Preview

Acta Biomedica Scientifica

Расширенный поиск

БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК СТРУКТУР CRISPR/CAS-СИСТЕМЫ В ГЕНОМЕ ПЛАЗМИДЫ PCT281 ШТАММА BACILLUS THURINGIENSIS SUBSP. CHINENSIS CT-43

https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.5

Полный текст:

Аннотация

Введение. Современные методы биоинформатики позволяют проводить поиск и анализ функционально важных участков в геноме. Одними из таких участков в геноме бактерий являются локусы CRISPR/Casсистем, выполняющих роль «адаптивной иммунной защиты» от чужеродных нуклеиновых кислот. Поиск и анализ структур CRISPR/Cas-систем в геномах плазмид и фагов предоставляет новую информацию об эволюции данных систем в бактериальных хозяевах.

Цель исследования: поиск структур CRISPR/Cas-систем в геноме плазмиды pCT281 штамма Bacillus thuringiensis subsp. chinensis CT-43 при помощи методов биоинформатики.

Материалы и методы. Материалом для исследования являлся геном плазмиды pCT281 штаммаB. thuringiensis subsp. chinensis CT-43, загруженный из базы данных RefSeq. Для идентификации cas-генов была использована программа MacSyFinder (ver. 1.0.5). Детекция CRISPR-кассет проводилась при помощи трёх приложений: CRISPRFinder, PILER-CR, CRISPR Recognition Tool (CRT). Консенсусная структура повторов получена в WebLogo 3.

Результаты и обсуждение. В плазмиде pCT281 был выявлен один локус CRISPR/Cas-системы типа I-C. В данном локусе были идентифицированы две CRISRP-кассеты, между которыми расположена последовательность из четырёх cas-генов. В первой CRISPR-кассете зафиксированы последовательности 10 спейсеров размером от 32 до 35 пар нуклеотидов (п. н.) и 11 повторов (32 п. н.). Во второй CRISPR-кассете обнаружены последовательности 5 спейсеров (33–53 п. н.), разделённых шестью повторами по 32 п. н.

Выводы. Используемые биоинформационные методы позволяют эффективно проводить поиск структур CRISPR/Cas-системы в мобильных элементах генома. Наличие CRISPR-кассет и cas-генов в плазмиде pCT281 может свидетельствовать о возможной передаче CRISPR/Cas-системы от бактериальной хромосомы данной плазмиде. Выявленные спейсерные последовательности CRISPR-кассет предоставляют информацию о фагах, с которыми данная бактерия встречалась.

Об авторах

Н. А. Арефьева
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

студентка 3-го курса кафедры физико-химической биологии биолого-почвенного
факультета.



Ю. П. Джиоев
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией молекулярной вирусологии и биотехнологии НИИ биомедицинских технологий.



А. Ю. Борисенко
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

 аспирант, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии.



В. И. Чемерилова
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

кандидат биологических наук, доцент кафедры микробиологии биолого-почвенного факультета.



О. Ф. Вятчина
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

кандидат биологических наук, доцент кафедры микробиологии биолого-почвенного факультета.



О. А. Секерина
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

кандидат биологических наук, доцент кафедры медицинской биологии медико-профилактического факультета.



Л. А. Степаненко
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной вирусологии и биотехнологии НИИ биомедицинских технологий.



Ю. А. Маркова
ФГБУН «Сибирский институт физиологии и биохимии растений» СО РАН.
Россия

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132.

доктор биологических наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией растительно-микробных взаимодействий.



Г. В. Юринова
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

кандидат биологических наук, доцент кафедры физико-химической биологии биологопочвенного факультета.



В. П. Саловарова
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой физико-химической биологии биолого-почвенного факультета.



А. А. Приставка
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

кандидат биологических наук, доцент кафедры физико-химической биологии биолого-почвенного факультета.



В. А. Кузьминова
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет».
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1.

студентка 3-го курса кафедры физико-химической биологии биолого-почвенного факультета.



О. Н. Рева
Центр биоинформатики и компьютерной биологии, Кафедра биохимии, генетики и микробиологии, Университет Претории.
Южно-Африканская Республика

Pretoria 0002, Private Bag X20, Hatfield, 0028.

кандидат биологических наук, доцент.



В. И. Злобин
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.
Россия

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, директор НИИ биомедицинских технологий.



Список литературы

1. Перетолчина Н.П., Джиоев Ю.П., Борисенко А.Ю., Воскресенская Е.А., Парамонов А.И., Степаненко Л.А., Колбасеева О.В., Злобин В.И. Биоинформационный анализ CRISPR/Cas системы штамма Yersinia pseudotuberculosis IP32953 // Acta biomedica scientifica. – 2016. – № 5. – С. 64–68.

2. Abby SS, Neron B, Menager H, Touchon M, Rocha EPC. (2014). MacSyFinder: A program to mine genomes for molecular systems with an application to CRISPR-Cas systems. PLoS One, 9 (10), 110726. DOI: 10.1371/journal.pone.0110726.

3. Bland C, Ramsey TL, Sabree F, Lowe M, Brown K, Kyrpides NC, Hugenholtz P. (2007). CRISPR recognition tool (CRT): a tool for automatic detection of clustered regularly interspaced palindromic repeats. BMC Bioinformatics, 8 (209), 1-8. DOI: 10.1186/1471-2105-8-209.

4. Bolotin A, Quinquis B, Sorokin A, Ehrlich SD. (2005). Clustered regularly interspaced short palindrome repeats (CRISPRs) have spacers of extrachromosomal origin. Microbiology, 151, 2551-2561. DOI: 10.1099/mic.0.28048-0.

5. Crooks GE, Hon G, Chandonia JM, Brenner SE. (2004). WebLogo: a sequence logo generator. Genome Res, 14 (6), 1188-1190. DOI: 10.1101/gr.849004.

