Учёные секвенировали геном азотфиксирующей почвенной бактерии Azotobacter vinelandii
Международная группа исследователей, включая учёных из Института биоинформатики Вирджинии (VBI) и Виргинского политехнического института, завершила секвенирование генома Azotobacter vinelandii. Это раскрыло важную генетическую информацию для более полного понимания биологии этой универсальной почвенной бактерии.
- Роль в природе: A. vinelandii обитает в почве и способна преобразовывать атмосферный азот в аммиак с помощью бактериальных ферментов — нитрогеназ. Этот процесс (азотфиксация) жизненно важен, так как азотсодержащие молекулы используются для производства ДНК и аминокислот — строительных блоков белков.
- Уникальная особенность: В отличие от большинства бактерий, чьи нитрогеназы разрушаются кислородом, A. vinelandii может фиксировать азот в его присутствии, используя три различные нитрогеназные системы.
Исследование, которое будет представлено на обложке второго июльского выпуска (№14) 2009 года Journal of Bacteriology, выявило уникальные особенности генома A. vinelandii. Они объясняют, как бактерия осуществляет кислород-чувствительные реакции (например, азотфиксацию), сохраняя при этом строго аэробный метаболизм.
- Дыхательная защита: A. vinelandii обладает одной из самых высоких скоростей дыхания среди известных бактерий и поддерживает низкий уровень кислорода в цитоплазме с помощью процесса «дыхательной защиты». Секвенирование генома позволило идентифицировать гены, ответственные за это.
- Гены ферментов: Анализ генома помог точно определить хромосомную локализацию трёх известных кислород-чувствительных нитрогеназ, а также генов, кодирующих другие кислород-чувствительные ферменты (например, CO-дегидрогеназу и формиатдегидрогеназу).
- Защитный полимер: Последовательность также предоставила информацию о генах, кодирующих альгинат. Этот полимер образует физический барьер вокруг бактерии, обеспечивая дополнительную защиту от избытка кислорода.
Перспективы применения:
- Модельный организм: A. vinelandii — привлекательная модель для биохимических исследований из-за способности производить высокие выходы качественных ферментов.
- Биотехнологическая «фабрика»: Расшифровка генома открывает перспективы для использования этой бактерии в качестве «фабрики» для производства и характеристики кислород-чувствительных белков с помощью генетических подходов для достижения высокого уровня экспрессии белка.
Дополнительные выводы:
- Исследование даёт информацию об уникальных биосинтетических путях, позволяющих бактерии адаптировать метаболизм к различным источникам питательных веществ. Например, при отсутствии источника углерода A. vinelandii образует устойчивые к высыханию цисты.
- Завершённый геном A. vinelandii (относящейся к семейству Pseudomonadaceae) станет важной филогенетической точкой отсчёта для сравнительной геномики.
- Проект также послужил платформой для обучения студентов-бакалавров со всего мира в области технологий геномики, биоинформатики и анализа.