CC BY
5
БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 577.1 DOI: 10.24412/2071-6176-2024-3-19-29
БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АМИНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОКСИДАЗ ГАЛОТОЛЕРАНТНЫХ БАКТЕРИЙ И АРХЕЙ
А.В. Абдуллатыпов, А.А. Моисеева
Провели биоинформатический анализ аминокислотных последовательностей медьсодержащих оксидаз для групп негалотолерантных и галотолерантных бактерий и архей с целью выявления возможных детерминант галотолерантности медьсодержащих оксидаз. Для медьсодержащих оксидаз детерминанты галотолерантности -наличие в аминокислотных последовательностях белков более высокого содержания отрицательно заряженных аминокислот и более низкого содержания алифатических аминокислот, чем в белках негалотолерантных микроорганизмов.
Ключевые слова: галотолерантные микроорганизмы, аминокислотный состав, медьсодержащие оксидазы, биоинформатический анализ.
Галотолерантные микроорганизмы обладают высоким потенциалом с точки зрения промышленного применения их ферментов в высококонцентрированных растворах солей, к которым относятся морская вода и многие индустриальные стоки - стоки текстильных и кожевенных предприятий [1], целлюлозно-бумажных комбинатов [2], гальванических производств [3]. Кроме того, применение ферментов галотолерантных микроорганизмов как биокатализаторов в сравнительно новой группе сред -ионных жидкостях - требует от них галотолерантности [4], поскольку концентрация ионов в ионных жидкостях может превышать таковую в насыщенных растворах солей.
На сегодняшний день в промышленности широко применяются такие ферменты, как липазы (компоненты стиральных порошков [5]), эндо-и экзоглюканазы (целлюлазы, амилазы - применяются в предобработке кормов [6, 7] и осахаривании сырья для производства спирта [8, 9]), пероксидазы и оксидазы (участвуют в разрушении ряда ароматических соединений, в том числе лигнина [10], красителей [11, 12] и токсикантов [13, 14]). Среди оксидаз большим потенциалом обладают медьсодержащие оксидазы с ионами меди в качестве кофактора, они занимают ведущее место среди важнейших биоэлектрокатализаторов [15].
Медьсодержащие оксидазы, в частности, лакказы (КФ 1.10.3.2, парадифенол: кислород оксидоредуктазы), привлекают большое внимание исследователей, так как они способны окислять различные субстраты, в том числе и токсичные загрязнители - такие как красители [16], антибиотики [17], микотоксины [18, 19], полихлорбифенилы [20] и так
далее. Кроме того, способность медьсодержащих оксидаз восстанавливать кислород до воды, минуя стадию свободных перекисных интермедиатов, позволяет использовать их в качестве катализаторов реакции восстановления кислорода на катодах ферментных топливных элементов [21, 22]. Зачастую среда работы катализаторов как в системах очистки воды от токсинов, так и в электрохимических ячейках может иметь высокую солёность - например, в окрашивании тканей проционовыми красителями применяются высокие концентрации соли [23]. Поэтому для того, чтобы эффективно функционировать в таких средах, лакказы должны быть галотолерантными.
Теоретические исследования детерминант галотолерантности ферментов активно ведутся в мировой науке. Как известно, в поддержании нативной трёхмерной структуры ферментов участвуют ковалентные дисульфидные связи между остатками цистеина [24]; водородные связи [25]; ионные пары (солевые мостики) [26]; гидрофобные взаимодействия алифатических групп [27]; ароматические взаимодействия (перекрывания пи-электронных облаков фенилаланина, тирозина, триптофана) [28]. В формировании нативной структуры белков могут принимать участие взаимодействия типа катион-пи-электронное облако [29] и тиоловая группа - пи-электронное облако [30].
В ряде работ анализировали возможные детерминанты галотолерантности у различных ферментов. В работе [31], включающей попарный анализ гомологичных белков галотолерантных и негалотолеран-тных организмов, упоминается, что в галотолерантных белках значительно чаще встречаются кислые остатки аспартата и глутамата, в то же время количество остатков лизина, аргинина и лейцина в них существенно меньше, чем в белках негалотолерантных организмов. В другой работе [32] указано, что количество аминокислот с массивными гидрофобными боковыми радикалами (фенилаланин, изолейцин и лейцин) у ферментов галотолерантных организмов существенно меньше, чем у мезофильных. В нескольких работах [33-36] показано, что в большей степени среди детерминант галотолерантности находят не те аминокислоты, которые участвуют во внутрибелковых взаимодействиях, а те, боковые группы которых располагаются на поверхности глобулы.
Так как в настоящее время нет однозначного понимания аминокислотных детерминант, которые обеспечивают эффективное функционирование нативного белка при высоких концентрациях солей, цель данной работы - определить с помощью биоинформационного анализа известных аминокислотных последовательностей галотолерантных и негалотолерантных бактерий и архей, какие возможные детерминанты галотолерантности могут присутствовать у медьсодержащих оксидаз. Для этого были выбраны галотолерантные и негалотолерантные представители
бактерий и архей с аннотированными медьсодержащими оксидазами, и проведен анализ аминокислотного состава этих ферментов.
Отметим, что для выбранных в статье аминокислотных последовательностей медьсодержащих оксидаз авторы предполагают, а не утверждают, что у галотолерантных организмов галотолерантные ферменты, поскольку медьсодержащие оксидазы галотолерантных организмов пока еще недостаточно хорошо изучены для того, чтобы отбирать ферменты с экспериментально исследованной галотолерантностью. Однако такое предположение для медьсодержищих оксидаз подкрепляется тем, что одна из важных особенностей данных ферментов - это содержание сигналов экспорта из клетки и локализация в периплазме, из-за чего для них действительно актуальна галотолерантность, которая может быть обеспечена наличием характерных детерминант.
