DOI: https://doi.org/10.18524/2307-4663.2020.3(50).219362

СІКВЕНС ГЕНОМУ BACILLUS PUMILUS ONU 554, ІЗОЛЬОВАНОГО З ГЛИБОКОВОДНИХ ДОННИХ ВІДКЛАДЕНЬ ЧОРНОГО МОРЯ

В. О. Іваниця, М. Д. Штеніков, А. М. Остапчук, Н. Ю. Васильєва, Й. Калиновський

Анотація


Метою роботи було проаналізувати структуру генома бактерій штаму Bacillus sp. ONU 554, ізольованого з донних осадів Чорного моря, для його ідентифікації та виявлення генів, що відповідають за синтез біологічно активних сполук. Матеріали та методи. Об'єктом дослідження були структура та характеристика геному антагоністично активних бактерій штаму Bacillus pumilus ONU 554. Геномну ДНК було секвеновано з використанням секвенатора НiSeq 1500 (Illumina). Збирання геному виконано з використанням асемблеру Newbler версії 2.8, визначення видової приналежності штаму - за допомогою сервера TYGS, підрахунок ANI - з використанням Ezbiocloud. Анотування геному здійснили за допомогою серверів PATRIC та NCBI PGAP, пошук кластерів біосинтезу антибіотиків та бактеріоцинів - за допомогою antiSMASH та Bagel4, відповідно. Пошук детермінант патогенності виконувався за допомогою IslandViewer, резистентності до антибіотиків - ResFinder-3.2, пошук профагових елементів з використанням PHASTER. Результати. За даними повногеномного порівняння та 16S рРНК Bacillus sp. ONU 554 було ідентифіковано як Bacillus pumilus ONU 554. Його геном має розмір 3 642 544 п.о., який менший за геном типового штаму на 90 кб за рахунок ряду делецій. Виявлено плазміду, чотири профагових елементи, один з яких на плазміді та 14 біосинтетичних кластерів, з яких три належать бактеріоцинам. Висновки. Таким чином, можна стверджувати, що дані повногеновного секвенування є більш надійним інструментом видової ідентифікації ніж аналіз тотального жирно кислотного профілю, а штам, геном якого проаналізовано, може стати об’єктом для подальшої молекулярно-біотехнологічної роботи з вивчення та гетерологічної експресії виявлених кластерів.

Ключові слова


Bacillus pumilus; анотація геному; морські бактерії; донні відкладення; Чорне море; бактеріоцини; антимікробні сполуки

Повний текст:

PDF

Посилання


Arndt D, Grant JR, Marcu A, Sajed T, Pon A, Liang Y, Wishart DS et al. PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic Acids Res. 2016;44(1):16-21.

Auch AF, von Jan M, Klenk HP, Göker M. Digital DNA-DNA hybridization for microbial species delineation by means of genome-to-genome sequence comparison. Standards in genomic sciences. 2010;2(1):117-134.

Aunpad R, Panbangred W. Evidence for two putative holin-like peptides encoding genes of Bacillus pumilus strain WAPB4. Current microbiology. 2012;64(4):343-348.

Bertelli C, Laird MR, Williams KR, Lau BY, Hoad G et al. IslandViewer 4: Expanded prediction of genomic islands for larger-scale datasets. Nucleic Acids Research. 2017;45:30-35.

Blin K, Shaw S, Steinke K, Villebro R, Ziemert N, Lee S Y et al. antiSMASH 5.0: updates to the secondary metabolite genome mining pipeline. Nucleic Acids Res. 2019;47(1):81-87.

De S, Kaur G, Roy A, Dogra G, Kaushik R, Yadav P et al. A Simple Method for the Efficient Isolation of Genomic DNA from Lactobacilli Isolated from Traditional Indian Fermented Milk (dahi). Indian J Microbiol. 2010;50(4):412-418.

Garcia-Ramon, DC et al. An in-depth characterization of the entomopathogenic strain Bacillus pumilus 15.1 reveals that it produces inclusion bodies similar to the parasporal crystals of Bacillus thuringiensis. Applied microbiology and biotechnology. 2016;100(8):3637-3654.

Ivanytsia VО, Shtenikov MD, Ostapchuk АМ. [Facultatively anaerobic sporeforming bacteria of deep-sea sediments of the Black sea]. Microbiology & Biotechnology. 2017;40(4):94-103. Ukrainian.

Joensen KG, Scheutz F, Lund O, Hasman H, Kaas RS, Nielsen EM et al. Real-time whole-genome sequencing for routine typing, surveillance, and outbreak detection of verotoxigenic Escherichia coli. J Clin. Micobiol. 2014;52(5):1501-1510.

Kemperman R, Kuipers A, Karsens H, Nauta A, Kuipers O, Kok J. Identification and characterization of two novel clostridial bacteriocins, circularin A and closticin 574. Applied and Environmental Microbiology. 2003;69(3):1589-1597.

Kovaleva VA, Shalovylo YI, Gorovik YN, Lagonenko A, Evtushenkov AN, Gout R. Bacillus pumilus – a new phytopathogen of Scots pine. Journal of Forest Science. 2015;61(3):131-137.

