Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ / Биоинформатика

Сравнительно-геномный анализ систем бактериального иммунитета

Диссертация

Автор: Сорокин, Валерий Андреевич

Заглавие: Сравнительно-геномный анализ систем бактериального иммунитета

Справка об оригинале: Сорокин, Валерий Андреевич. Сравнительно-геномный анализ систем бактериального иммунитета : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.28 / Сорокин Валерий Андреевич; [Место защиты: Ин-т проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН] - Москва, 2009 - Количество страниц: 85 с. ил. Москва, 2009 85 c. :

Физическое описание: 85 стр.

Выходные данные: Москва, 2009






Содержание:

Содержание
Введение
Глава 1 Обзор литературы
11 С-белки
111 Системы рестрикции модификации
112 РМ-системы второго типа
113 РМ-системы других типов
114 Процесс внедрения РМ-систем второго типа в клетку
115 Регуляция транскрипции РМ-систем
116 Регуляция транскрипции РМ-систем с участием С-белков
117 НТН-домены метилаз и С-белки
118 Предыдущие исследования: биоинформатический анализ С-белков и их авторегуляторных сайтов
12 CRISPR-системы
121 Общее устройство CRISPR-систем
122 Повторы
123 Спейсеры
124 Лидерная последовательность
125 cay-гены
126 Участие CRISPR-систем в защите клетки от фаговых атак
127 Предполагаемый механизм действия CRISPR-систем
128 Исследование эволюции CRISPR-систем
129 Повторы кассет как свидетельство общего происхождения
1210 Принципы работы и использования алгоритмов
1211 PILER-CR
1212 CRT
1213 CRISPRFinder
1214 Sorcerer II
Глава 2 Материалы и методы
21 Исходная информация для исследования
211 Rebase
212 Sorcerer II
22 Предсказание потенциальных С-белков
23 Предсказание авторегуляторных сайтов для предсказанных С-белков
24 Исследование геномного окружения потенциальных генов С-белков
25 Поиск потенциальных CRISPR-кассет
26 Предсказание элементов cas-генов
27 Построение кластеров из повторов
28 Исследование сходства фланков потенциальных CRISPR-кассет
29 Исследование спейсерного состава потенциальных CRISPR-кассет
210 Проверка гипотезы о содержании в спейсерных последовательностях сосуществующих фагов
211 Исследование кластеров
212 Исследование таксономии
Глава 3 Результаты и обсуждение
31 Полномасштабное предсказание и анализ автор егуляторных сайтов связывания С-белков
311 Общая идея исследования
312 Предсказание потенциальных С-белков
313 Особенности предсказания автор егуляторных сайтов
314 Предсказание авторегуляторных сайтов
315 Сравнение экспериментально подтвержденных сайтов и гипотетических сайтов, обнаруженных в результате анализа
316 Анализ структуры предсказанных сайтов связывания
317 Мотивы 7 и 8
318 Мотивы 1-6
319 Мотив 9
3110 Мотив 10
3111 Дополнительные сайты связывания
3112 Классификация предсказанных авторегуляторных сайтов
3113 Экспериментальные свидетельства значимости консервативных элементов предсказанных сайтов
3114 Безлидерные транскрипты
3115 Анализ соседних рамок считывания (геномный контекст)
3116 «Двойные» РМ-системы
32 Исследование CRISPR-систем в метагеноме
321 Общая идея исследования
322 Создание первоначального набора CRISPR-кассет
323 Конструирование набора надежных кассет: исходный набор
324 Расширение исходного набора за счет кассет, соседствующих с cas-генами
325 Расширение исходного набора за счет кассет, ко-кластеризующихся с ранее отобранными по последовательностям повторов
326 Сходство спейсерных последовательностей с элементами фаговых геномов
327 Описание полученной выборки
328 Сравнение встречаемости кассет в метагеномах и в полностью секвенированных геномах
329 Исследование сходства спейсеров, обнаруженных в пределах метагенома
3210 Кластеризация повторов
3211 Таксономия
3212 Анализ таксономических групп кассет в кластерах
3213 Эволюция CRISPR-кассет
3214 Сложные случаи
Глава 4 Базы данных
41 Описание базы данных С-белков
42 Описание базы данных CRISPR-кассет
Выводы
Благодарности

Введение:
Бактерий можно обнаружить практически в любой точке земного шара. В любом бактериальном сообществе есть организмы, способные паразитировать на бактериях — бактериофаги или просто фаги.
В ходе эволюции бактерии выработали различные системы защиты от паразитов. Данная работа посвящена исследованию систем бактериального «иммунитета».
Наряду со сравнительно хорошо изученными системами рестрикции-модификации, относящимися к системам типа токсин-антитоксин, в этой работе будут рассмотрены и недавно открытые CRISPR-системы, которые также предположительно участвуют в антифаговой защите клетки, используя механизм, схожий с механизмом РНК-интерференции в эукариотах.
Подробно механизмы действия обеих систем будут описаны ниже в соответствующих разделах, здесь мы остановимся лишь на описании базовых принципов их работы.
Системы рестрикции-модификации (РМ-системы), как правило, состоят из двух ферментов, один из которых способен узнавать определенные участки (короткие последовательности) ДНК и химически их модифицировать (метилировать), а другой, узнавая те же самые участки ДНК, способен вносить двуцепочечный разрыв в этот участок ДНК в случае, если участок не подвергся модификации. Система устроена таким образом, что ДНК клетки-хозяина оказывается полностью метилированной, в отличие от ДНК последовательностей внедряющихся фагов, которые эффективно деградируются ферментом РМ системы. Как будет показано в дальнейшем, система анти-фаговой защиты должна обладать сложной системой регуляции, т.к. в противном случае клетке-носителю может быть нанесен непоправимый вред. Одним из компонентов системы регуляции РМ систем является С-белок, типичный представитель НТН-семейства (НТН расшифровывается как helix-turn-helix, спираль-поворот-спираль). С-белки, наряду с их авторегуляторными сайтами, являлись одним из объектов данного исследования.
Типичная CRISPR-система представляет собой кассету, предположительно содержащую информацию о геномах тех фагов, которые уже атаковали клетку, и набор генов, продукты которых позволяют использовать эту информацию для противодействия вновь атакующим клетку фагам. Кассета представляет собой последовательность ДНК, состоящую из коротких (25-45 п.о.) уникальных участков (так называемых спейсеров), которые разделены точными прямыми повторами примерно такой же длины. Показано, что спей-серные последовательности похожи на участки геномов некоторых фагов, а последовательности белков, закодированных в наборе генов, обслуживающих кассету, содержат мотивы, сходные с мотивами ферментов, проявляющих нуклеазную активность. По всей видимости, ДНК внедряющегося фага за счет комплементарного узнавания взаимодействует со спенсерами кассеты, что приводит к её деградации в результате действия белков, закодированных генами CRISPR-системы. Этому процессу предшествует процесс обучения — встраивание элементов генома внедряющегося фага в кассету в виде новых спейсерных последовательностей.
Отдельно стоит остановиться на методике исследования. Работа была проведена исключительно биоинформатическими методами: совокупность математических, статистических и алгоритмических методов применялась к расшифрованным в виде строки нук-леотидов последовательностям ДНК. Подобно многим другим биоинформатическим работам, существенной стороной данной работы является масштабность: например, в результате исследования число потенциально известных С-белков увеличилось с 46 до 201, а число предсказанных авторегуляторных сайтов - с 32 до 201. В свою очередь, за счет такого увеличения числа изучаемых объектов удалось сделать выводы, к которым невозможно было придти, имея более ограниченный набор предсказанных С-белков. Экспериментальное исследование двухсот систем заняло бы много лет, поэтому выбор методики исследования представляется вполне обоснованным.
С другой стороны, как будет показано в дальнейшем, изучение CRISPR-систем представляет особый интерес в экосистемах, которые не могут быть воспроизведены в лабораторных условиях. Поэтому для исследования CRISPR-систем также был выбран биоин-форматический подход: с помощью ряда алгоритмов и методик были обработаны около 4.6 трлн. пар оснований метагенома — набора образцов генетического материала организмов, формирующих экосистемы, которые существуют в Мировом Океане.
Однако, несмотря на то, что выбор методики в целом представляется оправданным, у биоинформатического подхода есть существенный недостаток. Все результаты работы являются не более чем предсказаниями, требующими экспериментальной проверки (верификации). Вместе с тем, хотя любое конкретное (микро) предсказание может оказаться ошибочным, глобальные утверждения, описывающие общие для множества микрорезультатов черты, представляются достоверными.
Наконец, следует отметить практический аспект изучения систем бактериального иммунитета. Ряд отраслей пищевой промышленности использует бактериальные культуры для получения йогуртов, кефиров и других молочных продуктов. Заражение культуры фаговой инфекцией чревато остановкой производства, дезинфекцией всех производящих мощностей, наработкой культуры с нуля и повторным запуском производства. Издержки от этих действий могут быть очень велики, особенно если принять во внимание масштабность производства. Понимание принципов работы систем бактериального иммунитета — один из путей к управляемому повышению устойчивости промышленных культур к фаговым инфекциям.