АНАЛІЗ КЛАСТЕРІВ БІОСИНТЕТИЧНИХ ГЕНІВ BACILLUS PUMILUS ONU 554 IN SILICO
DOI:
https://doi.org/10.18524/2307-4663.2025.1(63).327840Ключові слова:
Bacillus pumilus, кластери генів, біоінформатичний аналізАнотація
Метою роботи був поглиблений аналіз кластерів генів асоційованих з біосинтезом вторинних метаболітів (BGC) Bacillus pumilus ONU 554 з використанням біоінформатичних методів.
Методи. Ідентифікацію виду проводили з використанням серверів TYGS, Comprehensive Genome Analysis (CGA) Service та KmerFinder-3.2; для розрахунку ANI використовували KBase. Гени антибіотикорезистентності шукали через сервер CARD. Аналіз наявності кластерів генів, бактеріоцинів за допомогою antiSMASH, Bagel4 та PRISM відповідно.
Результати. Показано, що за результатами ідентифікації, філогенетичного аналізу та ДНК-ДНК-гібридизації (DDH), проведеної in silico, штам Bacillus pumilus ONU 554 відноситься до групи B. pumilus. В геномі штаму виявлені послідовності, що ідентифіковані як профаги, CpG-острівці та CRISPR регіони. Ідентифіковано 15 кластерів біосинтетичних генів (BGC) з використанням інструментів antiSMASH, Bagel4 та PRISM. Показана наявність трьох кластерів генів бактеріоцинів в геномі Bacillus pumilus ONU 554, нерибосомних пептидсинтетаз та комбінованих кластерів, що складаються з нерибосомних пептидсинтетаз та полікетидсинтетаз І типу.
Висновки. Підтверджена належність штаму Bacillus pumilus ONU 554 до групи B. pumilus. З використанням оновлених алгоритмів аналізу генома визначено більшу кількість кластерів біосинтетичних генів (BGC). Серед кластерів ідентифікованих з високим ступенем подібності були ліхенізин (BGC0000381), бацилізин (BGC0001184), бацилібактин (BGC0002695). Кластера фенгіцину (BGC0001095) та шизокінени (BGC0002683) мали ступінь подібності в діапазоні від 53,0 до 60,0%%. Виявлено CpG-острівці, CRISPR регіони, інші гени стійкості до антибіотиків. Отримані результати свідчать, що штам Bacillus pumilus ONU 554 може бути перспективним для пошуку нових сполук з антимікробною та антифунгіцидною активністю.
Посилання
Ivanytsia VO, Shtenikov MD, Ostapchuk AM, Vasylieva NYu, Kalynovskyi Y. Sequencing of the genome Bacillus pumiulus ONU 554 isolated from deep water sediments of Black Sea. Microbiology and Biotechnology. 2020;3:46–57. https://doi.org/10.18524/2307-4663.2020.3(50).219362
Agrawal P, Amir S, Deepak, Barua D, Mohanty D. RiPPMiner-Genome: A Web Resource for Automated Prediction of Crosslinked Chemical Structures of RiPPs by Genome Mining. J Mol Biol. 2021;433(11):166887. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2021.166887
Alcock B, Huynh W, Chalil R, Smith KW, Raphenya AR, Wlodarski MA, Edalatmand A, Petkau A, Syed SA, Tsang KK, Baker SJC, Dave M, McCarthy MC, Mukiri KM, Nasir JA, Golbon B, Imtiaz H, Jiang X, Kaur K, Kwong M, Liang ZC, Niu KC, Shan P, Yang JYJ, Gray KL, Hoad GR, Jia B, Bhando T, Carfrae LA, Farha MA, French S, Gordzevich R, Rachwalski K, Tu MM, Bordeleau E, Dooley D, Griffiths E, Zubyk HL, Brown ED, Maguire F, Beiko RG, Hsiao WWL, Brinkman F, Domselaar GV, McArthur AG. CARD 2023: expanded curation, support for machine learning, and resistome prediction at the Comprehensive Antibiotic Resistance Database. Nucleic Acids Research. 2023;51:D690–D699. https://doi.org/10.1093/nar/gkac920.
