1 of 20

BIOINFORMATIKA��Genomo struktūra��aštuntoji pamoka

Genomo struktūra * Kam ir kaip reguliuoti genų veikimą? * Operonas * Prokariotų ir eukariotų struktūrų skirtumai

​

Genomo anotavimas su PROKKA pipeline

2 of 20

Iš ko sudaryta ląstelė?

Genomas – visa ląstelės DNR;

Transkriptomas – visa RNR;

Proteomas – visi ląstelės baltymai;

Metabolomas – metabolitai �arba „mažosios molekulės“;

Voronovo diagrama atvaizduoja E.Coli ląstelių

sausos masės cheminę sudėtį

3 of 20

Iš ko sudaryta ląstelė?

4 of 20

Genomas – tai tekstas, kaip jį skaityti?

5 of 20

Atviras skaitymo rėmelis (ORF) – DNR (iRNR) fragmentas tarp START ir STOP kodonų, tai potencialaus baltymo šifras.

Open reading frame (ORF ) – atviras skaitymo rėmelis

6 of 20

Escherichia coli DNR:

87.8% genomo – tai genai arba koduojanti DNR. Tai realūs (patvirtinti) arba hipotetiniai baltymai;

0.8% genomo – rRNR bei tRNR koduojantys genai;

11% genomo – reguliojanti DNR

0.7% genomo – (ne)aiškūs pasikartojimai.

7 of 20

Baltymų gamybą ląstelėse būtina reguliuoti:

  • Priklausomai nuo sąlygų ląstelei gali būti (ne)reikalingi vieni ar kiti baltymai;

​

  • Ląstelė negali pavirsti jai nereikalingų baltymų ar metabolitų sandėliu – viskam reikalinga energija!

​

  • Visos somatinės eukariotų ląstelės turi tą patį DNR, tačiau diferencijavimo metu įgauna skirtingas savybes bei funkcijas;

​

​

​

​

Kam reikalinga reguliuojanti DNR?

8 of 20

Prokariotų genomo struktūra:

9 of 20

Laktozės operonas

  • Bakterija E.Coli savo augimui naudoja cukrų gliukozę;
  • Nesant aplinkoje gliukozės E.Coli geba specialiu fermentu skaidyti laktozę į gliukozę ir galaktozę.
  • Šiam skaidymui būtina papildoma energija.
  • Reguliuojant šiuos procesus E.Coli optimizuoja energijos sąnaudas.

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965 was awarded jointly to François Jacob, André Lwoff and Jacques Monod "for their discoveries concerning genetic control of enzyme and virus synthesis"

10 of 20

Lac operono struktūra:

  • Laktozės operonas sudarytas iš:�
    • Struktūrinių genų lacZ, lacY, lacA :

​

LacY - baltymas Beta-galactoside permease, membraninis transportinis baltymas, užtikrinantis laktozės pernešą į ląstelę;

LacZ – fermentas Lactase, katalizuojantis laktozės disaharido skaidymą į gliukozę ir galaktozę;

LacA – baltymas, kurio funkcija iki galo nėra nustatyta;

​

    • Promotoriaus, operatoriaus ir terminatoriaus:

Promotorius - RNR polimerazės „prisikabinimo“ vieta, transkripcijos pradžios taškas (100 bp);

Operatorius – transkripcijos įjungimo / išjungimo seka;

Reguliatorius – genas lac-I koduoja baltymą-slopiklį (repressor proteine), kuris gali jungtis tarp promotoriaus ir operatoriaus, tokiu budu geba kontroliuoti jų aktyvumą.

​

​

​

11 of 20

LAC operonas – E. Coli bakterijų genomo funkcinis vienetas:

12 of 20

1 – RNR polimerazė, 2 – Baltymas reguliatorius, 3 - Promotorius, 4- Operatorius, 5- Laktozės molekulė, 6, 7, 8 – lacZ, lacY, lacA

​

13 of 20

14 of 20

Lac operonas moka „valdyti“ tokias situacijas:

​

  • Daug gliukozės ir nėra laktozės;
  • Nėra gliukozės ir daug laktozės;
  • Daug gliukozės ir daug laktozės;
  • Nėra nei gliukozės nei laktozės;

15 of 20

Prokariotų ir eukariotų genomų struktūrų skirtumai:

Enhancer (stiprintuvas) – transkripciją stimuliuojanti seka

​

Represorius – transkripciją blokuojančio baltymo genas

​

Promotorius – RNR polimerazės „prisikabinimo“ vieta, transkripcijos pradžios taškas

​

Operatorius – Represoriaus baltymo prisikabinimo vieta

​

Terminatorius – transkripcijos pabaigą žyminti seka.

​

Operonas – kelių kartu veikiančių baltymų genai, valdomi bendru promotoriumi.

16 of 20

Laktozės operonas bioinformatikų akimis ☺

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/146575

​

17 of 20

Savarankiškas darbas:

  • Išsiaiškinkite kaip veikia LUX operonas pas bakterijas Aliivibrio fischeri

​

  • Kam reikalingas bakterijoms LUX operonas?

​

  • Kokiam gyvūnui tai yra naudinga?

​

18 of 20

Prokariotų genomo anotacija su PROKKA:

19 of 20

PROKKA komandos struktūra:

  • conda env list
  • conda deactivate
  • conda activate prokka
  • prokka –listdb

​

  • prokka --outdir [direktorija] --prefix [bylos pavadinimas] --locustag [geno pavadinimas] --compliant --cpus [8]

​

  • prokka --outdir anotacija --prefix T5_6virusas --locustag genas --compliant --cpus 8 6virusas.fasta

​

20 of 20

Prokka generuojamos bylos:

  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 18K Jan 30 16:44 T5_6virusas.err
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 35K Jan 30 16:44 T5_6virusas.faa
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 94K Jan 30 16:44 T5_6virusas.ffn
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 104K Jan 30 16:44 T5_6virusas.fna
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 104K Jan 30 16:44 T5_6virusas.fsa
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 233K Jan 30 16:44 T5_6virusas.gbk
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 152K Jan 30 16:44 T5_6virusas.gff
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 8.2K Jan 30 16:44 T5_6virusas.log
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 498K Jan 30 16:44 T5_6virusas.sqn
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 32K Jan 30 16:44 T5_6virusas.tbl
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 11K Jan 30 16:44 T5_6virusas.tsv
  • -rw-rw-r-- 1 KateHubba KateHubba 84 Jan 30 16:44 T5_6virusas.txt

​