<<<  Назад

2022 год, № 97

УДК: 578.544
ГРНТИ: 34.27.21

ГОМОЛОГИ ОСНОВНОГО АНТИГЕНА КАПСИДА БАКТЕРИОФАГА RB30 ИЗ МЕТАГЕНОМА КОМПОСТА

Статья посвящена поиску гомологов белка Нос (Highly antigenic Outer Capsid protein) бактериофага RB30 в метагеноме микробиоты компоста для создания фундаментальных основ для конструирования методами геномной инженерии бактериофагов с высокой аффинностью к субстратам данной среды. Белок Нос бактериофага RB30 обладает дополнительным иммуноглобулинподобным PKD доменом, обеспечивающим дополнительное, Са2+-опосредованное связывание олиго- и полисахаридов различных биотопов. Бактериофаги созданные на основе использования на поверхности их капсида найденных специфических белковых последовательностей, обладающих повышенным сродством к субстратам данной среды, могли бы послужить для более эффективного контроля энтеробактериальной контаминации путем бактериофаговой обработки по аналогии с фаговой терапией у людей или сельскохозяйственных животных. С помощью программного средства DELTA-BLAST в базе данных ГенБанк были найдены 376 гомологов. Среди этих белковых последовательностей были выбраны ранее охарактеризованные, как несущие PKD-домен и имеющие статистическую характеристику Е-value менее 10-8. Был проведен филогенетический анализ выбранных последовательностей, в котором в качестве контроля использовали последовательности фаговых белков близких к Нос-белку бактериофага RB30. Этот анализ показал, что только пять из последовательностей расположены на одной ветви с Нос RB30 и его ближайшим гомологом из генома бактериофага RB27. Было проведено структурное моделирование наиболее близкого гомолога из метагенома компоста и было показано, что белок MNE16030.1. несет домены, ответственные за связывание гликозидов. Таким образом, методами биоинформатики и также с помощью методов молекулярного моделирования структуры белка была проведена селекция наиболее перспективных последовательностей, подходящих для получения искусственной поверхности бактериофагов, которых можно использовать для контроля заражения компоста энтеробактериями путем профилактической бактериофаговой обработки.
Ключевые слова: Бактериофаг Т4, бактериофаг RB30, основной антиген каписида Т4-фагов, метагеномика, метагеном компоста, алгоритм UPGMA, филогенетический анализ, структурное моделирование белков.
DOI: 10.21515/1999-1703-97-215-227

Литература:

1. Ishii, T. The two dispensable structural proteins (soc and hoc) of the T4 phage capsid; their purification and properties, isolation and characterization of the defective mutants, and their binding with the defective heads in vitro / T. Ishii, M. Yanagida. - J Mol Biol. 1977; 109:487-514. - DOI: 10.1016/S0022-2836(77)80088-0.
2. Ishii, T. Binding of the structural protein soc to the head shell of bacteriophage T4 / T. Ishii, Y. Yamaguchi, M. Yanagida. // J Mol Biol. - 1978;120: 533-544. - DOI: 10.1016/0022-2836(78)90352-2.
3. Rao, V. B. Structure and assembly of bacteriophage / V. B. Rao, L. W. Black. - T4 head. Virol J. 2010;7:356. - DOI: 10.1186/1743-422X-7-356.
4. Black, L. W. Structure, assembly, and DNA packaging of the bacteriophage T4 head / L. W. Black, V. B. Rao. -Adv Virus Res. 2012; 82:119-153. - DOI: 10.1016/B978-0-12-394621-8.00018-2.
5. Fokine, A. Molecular architecture of the prolate head of bacteriophage T4. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101:6003-6008. - DOI: 10.1073/pnas.0400444101.
6. Malys, N. A bipartite bacteriophage T4 SOC and HOC randomized peptide display library: detection and analysis of phage T4 terminase (gp17) and late sigma factor (gp55) interaction / N. Malys, D. Y. Chang, R. G. Baumann, D. Xie, L. W. Black // J Mol Biol. - 2002; 319:289-304. - DOI: 10.1016/S0022-2836(02)00298-X.
7. Sathaliyawala, T. Assembly of human immunodeficiency virus (HIV) antigens on bacteriophage T4: a novel in vitro approach to construct multicomponent HIV vaccines / T. Sathaliyawala et al. - J Virol. 2006; 80: 7688-7698. - DOI: 10.1128/JVI.00235-06.
8. Ren, Z. J. Orally delivered foot-and-mouth disease virus capsid protomer vaccine displayed on T4 bacteriophage surface: 100% protection from potency challenge in mice / Z. J. Ren et al. - Vaccine. 2008; 26: 1471-1481. - DOI: 10.1016/j.vaccine.2007.12.053.
9. Sathaliyawala, T. Functional analysis of the highly antigenic outer capsid protein, Hoc, a virus decoration protein from T4-like bacteriophages / T. Sathaliyawala, M. Z. Islam, Q. Li, A. Fokine, M. G. Rossmann, V. B. Rao // Mol Microbiol. - 2010. - Jul; 77(2): 444-55. - DOI:10.1111/j.1365-2958.2010.07219.x.
10. Chin, W. H. Bacteriophages evolve enhanced persistence to a mucosal surface / W. H. Chin, C. Kett, O. Cooper, D. Müseler, Y. Zhang, R. S. Bamert, R. Patwa, L. C. Woods, C. Devendran, D., Korneev, J. Tiralongo, T. Lithgow, M. J. McDonald, A. Neild, J. J. Barr // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2022 Jul 5; 119(27): e2116197119. - DOI: 10.1073/pnas.2116197119.
11. Barr, J. J. Subdiffusive motion of bacteriophage in mucosal surfaces increases the frequency of bacterial encounters /j. J. Barr, R. Auro, N. Sam-Soon, S. Kassegne, G. Peters, N. Bonilla, M. Hatay, S. Mourtada, B. Bailey, M. Youle, B. Felts, A. Baljon, J. Nulton, P. Salamon, F. Rohwer // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2015. - Nov 3; 112(44): 13675-80. - DOI: 10.1073/pnas.1508355112.
12. Zimin, A. A.Comparative Analysis of Amino Acid Sequences in Particular Domains of Hoc Proteins in Teequatrovirinae Subfamily Bacteriophages / A. A., Zimin, G. V. Mikoulinskaia, L. F. Nigmatullina, N. N. Nazipova // Mathematical Biology and Bioinformatics. - 2018. - V. 13. - No S. P. t39-t58. - DOI: 10.17537/2018.13.t39.
13. Vieites, J. M. Metagenomics approaches in systems microbiology /j. M. Vieites, M. E. Guazzaroni, A. Beloqui, P. N. Golyshin, M. Ferrer // FEMS Microbiology Reviews, - vol. 33. - No. 1, P. 236-255, 2009.
14. Hess, M. Metagenomic discovery of biomass-degrading genes and genomes from cow rumen / M. Hess, A. Sczyrba, R. Egan, T-W. Kim, H. Chokhawala, G. Schroth et al. // Science. 2011; 331(6016): 463-7.
15. Brulc, J. M. Genecentric metagenomics of the fiber-adherent bovine rumen microbiome reveals forage specific glycoside hydrolases /j. M. Brulc, D. A. Antonopoulos, MEB Miller, M. K. Wilson, A. C. Yannarell, E. A. Dinsdale et al. - Proc Natl Acad Sci USA. - 2009; 106(6): 1948-53.
16. Warnecke, F. Metagenomic and functional analysis of hindgut microbiota of a wood-feeding higher termite / F. Warnecke, P. Luginbühl, N. Ivanova, M. Ghassemian, T. H. Richardson, J. T. Stege et al. // Nature. - 2007; 450(7169): 560-5.
