estudi del genoma de streptomyces coelicolor a3(2)
DESCRIPTION
Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2). Marcel·la Vidal Gabarró Mòdul Genòmica i Proteòmica Màster en Biotecnologia Avançada, UAB Juny 2011. Continguts de la presentació. Introducció al microorganisme Descripció Característiques generals Cicle vital - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/1.jpg)
Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)
Marcel·la Vidal GabarróMòdul Genòmica i Proteòmica
Màster en Biotecnologia Avançada, UABJuny 2011
![Page 2: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/2.jpg)
Continguts de la presentació Introducció al microorganisme
Descripció Característiques generals Cicle vital
Importància de la seqüenciació del seu genoma
Estructura del genoma Com es va seqüenciar? Característiques del genoma Comparació amb dos microorganismes: Mycobacterium
tuberculosis i Conerybacterium diphtheriae
Estudi del proteoma Característiques del proteoma
Conclusions
![Page 3: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/3.jpg)
Introducció al microorganisme
El gènere Streptomyces pertany a la família Streptomycetaceae, dins l’ordre Actinomicetals.
Bacteris grampositius d’alt contingut en G+C.
El seu hàbitat natural és el sòl. En aquest hàbitat en són els més nombrosos i ubiquos.
Ampli rang metabòlic per a degradar nombroses substàncies.
Capaços de degradar substàncies com la lignocel·lulosa o la quitina.
Importants pel reciclatge del carboni al sòl.
Shephard et al.
Descripció. Característiques generals
![Page 4: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/4.jpg)
Introducció al microorganisme
Cicle vital complex.
1. Germinació de l’espora que forma un tub germinal.
2. Formació d’una matriu hifal que donarà lloc al micel·li. Cèlules no septades, multinucleades.
3. Inici de la degradació de nutrients que serviran per desenvolupar el micel·li aeri.
4. Enrotllament de les hifes.
5. Formació de septes que donen lloc a les espores. Cèl·lules uninucleades.
Descripció. Cicle vital
Hopwood et al.
![Page 5: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/5.jpg)
Introducció al microorganisme
És el productor de 2/3 dels antibiòtics naturals utilitzats en medicina i veterinària.
Importància de la seqüenciació del seu genoma
Hopwood et al.
![Page 6: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/6.jpg)
Introducció al microorganisme
Productor d’altres substàncies interessants per a la indústria com:
Agents antitumorals Immunosupressors Herbicides Insecticides Antiparàsits Antifúngics Etc.
Importància de la seqüenciació del seu genoma
![Page 7: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/7.jpg)
Hopwood et al.
![Page 8: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/8.jpg)
Hopwood et al.
![Page 9: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/9.jpg)
Introducció al microorganisme
Interessant i complex metabolisme secundari i sistema de secreció.
Proper filogenèticament als microorganismes causants de la tuberculosi i de la lepra (Mycobacterium tuberculosis i Mycobacterium leprae).
Comparació genomes d’un microorganisme GRAS i d’un microorganisme causant d’una malaltia.
Extracció de conclusions i predicció dels possibles gens causants de la virulència d’aquests microorganismes.
Importància de la seqüenciació del seu genoma
![Page 10: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/10.jpg)
Introducció al microorganisme
La seqüenciació del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2) va ser publicada a Nature el Maig del 2002.
Importància de la seqüenciació del seu genoma
![Page 11: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/11.jpg)
Estructura del genoma
Seqüenciació de 325 clons solapats: 305 còsmids. 1 plasmidi terminal pLUS221. 19 clons seleccionats d’entre 3456 BACs.
Predicció proteïnes BLAST “all-against-all”.
Composició de les famílies ClustalW.
Com es va seqüenciar?
![Page 12: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/12.jpg)
Estructura del genoma
Cromosoma lineal.
OriC situat al centre del cromosoma.
Seqüències terminals repetides invertides (TIRs) als extrems que porten proteïnes unides covalentment als extrems 5’ lliures.
Replicació bidireccional.
Característiques del genoma
![Page 13: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/13.jpg)
Estructura del genoma
Mida total: 8.667.507 bp. Gairebé el doble del genoma d’E. coli.
TIRs: 21.653 bp. %GC = 72% Seqüències codificants: 7.825
gens. Més de 20
clusters predits que codifiquen per metabolits secundaris.
OriC: 4.269.853 – 4.272.747bp.
Bentley et al.
Lin Xu et al.
Característiques del genoma
![Page 14: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/14.jpg)
Estructura del genoma
Densitat genètica bastant uniforme al llarg del genoma.
Lleugera disminució als extrems.
Divisió del genoma en tres parts: Core central (blau fort) 4.9Mb
Divisió cel·lular. Replicació DNA. Transcripció i traducció. Biosíntesi d’aminoàcids.
Braç esquerre (blau cel) 1,5Mb Braç dret (blau cel) 2,3Mb
Metabolits secundaris. Exoenzims hidrolítics. Conservons (operons conservats). Proteïnes de vesícules gaseoses.
Bentley et al.
Característiques del genoma
![Page 15: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/15.jpg)
Cercles 1 i 2:
BLACK Energy metabolism.
RED Info transfer and secondary metabolism.
DARK GREEN Molècules associades a la superfície.
CYAN Degradació de molècules llargues.
MAGENTA Degradació de petites molècules.
YELLOW Metabolisme central o intermediari.
PALE BLUE Reguladors.
ORANGE Hipotèticament conservats.
BROWN Pseudogens.
PALE GREEN Unknown.
GREY Micel·liars.
1
2
![Page 16: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/16.jpg)
Cercle 3:Gens essencials per a la viabilitat cel·lular.
Densitat de gens més elevada al core del cromosoma.
Cercle 4:Gens “contingency”:
RED Metabolisme secundari.
PALE BLUE Exoenzims
DARK BLUE Conservons.
DARK GREEN Proteïnes de les vesícules gaseoses.
Cercle 6:Contingut en GC.
3
4
6
![Page 17: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/17.jpg)
Estructura del genoma
Cicle vital molt diferent
Gran similitud a nivell individual: Seqüències de
gens Clusters de gens
Comparació amb dos microorganismes: Mycobacterium tuberculosis i Conerybacterium diphtheriae
Elevada sintènia
La comparació genòmica revela la broken-X, molt comuna en la comparació de genomes de bacteris propers filogenèticament.
Trencament atribuït a les regions que envolten l’oriC.
Bentley et al.
![Page 18: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/18.jpg)
Estructura del genoma
La part compartida és la que correspon al core Antecessor comú!
Els braços de Streptomyces van ser adquirits a posteriori.
Les regions sintèniques són, bàsicament, dels gens de funcions cel·lulars primàries.
Comparació amb dos microorganismes: Mycobacterium tuberculosis i Conerybacterium diphtheriae
![Page 19: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/19.jpg)
Estructura del genoma
El patró és el mateix, sintènia en el nucli del genoma de S. coelicolor broken-X.
Comparació amb dos microorganismes: Mycobacterium tuberculosis i Conerybacterium diphtheriae
La comparació de M. tuberculosis i C. diphtheriae dóna més similituds que els dos casos anteriors.
Bentley et al.
![Page 20: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/20.jpg)
Estructura del proteoma
Predicted genes
Streptomyces coelicolor 7.825
Escherichia coli 4.289
Bacillus subtilis 4.099
Saccharomyces cerevisiae 6.203
Humans 31.780
7.825 gens predits Enorme potencial codificant
Proteïnes “extres” relacionades principalment amb: Regulació Transport i degradació de nutrients extracel·lulars
Característiques del proteoma
![Page 21: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/21.jpg)
Estructura del proteomaCaracterístiques del proteoma
Bentley et al.
![Page 22: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/22.jpg)
Estructura del proteoma
Seqüències reguladores 12,3% Resposta a estrès cel·lular Factors sigma, sensors quinasa, parelles sensor-
regulador, etc. Destaquen:
• 44 possibles proteïnes quinases serina/threonina, típiques eucariotes.
• 25 possibles proteïnes d’unió al DNA que NO s’han descrit anteriorment i que podrien ser específiques de Streptomyces.
Proteïnes transportadores 7,8% Necessàries per la interacció del microorganisme amb
l’entorn. Transportadors de sucres, aminoàcids, pèptids, metalls,
altres ions, etc.
Característiques del proteoma
![Page 23: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/23.jpg)
Estructura del proteoma
Proteïnes secretades 10,5% Necessàries per a l’explotació dels nutrients del sòl.
• Proteases, quitinases, cel·lulases, endogluconases, amilases, pectat liases.
També conté el sistema de translocació proteic Sec i TAT (Twin Arginine Transport) per al transport de proteïnes pre-plegades.
13 conservons (operons molt conservats)
Clusters relacionats amb la formació de vesícules de gas de Halobacterium sp.
Característiques del proteoma
![Page 24: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/24.jpg)
Estructura del proteoma
Enzims paràlegs Importants perquè donaran lloc a isoenzims que
s’expresserant diferencialment segons el moment del cicle vital.
• 2 clusters per la via de les pentoses fosfat
• 4 loci per a la biosíntesi del triptòfan
• 5 homòlegs de fabH (cetosintasa relacionada amb la síntesi de lípids de membrana)
• 3 clusters de la 4ª subunitat de la nitrat reductasa
• Còpia parcial de les subunitats de la cadena respiratòria
Característiques del proteoma
![Page 25: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/25.jpg)
Estructura del proteoma
Metabolisme secundari:18 clusters que codifiquen per enzims
característics per al a producció de metabolits secundaris.
Distribució d’aquests clusters en els braços del genoma.
Gens del metabolisme secundari
![Page 26: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/26.jpg)
Conclusions
Streptomyces coelicolor A3(2) té un genoma molt desenvolupat i evolucionat.
Adquisició de la capacitat de replicar de forma lineal.
Expansió del genoma de forma lateral Adquisió dels braços.
![Page 27: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/27.jpg)
Conclusions
Adquisició de DNA ha permès: Cicle vital complex Adaptació a condicions ambientals adverses Explotació de nutrients
Els braços contenen informació “no-essencial”.
![Page 28: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/28.jpg)
Conclusions
Posteriors seqüenciacions han revelat que diferents espècies tenen diversos clusters en els braços depenent de les seves necessitats Pool metabòlic.
![Page 29: Estudi del genoma de Streptomyces coelicolor A3(2)](https://reader036.vdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/568153d5550346895dc1cbb4/html5/thumbnails/29.jpg)
Bibliografia
Bentley S D. et al. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature, VOL 417, 141-147 (2002).
Kieser T, Bibb MJ, Buttner MJ, Chater KF, Hopwood DA. Practical Streptomyces Genetics (Innes Foundation, Norwich), (2000).
Lin Xu et al. Average gene length is highly conserved in prokaryotes and eukaryotes and diverges only between the two kingdoms. Molecular Biology and Evolution 23(6): 1107-1108 (2006).
Serrà M. Producció d’un antibiòtic híbrid per fermentació amb cèl·lules lliuresi immobilitzades de Streptomyces lividans TK21. Tesi doctoral (1994).
Shepherd M D. et al. Laboratory Maintenance of Streptomyces species. Curr Protoc Microbiol. (2010).