Arndt D, Grant JR, Marcu A, Sajed T, Pon A, Liang Y, Wishart DS. PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic Acids Res. 2016;44(1):16–21. https://doi.org/10.1093/nar/gkw387
Bach E, Rangel CP, Ribeiro IDA, Passaglia LMP. Pangenome analyses of Bacillus pumilus, Bacillus safensis, and Priestia megaterium exploring the plant-associated features of bacilli strains isolated from canola. Mol Genet Genomics. 2022;297(4);1063–1079. https://doi.org/10.1007/s00438-022-01907-0
Blin K, Shaw S, Augustijn HE., Reitz ZL, Biermann F, Alanjary M, Fetter A, Terlouw BR, Metcalf WW, Helfrich EJN, van Wezel GP, Medema MH, Webber T. antiSMASH 7.0: new and improved predictions for detection, regulation, chemical structures and visualization. Nucleic Acids Research. 2023;5(51):W46-W50. https://doi.org/10.1093/nar/gkad344
Boyd DA, Du T, Hizon R, Kaplen B, Murphy T, Tyler S, Brown S, Jamieson F, Weiss K, Mulvey MR. VanG-type vancomycin-resistant Enterococcus faecalis strains isolated in Canada. Antimicrob Agents Chemother. 2006;50(6):2217–2221. https://doi.org/10.1128/AAC.01541-05
Carattoli A, Zankari E, Garcia-Fernandez A, Voldby Larsen M, Lund O, Villa L, Aarestrup F, Hasman H. In silico detection and typing of plasmids using PlasmidFinder and plasmid multilocus sequence typing. Antimicrob. Agents Chemother. 2014;58:3895–3903. https://doi.org/10.1128/AAC.02412-13
Cosentino S, Voldby Larsen M, Møller Aarestrup F, Lund O. PathogenFinder--distinguishing friend from foe using bacterial whole genome sequence data. PLoS One. 2013;8(10):e77302. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0077302
Davis JJ, Gerdes S, Olsen GJ, Olson R, Pusch GD, Shukla M, Vonstein V, Wattam AR, Yoo H. PATtyFams: Protein Families for the Microbial Genomes in the PATRIC Database. Front Microbiol. 2016;7:118. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00118
Edgar RC. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Res. 2004;32(5):1792–1797. https://doi.org/10.1093/nar/gkh340
Grant JR, Enns E, Marinier E, Mandal A, Herman EK, Chen C, Graham M, Van Domselaar G, Stothard P. Proksee: in-depth characterization and visualization of bacterial genomes. Nucleic Acids Research. 2023;51(W1):W484–W492. https://doi.org/10.1093/nar/gkad326
Harwood CR, Williams DM, Lovett PS. Nucleotide sequence of a Bacillus pumilus gene specifying chloramphenicol acetyltransferase. Gene. 1983;24(2–3):163–169. https://doi.org10.1016/0378-1119(83)90076-8
Hasman H, Saputra D, Sicheritz-Ponten T, Lund O, Svendsen CA, Frimodt-Møller N, Aarestrup FM. Rapid whole-genome sequencing for detection and characterization of microorganisms directly from clinical samples. J Clin Microbiol. 2014;52(1):139–146. https://doi.org/10.1128/JCM.02452-13
Heir E, Sundheim G, Holck AL. The qacG gene on plasmid pST94 confers resistance to quaternary ammonium compounds in staphylococci isolated from the food industry. J Appl Microbiol. 1999;86(3):378–388. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.1999.00672.x
Holland BR, Huber KT, Dress A, Moulton V. Delta plots: A tool for analyzing phylogenetic distance data. Mol. Biol. Evol. 2002;19:2051–2059. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a004030
Iqbal S, Vollmers J, Janjua HA. Genome Mining and Comparative Genome Analysis Revealed Niche-Specific Genome Expansion in Antibacterial Bacillus pumilus Strain SF-4. Genes (Basel). 2021;12(7):1060. https://doi.org/10.3390/genes12071060
Koonin EV, Makarova KS, Zhang F. Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems. Curr Opin Microbiol. 2017;37:67–78. https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.05.008
Langille MG, Hsiao WW, Brinkman FS. Detecting genomic islands using bioinformatics approaches. Nat Rev Microbiol. 2010;8(5):373–382. https://doi.org/10.1038/nrmicro2350
Lee I, Kim YO, Park SC, Chun J. OrthoANI: an improved algorithm and software for calculating average nucleotide identity. Int J Syst Evol Microbiol. 2016;66:1100–1103. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.000760
Medema MH, Blin K, Cimermancic P, De Jager V, Zakrzewski P, Fischbach MA, Weber T, Takano E, Breitling R. antiSMASH: Rapid identification, annotation and analysis of secondary metabolite biosynthesis gene clusters in bacterial and fungal genome sequences. Nucleic Acids Res. 2011;39:339–346. https://doi.org/10.1093/nar/gkr466
Meier-Kolthoff JP, Auch AF, Klenk H-P, Göker M. Genome sequence-based species delimitation with confidence intervals and improved distance functions. BMC Bioinformatics. 2013;14:A.60. https://doi.org/10.1186/1471-2105-14-60