17. Engel, P. Functional diversity within the simple gut microbiota of the honey bee / P. Engel, V. G. Martinson, N. A. Moran // Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109(27): 11002-7.
18. Delmont, T. O. Structure, fluctuation and magnitude of a natural grassland soil metagenome / T. O. Delmont, E. Prestat, K. P. Keegan, M. Faubladier, P. Robe, I. M. Clark et al. // ISME J. 2012; 6(9): 1677-87.
19. Guazzaroni, M. E. "Synthetic biology approaches to improve biocatalyst identification in metagenomic library screening" / M. E. Guazzaroni, R. Silva-Rocha, R. J. Ward // Microbial Biotechnology, vol. 8. - No. 1. - P. 52-64, 2015.
20. Guazzaroni, M. E. "Metagenomics as a new technological tool to gain scientific knowledge" // World Journal of Microbiology and Biotechnology, vol. 25. - No. 6. - P. 945-954, 2009.
21. Скобликов, Н. Э. Оптимальная схема применения нетрансдуцирующих бактериофагов E. coli для профилактики пост-отъёмной диареи поросят / Н. Э. Скобликов, С. И. Кононенко, А. А. Зимин // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 37. - С. 169-173.
22. Скобликов, Н. Э. Эффективность различных способов применения нетрансдуцирующих бактериофагов E. coli для профилактики пост-отъемной диареи поросят в условиях интенсивного производства свинины / Н. Э. Скобликов, С. И. Кононенко, А. А. Зимин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 78 (04) - С. 763-774.
23. Скобликов, Н. Э. Выделение и отбор нетрансдуцирующих бактериофагов E. coli для противоколибактериозных препаратов / Н. Э. Скобликов, С. И. Кононенко, Д. В. Осепчук, Е. А. Москаленко, В. В. Авдиенко, А. А. Зимин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2016. - №08(122). С. 554-566.
24. Зимин, А. А. Использование бактериофагов для борьбы с колибактериозом и кампилобактериозом в птицеводстве / А. А. Зимин, Ф. В. Кочетков, Д. В. Осепчук, С. И. Кононенко, Н. Э. Скобликов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2016. - № 09(123). С. 421-432.
25. Никулин, Н. А. Конструирование терапевтических фаговых коктейлей на основе бактериофагов: преимущества и недостатки / Н. А. Никулин, С. И. Кононенко, А. Г. Кощаев, А. А. Зимин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 09(133).
26. Зимин, А. А. Конструирование мутантов бактериофага Т4 со сниженной антигенностью / А. А. Зимин, А. М. Бутанаев, Н. Е. Сузина, Н. Э. Скобликов, Л. Р. Сахабутдинова, Н. В. Присяжная, С. И. Кононенко, А. Г. Кощаев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 134(10).
27. Altschul, S. F. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs / S. F. Altschul, T. L. Madden, A. A. Schaffer, J. Zhang, Z. Zhang, W. Miller, D. J. Lipman // Nucleic Acids Res. - 1997. - Sep 1; 25(17): 3389-402.
28. Tamura, K. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. / K. Tamura, G. Stecher, D. Peterson, A. Filipski, S. Kumar // Mol Biol Evol. - 2013. - Dec;30(12):2725-9. - DOI: 10.1093/molbev/mst197.
29. Waterhouse, A. SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures and complexes / A. Waterhouse, M. Bertoni, S. Bienert, G. Studer, G. Tauriello, R. Gumienny, F. T.Heer, T. A. P. de Beer, C. Rempfer, L. Bordoli, R. Lepore, T. Schwede // Nucleic Acids Res. 46(W1), W296-W303 (2018).

Авторы:

1. Зимин Андрей Антонович, канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН - обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Пущинский Центр Биологических Исследований РАН».
2. Никулина Александра Николаевна, аспирант, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН - обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Пущинский Центр Биологических Исследований РАН».
3. Никулин Никита Алексеевич, аспирант, генеральный директор, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН - обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Пущинский Центр Биологических Исследований РАН».
4. Хо Ся, профессор, Тайчжоуский университет.
5. Юнь Лу, профессор, Шанхайский педагогический университет.
6. Осепчук Денис Васильевич, д-р с.-х. наук, вед. науч. сотрудник, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии».
7. Кощаев Андрей Георгиевич, д-р биол. наук, профессор, академик РАН, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина».