Deinococcus deserti — грамотрицательная палочковидная бактерия , принадлежащая к Deinococcaceae , группе чрезвычайно радиотолерантных бактерий. D. deserti и другие Deinococcaceae демонстрируют исключительную способность противостоять ионизирующему излучению . [2]
Deinococcus deserti имеет общие черты с другими Deinococci: высококонденсированный нуклеоид, высокое клеточное соотношение Mn/Fe и несколько специфических для Deinococcus генов, связанных с устойчивостью к радиации, например, ddrA-ddrD, pprA и irrE. [3]
Геном D. deserti VCD115 состоит из четырех репликонов: основной хромосомы (2,82 Мб) и трех плазмид, P1 (325 кб), P2 (314 кб) и P3 (396 кб). [4]
Два штамма, устойчивых к гамма- и УФ-излучению, были выделены из смеси образцов песка, собранных в пустыне Сахара в Марокко и Тунисе, после воздействия на песок гамма-излучения 15 кГр. Штаммы не росли на богатой среде, такой как триптиказо-соевый бульон (TSB), но росли в виде беловатых колоний на десятикратно разбавленном TSB. Генотипические и фенотипические свойства позволили дифференцировать их от известных видов Deinococcus . Поэтому штаммы были идентифицированы как представляющие новый вид , для которого предложено название Deinococcus deserti sp. nov. [5]
Хромосомы с многочисленными двухцепочечными разрывами, вызванными радиацией или высыханием , могут быть восстановлены за несколько часов у D. deserti . Чрезвычайная радиотолерантность Deinococcaceae стала объектом интенсивных исследований с использованием D. radiodurans в качестве модели.
В клетках, подвергнутых облучению, ДНК-рекомбиназа RecA была первым белком , который был обнаружен сильно индуцированным. RecA необходим для радиотолерантности и для точности восстановления ДНК и стабильности генома у D. radiodurans . Молекулярные механизмы, лежащие в основе восстановления ДНК, также были исследованы с помощью транскриптомики, что привело к описанию репертуара генов, реагирующих на острое гамма-облучение, включая гены, участвующие в репликации ДНК , восстановлении и рекомбинации, метаболизме клеточной стенки, клеточном транспорте и многих с неохарактеризованными функциями.
В предыдущих экспериментах с микрочипами с D. radiodurans пятью наиболее сильно радиоиндуцированными генами были специфические для Deinococcus гены ddrA , ddrB , ddrC , ddrD и pprA . Их гомологи в D. deserti также были среди наиболее сильно индуцированных, что показывает, что сохраняется не только их присутствие, но и их сильная апрегуляция в ответ на радиационное повреждение. [3]
Общий мотив ответа на радиацию/высушивание (RDRM) из 17 пар оснований был идентифицирован выше набора генов, индуцированных радиацией, включая различные гены репарации ДНК, такие как recA , gyrA , uvrB и ssb , что убедительно свидетельствует о наличии регулона RDR, который сохраняется у видов Deinococcus . Ген irrE необходим для устойчивости к радиации и требуется для индуцированной радиацией экспрессии recA и других генов с сайтом RDRM (мотив ответа на радиацию/высушивание) у D. radiodurans и D. deserti . DdrO может быть глобальным регулятором регулона RDR, поскольку это единственный индуцированный и консервативный ген- регулятор , которому предшествует сайт RDRM у D. radiodurans, D. geothermalis и D. deserti . IrrE — это сайт-специфическая протеаза, которая расщепляет и инактивирует репрессор DdrO, что приводит к индуцированной экспрессии генов, необходимых для восстановления ДНК и выживания клеток после воздействия радиации. [6]
RecAC и RecAP — функциональные белки, которые позволяют восстанавливать массивные повреждения ДНК после воздействия высоких доз гамма- и УФ-излучения на D. deserti . ImuY и DnaE2 участвуют в точечном мутагенезе, вызванном УФ-излучением. [7]
Эволюцию организмов, способных выживать при острых дозах облучения в 15 000 Гр, трудно объяснить, учитывая явное отсутствие высокорадиоактивных мест обитания на Земле в течение геологического времени. Таким образом, кажется более вероятным, что естественным отбором для эволюции бактерий, устойчивых к радиации, было хроническое воздействие нерадиоактивных форм повреждения ДНК, в частности, тех, которые были вызваны высыханием. [4]
Точная аннотация генома его 3455 генов проводилась на этапе первичной аннотации с помощью обширного протеомного анализа. Набор из 1348 белков был обнаружен после роста в стандартных условиях и фракционирования протеома с помощью хроматографии на фенил-сефарозе .
В этом исследовании были охарактеризованы 664 N-концевых пептида из 341 белка, что привело к проверке 278 и исправлению 63 кодонов инициации трансляции в геноме D. deserti VCD115. Четыре новых открытых рамки считывания были также обнаружены в его геноме посредством обнаружения пептидных сигнатур для соответствующих полипептидов. Пептиды были идентифицированы с помощью поисковой системы MASCOT по базе данных, состоящей из шестирамочной трансляции всего генома D. deserti . Эта база данных включала 65 801 гипотетических белковых последовательностей с большой долей коротких ORF (68% ORF имеют менее 80 остатков).
На данном этапе 557 из них имеют сигнатуры, соответствующие N-концам 278 различных белков, аннотированных ранее.
С помощью нейронных сетей или скрытых марковских моделей было предсказано, что 1119 полипептидов из D. deserti содержат сигнальный пептид .
Всего в протеоме D. deserti, помеченном TMPP, было уверенно идентифицировано 341 N-конец белка. Среди них 63 были неправильно аннотированы в первой аннотации генома D. deserti и должны быть соответствующим образом изменены. Было проведено сравнение последовательностей генов трех секвенированных геномов Deinococcus . Предлагается, чтобы N-концы 37 и 100 дополнительных белков из геномов D. geothermalis и D. radiodurans , соответственно, были повторно аннотированы. При рассмотрении вручную проверенных TMPP-модифицированных пептидов было идентифицировано 664 уникальных сигнатуры для N-концов с 398 триптическими и 266 химотриптическими последовательностями. Таким образом, эти два переваривания оказались комплементарными. Набор данных N-концов соответствует 10% теоретического протеома. Значительное количество ошибочных аннотаций, вероятно, еще предстоит исправить. [8]