Biomics

Триптофановый оперон бактерий содержит гены, кодирующие ферменты биосинтеза триптофана из хоризмовой кислоты. Этот оперон является классическим примером функционирования процесса аттенюации транскрипции путём синтеза лидерного пептида TrpL. Тем не менее, в базе данных GenBank, включающей более 140000 бактериальных геномов, обнаружено всего 215 генов trpL, из которых 151 описан для штаммов родов Escherichia и Salmonella. В данной работе проведено сравнение триптофановых оперонов представителей 7 семейств Enterobacteriales. Установлена консервативность структурной организации Trp-оперона энтеробактерий. Выявленные различия касались лишь присутствия в опероне отдельного гена trpG, либо включение кодируемого им белка как домена в состав бифункционального фермента TrpD. Анализ нуклеотидных последовательностей, предшествующих первому структурному гену оперона, позволил для всех исследованных штаммов (из них для 17 впервые) обнаружить гены лидерного пептида TrpL длиной от 14 до 36 аминокислотных остатков, содержащих от 1 (Pantoea agglomerans) до 5 (Vibrio cholerae) остатков триптофана. Пептиды TrpL большинства штаммов содержат 2 остатка триптофана в соседних положениях. Для отдельных родов и семейств энтеробактерий выявлены как консервативность структуры TrpL (внутри большинства родов и внутри семейства Enterobacteriacea), так и высокая вариабельность (внутри родов Vibrio и Pantoea, внутри семейств Erwiniaceae и Morganellaceae). По результатам проведённой работы сделан вывод о некорректной работе программ аннотации полногеномных данных платформ RAST и NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline в отношении определения лидерных пептидов триптофановых оперонов бактерий и о необходимости внесения информации о лидерных пептидах и их генах в соответствующие базы данных.

энтеробактерии, триптофановый оперон, лидерный пептид, аттенюация транскрипции, аннотация последовательностей

1. Aziz R.K., Bartels D., Best A.A., DeJongh M., Disz T., Edwards R.A., Formsma K., Gerdes S., Glass E.M., Kubal M., Meyer F., Olsen G.J., Olson R., Osterman A.L., Overbeek R.A., McNeil L.K., Paarmann D., Paczian T., Parrello B., Pusch G.D. Reich C., Stevens R., Vassieva O., Vonstein V., Wilke A., Zagnitko O. The RAST server: rapid annotations using
subsystems technology. BMC Genomics. 2008. V. 9. P. 75. doi: 10.1186/1471-2164-9-75

2. De Troch P., Dosselaere F., Keijers V., de Wilde P., Vanderleyden, J. Isolation and characterization of the Azospirillum brasilense trpE(G) gene, encoding anthranilate synthase. Curr. Microbiol. 1997. V. 34(1). P. 27-32. doi: 10.1007/s002849900139

3. Jacob F., Monod J. Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J. Mol. Biol. 1961. V. 3(3). P. 318-356. doi: 10.1016/S0022-2836(61)80072-7

4. Kryuchkova Y.V., Burygin G.L., Gogoleva N.E., Gogolev Y.V., Chernyshova M.P., Makarov O.E., Fedorov E.E., Turkovskaya O.V. Isolation and characterization of glyphosate-degrading rhizosphere strain, Enterobacter cloacae K7. Microbiol. Res. 2014. V. 169(1). P. 99-105. doi: 10.1016/j.micres.2013.03.002

5. Singleton C.K., Roeder W.D., Bogosian G., Somerville R.L., Weith, H.L. DNA sequence of the E. coli trpR gene and prediction of the amino acid sequence of Trp repressor. Nucleic Acids Res. 1980. V. 8(7). P. 1551-1560. doi: 10.1093/nar/8.7.1551

6. Tatusova T., DiCuccio M., Badretdin A., Chetvernin V., Nawrocki E.P., Zaslavsky L., Lomsadze A., Pruitt K.D., Borodovsky M., Ostell J. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline. Nucleic Acids Res. 2016. V. 44(14). P. 6614-6624. doi: 10.1093/nar/gkw569

7. Yanofsky C. Attenuation in the control of expression of bacterial operons. Nature. 1981. V. 289(5800). P. 751-758. doi: 10.1038/289751a0.

8. Yanofsky C., Platt T., Crawford I.P., Nichols B.P., Christie G.E., Horowitz H., VanCleemput M., Wu A.M. The complete nucleotide sequence of the tryptophan operon of Escherichia coli. Nucleic Acids Res. 1981. V. 9(24). P. 6647-6668. doi: 10.1093/nar/9.24.6647