl|U00096.3_cds_AAD13438.1_1459 [gene=fdnG] [locus_tag=b1474] [db_xref=UniProtKB/Swiss-Prot:P24183] [protein=formate dehydrogenase N subunit alpha] [transl_except=(pos:586..588,aa:Sec)] [protein_id=AAD13438.1] [location=1547401..1550448] [gbkey=CDS]

lcl|U00096.3_cds_AAD13456.1_3824 [gene=fdoG] [locus_tag=b3894] [db_xref=UniProtKB/Swiss-Prot:P32176] [protein=formate dehydrogenase O subunit alpha] [transl_except=(pos:586..588,aa:Sec)] [protein_id=AAD13456.1] [location=complement(4082772..4085822)] [gbkey=CDS]

lcl|U00096.3_cds_AAD13462.1_3997 [gene=fdhF] [locus_tag=b4079] [db_xref=UniProtKB/Swiss-Prot:P07658] [protein=formate dehydrogenase H] [transl_except=(pos:418..420,aa:Sec)] [protein_id=AAD13462.1] [location=complement(4297219..4299366)] [gbkey=CDS]

Анализ

Первый ген — псевдоген, и в нем сразу четыре стоп-кодона: два TAA и два TGA. В остальных трех генах в рамке считывания встречается TGA, но он кодирует не стоп-кодон, а селеноцистеин.

Задание 3

Результаты получены с помощью сценария на Python: https://1drv.ms/u/s!Ap1B-P5CCMWHlEtsehHER70-cGLz?e=DZI5Ge

Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655:

Candidatus Gracilibacteria 28_42_T64:

Mycoplasma pneumoniae M29:

Анализ

Самый частый стоп-кодон TAA у всех трех бактерий. TGA у последних двух бактерий в качестве стоп-кодона не встречается, но внутри последовательности он присутствует большое количество раз. Литература подтверждает факт о том, что кодон TGA не является стоп-кодоном, а кодирует триптофан[1] у M. pneumoniae, у у G. bacterium - глицин [2]

[1]Weisburg WG, Tully JG, Rose DL, Petzel JP, Oyaizu H, Yang D, et al. (December 1989). "A phylogenetic analysis of the mycoplasmas: basis for their classification". Journal of Bacteriology. 171 (12): 6455–67. doi:10.1128/jb.171.12.6455-6467.1989. PMC 210534. PMID 2592342. (https://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?referer=https://en.wikipedia.org/&httpsredir=1&article=1315&context=publichealthresources)

[2] Евсютина Дарья Викторовна, стр. 7 https://istina.msu.ru/download/506363838/1ox2sb:Zt_klB5J1Nrmomwfx2H0fQiU7wQ/?ysclid=lqdxl3wr16790347695

Задание 4

Результаты получены с помощью сценария на Python: https://1drv.ms/u/s!Ap1B-P5CCMWHlExXC-NhrzBoVX0C?e=a4jAyT

Анализ

E. coli наиболее часто встречающимся кодоном, кодирующим лейцин, является CTG. Это может быть связано с предположением о сродстве аминоацил-тРНК-синтетазы, которая присоединяет лейцин к тРНК с антикодоном, комплементарным именно кодону CTG. Такое сродство может обусловить более эффективное использование этого кодона в процессе синтеза белка. Когда речь заходит о Gracilibacteria и Mycoplasma, мы видим отличительные закономерности. В Gracilibacteria наибольшую частоту имеют кодоны TTA, в Mycoplasma также преобладают кодоны TTА. Остальные пять кодонов, кодирующих лейцин, встречаются у них значительно реже. Интересно отметить, что в отличие от кодона TAA, остальные кодоны, кодирующие лейцин, содержат хотя бы один нуклеотид G или C. Исключением являются кодоны CTC и CTG, содержащие по два нуклеотида из G и C, которые встречаются ещё реже, чем кодоны, содержащие 1 нуклеотид из G или C. Такую закономерность можно объяснить пониженным содержанием гуанина и цитозина в геномах этих бактерий по сравнению с E. coli.

Задание 5

Результаты получены с помощью сценария на Python: https://1drv.ms/u/s!Ap1B-P5CCMWHlE2tRk_JbS2E8CRA?e=aDsIOe

Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655

Ссылка на график: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1oj3Sy97SYIVYEnULuWuijF9rMW62XcIL0qux-ox6a_4/edit?usp=sharing

Минимальное значение соответствует ориджину репликации, а максимальное значение - концу репликации.