Kubicek CP, Steindorff AS, Chenthamara K, Manganiello G, Henrissat B, Zhang J. et al. Evolution and comparative genomics of the most common Trichoderma species. BMC genomics. (2019);20(1):485.

Kyrpides, NC. Fifteen years of microbial genomics: meeting the challenges and fulfilling the dream. Nature biotechnology. 2009;27(7):627-632.

Lee I, Kim YO, Park SC, Chun J OrthoANI: an improved algorithm and software for genome-based species definition of Bacteria and Archaea // 第 七届全国微生物资源学术暨国际微生物系统与分类学研讨会. 2015:180- 180.

Logan NA, De Vos P. Bacillus. In: Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria Ed Whitman W B John Wiley & Sons, Inc, 2015. Режим доступу: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781118960608. gbm00530/abstract

Meier-Kolthoff JP, Göker M. TYGS is an automated high-throughput platform for state-of-the-art genome-based taxonomy. Nat Commun. 2019;10(1):1 -10.

Overbeek R, Olson R, Pusch GD, Olsen GJ, Davis JJ, Disz T et al. The SEED and the Rapid Annotation of microbial genomes using Subsystems Technology (RAST). Nucleic acids research. 2014; 42(1):206-214.

Shtenikov MD, Ostapchuk AM, Ivanytsia VO. Antagonistic activity of endosporeforming bacteria of deep water the Black Sea sediments. Microbiology & Biotechnology. 2018;43(3):82-89.

Tyurin AP, Efimenko TA, Prokhorenko IA, Rogozhin EA, Malanicheva IA, Zenkova VA. Amicoumacins and Related Compounds: Chemistry and Biology. Studies in Natural Products Chemistry. Elsevier, 2018. 55:385-441.

van Heel AJ, de Jong A, Song C, Viel JH, Kok J, Kuipers O P. BAGEL4: a user-friendly web server to thoroughly mine RiPPs and bacteriocins. Nucleic Acids Res. 2018;46(1):278-281.

van Heel AJ, Montalban-Lopez M, Oliveau Q, Kuipers O P. Genomeguided identification of novel head-to-tail cyclized antimicrobial peptides, exemplified by the discovery of pumilarin. Microbial genomics. 2017;3(10). doi: 10.1099/mgen.0.000134

Wattam AR, Brettin T, Davis JJ, Gerdes S, Kenyon R, Machi D et al. Assembly, Annotation, and Comparative Genomics in PATRIC, the All Bacterial Bioinformatics Resource Center. In: Comparative Genomics. Methods Mol Biol. New York: Humana Press; 2018. p. 79-101.

Yoon SH, Ha SM, Lim JM, Kwon SJ, Chun, J. A large-scale evaluation of algorithms to calculate average nucleotide identity. Antonie van Leeuwenhoek. 2017;110(10):1281-1286.

Zankari E, Hasman H, Cosentino S, Vestergaard M, Rasmussen S, Lund O et al. Identification of acquired antimicrobial resistance genes. J Antimicrob Chemother. 2012;67(11):2640-2644.

Zhao X, Kuipers О P Identification and classification of known and putative antimicrobial compounds produced by a wide variety of Bacillales species. BMC Genomics. 2016;17(1):1-18.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Arndt D., Grant J.R., Marcu A., Sajed T., Pon A., Liang Y., Wishart D. S.et al. PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. // Nucleic Acids Res. – 2016. – V. 44, N 1. – P. 16–21.

Auch A.F., von Jan M., Klenk H.P., Göker M. Digital DNA-DNA hybridization for microbial species delineation by means of genome-to-genome sequence comparison. // Standards in genomic sciences. – 2010. – V. 2, N 1. – C. 117–134.

Aunpad R., Panbangred W. Evidence for two putative holin-like peptides encoding genes of Bacillus pumilus strain WAPB4. // Current microbiology. – 2012. –V. 64, N 4. – C. 343–348.

Bertelli C., Laird M.R., Williams K.R., Lau B.Y., Hoad G et al.IslandViewer 4: Expanded prediction of genomic islands for larger-scale datasets. // Nucleic Acids Research. – 2017. – 45. – P. 30–35.

Blin K., Shaw S., Steinke K., Villebro R., Ziemert N., Lee S. Y.et al.antiSMASH 5.0: updates to the secondary metabolite genome mining pipeline. // Nucleic Acids Res. – 2019. – V. 47, N 1 . – P. 81–87.

De S., Kaur G., Roy A., Dogra G., Kaushik R., Yadav P. et al. A Simple Method for the Efficient Isolation of Genomic DNA from Lactobacilli Isolated from Traditional Indian Fermented Milk (dahi). // Indian J Microbiol. – 2010. – V. 50, N 4. – P. 412–418.

Garcia-Ramon D.C., Molina C.A., Osuna A., Vílchez S. An in-depth characterization of the entomopathogenic strain Bacillus pumilus 15.1 reveals that it produces inclusion bodies similar to the рarasporal crystals of Bacillus thuringiensis.// Applied microbiology and biotechnology. – 2016. –V. 100, N 8. – P. 3637–3654.

Ivanytsia V.О., Shtenikov M.D., Ostapchuk А. М.[Facultatively anaerobic sporeforming bacteria of deep-sea sediments of the Black sea]. // Microbiology & Biotechnology. – 2017. – V. 40, N 4. – P. 94–103. Ukrainian.

Joensen K.G., Scheutz F., Lund O., Hasman H., Kaas R.S., Nielsen E.M. et al. Real-time whole-genome sequencing for routine typing, surveillance, and outbreak detection of verotoxigenic Escherichia coli.// J. Clin. Micobiol. – 2014. – V. 52, N 5. – P. 1501–1510.

Kemperman R., Kuipers A., Karsens H., Nauta A., Kuipers O., Kok J. Identification and characterization of two novel clostridial bacteriocins, circularin A and closticin 574. // Applied and Environmental Microbiology. – 2003. – V. 69, N 3. – P. 1589–1597.

Kovaleva V.A., Shalovylo Y.I., Gorovik Y.N., Lagonenko A., Evtushenkov A. N., Gout R. Bacillus pumilus – a new phytopathogen of Scots pine. // Journal of Forest Science. – 2015. – V. 61, N 3. – P. 131–137.

Kubicek C.P., Steindorff A.S., Chenthamara K., Manganiello G., Henrissat B., Zhang J. et al. Evolution and comparative genomics of the most common Trichoderma species. // BMC genomics. – 2019. – V. 20, N 1. – P. 485.

Kyrpides N.C. Fifteen years of microbial genomics: meeting the challenges and fulfilling the dream. // Nature biotechnology. – 2009. – V. 27, N 7. – P. 627–632.

Lee I., Kim Y. O., Park S.C., Chun J.OrthoANI: an improved algorithm and software for genome-based species definition of Bacteria and Archaea // 第 七届全国微生物资源学术暨国际微生物系统与分类学研讨会. – 2015. – P. 180–180.

Logan N.A, De Vos P. Bacillus. In: Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria Ed Whitman WB. John Wiley & Sons, Inc, 2015. Режим доступу: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781118960608. gbm00530/abstract

Meier-Kolthoff J.P., Göker M. TYGS is an automated high-throughput platform for state-of-the-art genome-based taxonomy. // Nat Commun. – 2019. – V. 10, N 1. – P. 1–10.

Overbeek R., Olson R., Pusch G.D., Olsen G.J., Davis J.J., Disz T. et al.The SEED and the Rapid Annotation of microbial genomes using Subsystems Technology (RAST). // Nucleic acids research. – 2014. – V. 42, N 1. – P. 206– 214.

Shtenikov M.D., Ostapchuk A.M., Ivanytsia V.O. Antagonistic activity of endosporeforming bacteria of deep water the Black Sea sediments. // Microbiology & Biotechnology. – 2018. – V. 43, N 3. – P. 82–89.

Tyurin A.P., Efimenko T.A., Prokhorenko I.A., Rogozhin E.A., Malanicheva I.A., Zenkova V.A. Amicoumacins and Related Compounds: Chemistry and Biology. // Studies in Natural Products Chemistry. – Elsevier, 2018. – 55. – P. 385–441.

van Heel A.J., de Jong A., Song C., Viel J. H., Kok J., Kuipers O.P. BAGEL4: a user-friendly web server to thoroughly mine RiPPs and bacteriocins. // Nucleic Acids Res. – 2018. – V. 46, N 1. – P. 278–281.

van Heel A.J., Montalban-Lopez M., Oliveau Q., Kuipers O.P. Genomeguided identification of novel head-to-tail cyclized antimicrobial peptides, exemplified by the discovery of pumilarin. // Microbial genomics. – 2017. – Vol. 3. – № 10. doi: 10.1099/mgen.0.000134

Wattam A.R., Brettin T., Davis J.J., Gerdes S., Kenyon R., Machi D. et al. Assembly, Annotation, and Comparative Genomics in PATRIC, the All Bacterial Bioinformatics Resource Center. In: Comparative Genomics. Methods Mol Biol. New York: Humana Press; 2018. p. 79–101.

Yoon S.H., Ha S.M., Lim J.M., Kwon S. J.,Chun, J. A large-scale evaluation of algorithms to calculate average nucleotide identity. // Antonie van Leeuwenhoek. – V. 2017. – V. 110, N 10. – P. 1281–1286.

Zankari E., Hasman H., Cosentino S., Vestergaard M., Rasmussen S., Lund O. et al. Identification of acquired antimicrobial resistance genes. // J Antimicrob Chemother. – 2012. – V. 67, N 11. – P. 2640–2644.

Zhao X., Kuipers О.P. Identification and classification of known and putative antimicrobial compounds produced by a wide variety of Bacillales species. // BMC Genomics. – 2016. – V. 17, N 1. – P. 1–18.





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2076-0558 (Print); 2307-4663 (Online)

DOI 10.18524/2307-4663