Meier-Kolthoff JP, Sardà Carbasse J, Peinado-Olarte RL, Göker M. TYGS and LPSN: a database tandem for fast and reliable genome-based classification and nomenclature of prokaryotes. Nucleic Acid Res. 2022;50:D801–D807. https://doi.org/10.1093/nar/gkab902
Meier-Kolthoff JP, Göker M. TYGS is an automated high-throughput platform for state-ofthe-art genome-based taxonomy. Nat Commun. 2019;10(1):1–10. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10210-3
Ondov BD, Treangen TJ, Melsted P, Mallonee AB, Bergman NH, Koren S, Phillippy AM. Mash: fast genome and metagenome distance estimation using MinHash. Genome Biol. 2016;17(1):132. https://doi.org/10.1186/s13059-016-0997-x
Qureshi KA, Seroor M, AI-Masabi A, Saykhan MA, Mutairi YA, Elhassan GO, Khan RA. Bio-characterizations of some marine bacterial strains isolated from mangrove sediment samples of four major cities of Saudi Arabia. J. Environ. Biol. 2020;41:1003–1012. https://doi.org/10.22438/jeb/41/5/MRN-1317
Shtenikov MD, Ostapchuk AM, Ivanytsia VO. Antagonistic activity of endosporeforming bacteria of deep water the Black sea sediments. Microbiology and Biotechnology. 2018;3:82–89. https://doi.org/10.18524/2307-4663.2018.3(43).142582
Skinnider MA, Dejong CA, Rees PN, Johnston CW, Li H, Webster ALH, Wyatt MA, Magarvey NA. Genomes to natural products: PRediction Informatics for Secondary Metabolomes (PRISM). Nucleic Acids Research. 2015;43(20):9645–9662. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1012
Stamatakis A. RAxML version 8: a tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies. Bioinformatics. 2014;30(9):1312–1313. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu033
Thompson MK, Keithly ME, Harp J, Cook PD, Jagessar KL, Sulikowski GA, Armstrong RN. Structural and chemical aspects of resistance to the antibiotic fosfomycin conferred by FosB from Bacillus cereus. Biochemistry. 2013;52(41):7350–7362. https://doi.org/10.1021/bi4009648
van Heel AJ, Jong Ade, Song C, Viel JH, Kok J, Kuipers O P, BAGEL4: a user-friendly web server to thoroughly mine RiPPs and bacteriocins. Nucleic Acids Research. 2018;46(W1):278–281. https://doi.org/10.1093/nar/gky383
Wattam AR, Brettin T, Davis JJ, Gerdes S, Kenyon R, Machi D. Assembly, Annotation, and Comparative Genomics in PATRIC, the All Bacterial Bioinformatics Resource Center. Comparative Genomics. Methods Mol Biol. 2018:79–101.
Ziganshina EE, Mohammed WS, Shagimardanova EI, Shigapova LH, Ziganshin AM. Draft genome sequence of Bacillus pumilus strain EZ-C07 isolated from digested agricultural wastes. BMC Res Notes. 2018;11(1):606. https://doi.org/10.1186/s13104-018-3710-1
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Н. Ю. Васильєва, М. О. Кішинська, М. Д. Штеніков
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор передає журналу (університету) на безоплатній основі невиключні права на використання статті (на весь строк дії авторського права починаючи з моменту публікації, розміщення статті на веб-сторінці журналу, в репозитарії відкритого доступу) без одержання прибутку; на відтворення статті чи її частин в електронній формі (включаючи цифрову); виготовлення ії електронних копій для постійного архівного зберігання; виготовлення електронних копій статті для некомерційного розповсюдження; внесення статті до бази даних репозитарію; надання електронних копій статті в доступі мережі інтернет.
Автор гарантує, що у статті не використовувалися статті або авторські права, які належать третім особам; гарантує, що на момент розміщення статті на веб-сторінці, в репозитарії ОНУ лише йому належать виключні майнові права на статтю, що розміщується; майнові права на статтю ні повністю, ні в частині нікому не передано (не відчуджено), майнові права на статтю ні повністю, ні в частині не є предметом застави, судового спору або претензій з боку третіх осіб.
Автор зберігає за собою право використовувати самостійно чи передавати права на використання статті третім особам.
Автор надає журналу право на використання статті такими способами:
переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати її за погодженням з автором; перекладати статтю у випадку, коли стаття викладена мовою іншою, ніж мова, якою передбачена публікація у виданні. Якщо журнал виявить бажання використовувати статтю іншими способами: перекладати, розміщувати повністю або частково у мережі інтернет, публікувати статтю в інших, в тому числі іноземних виданнях, включати статтю як складову частину до інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, умови оформлюються додатковою угодою.
Автор підтверджує, що він є автором (співавтором) цієї статті; авторські права на дану статтю не передані іншому видавцю; дана стаття не була раніше опублікована у будь-якому іншому виданні до публікації її журналом.
Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.