6. Edgar RC. (2007). PILER-CR: Fast and accurate identification of CRISPR repeats. BMC Bioinformatics, 8 (18), 1-6. DOI: 10.1186/1471-2105-8-18.

7. Fernald GH, Capriotti E, Daneshjou R, Karczewski KJ, Altman RB. (2011). Bioinformatics challenges for personalized medicine. Bioinformatics, 27 (13), 1741-1748. DOI: 10.1093/bioinformatics/btr295.

8. Gaj T, Gersbach CA, Barbas CF. (2013). ZFN, TALEN and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends Biotechnol, 31 (7), 397-405. DOI: 10.1016/j.tibtech.2013.04.004.

9. Gasiunas G, Sinkunas T, Siksnys V. (2014). Molecular mechanisms of CRISPR-mediated microbial immunity. Cell Mol Life Sci, 71 (3), 449-465. DOI: 10.1007/s00018-013-1438-6.

10. Grissa I, Vergnaud G, Pourcel C. (2007). CRISPRFinder: a web tool to identify clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Nucleic Acids Research, 35, W52-W57. DOI: 10.1093/nar/gkm360.

11. Grissa I, Vergnaud G, Pourcel C. (2007). The CRISPRdb database and tools to display CRISPRs and to generate dictionaries of spacers and repeats. BMC Bioinformatics, 23 (8), 172.

12. He J, Wang J, Yin W, Shao X, Zheng H, Li M, Zhao Y, Sun M, Wang S, Yu Z. (2011). Complete genome sequence of Bacillus thuringiensis subsp. chinensis strain CT-43. J Bacteriol, 193 (13), 3407-3408. DOI: 10.1128/JB.05085-11.

13. Makarova KS, Wolf YI, Alkhnbashi OS, Costa F, Shah SA, Saunders SJ, Barrangou R, Brouns SJ, Charpentier E, Haft DH, Horvath P, Moineau S, Mojica FJ, Terns RM, Terns MP, White MF, Yakunin AF, Garrett RA, van der Oost J, Backofen R, Koonin EV. (2015). An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems. Nat Rev Microbiol, 13 (11), 722-736. DOI: 10.1038/nrmicro3569.

14. Moore JH, Asselbergs FW, Williams SM. (2010). Bioinformatics challenges for genome-wide association studies. Bioinformatics, 26 (4), 445-455. DOI: 10.1093/bioinformatics/btp713.

15. Nam KH, Haitjema C, Liu X, Ding F, Wang H, DeLisa MP, Ke A. (2012). Cas5d protein processes pre-crRNA and assembles into a cascade-like interference complex in subtype I-C/Dvulg CRISPR-Cas system. Structure, 20 (9), 1574-1584. DOI: 10.1016/j.str.2012.06.016.

16. Navas LE, Amadio AF, Ortiz EM, Sauka DH, Benintende GB, Berretta MF, Zandomeni RO. (2017). Complete sequence and organization of pFR260, the Bacillus thuringiensis INTA Fr7-4 plasmid harboring insecticidal genes. J Mol Microbiol Biotechnol, 27 (1), 43-54. DOI: 10.1159/000451056.

17. Pardo-Lopez L, Soberon M, Bravo A. (2013). Bacillus thuringiensis insecticidal three-domain Cry toxins: mode of action, insect resistance and consequences for crop protection. FEMS Microbiol Rev, 37 (1), 3-22. DOI: 10.1111/j.1574-6976.2012.00341.x.

18. Roh JY, Choi JY, Li MS, Jin BR, Je YH. (2007). Bacillus thuringiensis as a specific, safe, and effective tool for insect pest control. J Microbiol Biotechnol, 17 (4), 547-559.

19. Rousseau C, Gonnet M, Le Romancer M, Nicolas J. (2009). CRISPI: a CRISPR interactive database. Bioinformatics, 25 (24), 3317-3318. DOI: 10.1093/bioinformatics/btp586.

20. Van der Oost J, Jore MM, Westra ER, Lundgren M, Brouns SJ. (2009). CRISPR-based adaptive and heritable immunity in prokaryotes. Trends Biochem Sci, 34 (8), 401-407. DOI: 10.1016/j.tibs.2009.05.002


Для цитирования:


Арефьева Н.А., Джиоев Ю.П., Борисенко А.Ю., Чемерилова В.И., Вятчина О.Ф., Секерина О.А., Степаненко Л.А., Маркова Ю.А., Юринова Г.В., Саловарова В.П., Приставка А.А., Кузьминова В.А., Рева О.Н., Злобин В.И. БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК СТРУКТУР CRISPR/CAS-СИСТЕМЫ В ГЕНОМЕ ПЛАЗМИДЫ PCT281 ШТАММА BACILLUS THURINGIENSIS SUBSP. CHINENSIS CT-43. Acta Biomedica Scientifica. 2018;3(5):33-38. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.5

For citation:


Arefyeva N.A., Dzhioev Y.P., Borisenko A.Y., Chemerilova V.I., Vyatchina O.F., Sekerina O.A., Stepanenko L.A., Markova Y.A., Yurinova G.V., Salovarova V.P., Pristavka A.A., Kuzminova V.A., Reva O.N., Zlobin V.I. BIOINFORMATIC SEARCH OF CRISPR/CAS SYSTEM STRUCTURES IN GENOME OF PCT281 PLASMID OF BACILLUS THURINGIENSIS SUBSP. CHINENSIS STRAIN CT-43. Acta Biomedica Scientifica. 2018;3(5):33-38. (In Russ.) https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.5

Просмотров: 113


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2541-9420 (Print)
ISSN 2587-9596 (Online)