Материалы и методы исследования
Критерии отбора микроорганизмов в исследуемые группы для анализа аминокислотных последовательностей медьсодержащих оксидаз были следующими:
1) наличие микроорганизма в каталоге Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ), (для дальнейшей экспериментальной работы с ними);
2) наличие полногеномной последовательности ДНК этого микроорганизма в базе данных National Center for Biotechnological Information (NCBI);
3) наличие у данного микроорганизма нескольких (как минимум трёх) аннотированных последовательностей генов целевых ферментов (медьсодержащих оксидаз - англ. "multicopper oxidases").
Деление организмов на негалотолерантные и галотолерантные проводили, исходя из солёности сред, рекомендованных для их выращивания. В случае если стандартная среда для выращивания содержала более 35 г/л NaCl (солёность Мирового океана), организмы относили к галотолерантным, если меньше - к негалотолерантным. Поиск состава рекомендуемых сред проводили в каталогах ВКМ (Всероссийская коллекция микроорганизмов), ATCC (American Type Culture Collection), DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH). В качестве негалотолерантных микроорганизмов выбраны мезофильные микроорганизмы, так как они не обладают свойствами для адаптации к агрессивным условиям окружающей среды, в особенности к интересующим нас высоким концентрациям соли, и, скорее всего, аминокислотные последовательности медьсодержащих оксидаз из них также не обладают детерминантами галотолерантности.
В работе использовали протеомные последовательности следующих групп микроорганизмов:
1) группа негалотолерантных бактерий - Acidisarcina polymorpha (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_114207009.1; WP_114206870.1; WP_236656829.1), Actinokineospora fastidiosa (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_189211237.1; WP_189212203.1; WP_229787825.1), Nonomuraea recticatena (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_346146739.1; WP_346150468.1; WP_346152421.1);
2) группа галотолерантных бактерий - Actinopolyspora halophila (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_017975703.1; WP_017975734.1; WP_017977137.1), Maricaulis maris (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_121210867.1; WP_338246200.1; WP_304074728.1), Psychrobacter immobilis (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_045448091.1; WP_201617754.1; WP_320157998.1);
3) группа негалотолерантных архей - Nitrososphaera viennensis (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_227717318.1; WP_075054901.1; WP_084790530.1); Nitrosopumilus adriaticus (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_052661855.1; WP_048114808.1; WP_048115684.1); Nitrosarchaeum koreense (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_007549709.1; WP_007551108.1; WP_048109971.1);
4) группа галотолерантных архей - Halorubrum saccharovorum (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_080505511.1; WP_004046554.1 ; WP_004047690.1), Halorubrum lacusprofundi(идентифи-каторы последовательностей в NCBI:WP_240508846.1; WP_015911533.1; WP_015910607.1), Haloterrigena turkmenica (идентификаторы последовательностей в NCBI: WP_012945355.1; WP_012945341.1; WP_012945100.1).
В случае группы негалотолерантных архей критерий наличия их в ВКМ не был соблюдён, так как для архей в целом очень нехарактерна мезофильность, и поэтому выбранные мезофильные археи являются одними из немногих, у которых имеются медьсодержащие оксидазы (например, у метаногенных архей, среди которых также есть мезофильные организмы, имеющиеся в наличии в ВКМ, медьсодержащие оксидазы отсутствуют).
Ограничения работы выборками из трёх представителей каждой группы по три фермента связаны с тем, что каждой группе авторы стремились дать равный статистический вес. Поэтому если мезофильных архей было найдено всего три вида, то и других групп организмов выбирали по три вида.
Для поиска и анализа последовательностей применяли следующие доступные онлайн-сервисы:
1) база данных NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/), в частности раздел NCBI Protein;
2) набор сервисов для анализа белковых последовательностей Expasy: SIB Swiss Institute of Bioinformatics (https://www.expasy.org/), в частности, утилита ProtParam.
При анализе последовательностей учитывали следующие параметры:
1) абсолютное и процентное содержание каждой аминокислоты;
2) абсолютное и процентное содержание отрицательно заряженных аминокислот (D (аспарагиновая кислота), E (глутаминовая кислота));
3) абсолютное и процентное содержание положительно заряженных аминокислот (K (лизин), R (аргинин));
4) абсолютное и процентное содержание ароматических аминокислот (H (гистидин), F (фенилаланин), W (триптофан), Y (тирозин));
5) абсолютное и процентное содержание полярных незаряженных аминокислот (N (аспарагин), Q (глутамин), S (серин), T (треонин));
6) абсолютное и процентное содержание серосодержащих аминокислот (C (цистеин), M (метионин));
7) абсолютное и процентное содержание алифатических аминокислот (A (аланин), I (изолейцин), L (лейцин), V (валин)).
Результаты и их обсуждение
Результаты анализа аминокислотных последовательностей медьсодержащих оксидаз сгруппированы в таблицу, в которой каждая группа микроорганизмов заняла свой столбец, где указано абсолютное и процентное содержание каждой аминокислоты и групп аминокислот (отрицательно и положительно заряженных аминокислот, ароматических аминокислот, полярных незаряженных аминокислот, серосодержащих и алифатических аминокислот). Для нетипичных аминокислот (B - аспараги-новая кислота или аспарагин (используется, когда точно не ясно, какая именно аминокислота); O - пирролизин; U - селеноцистеин; X - неопределённая (любая) аминокислота; Z (глутаминовая кислота, глутамин, 4-карбоксиглутаминовая кислота или оксипролин, дающие при расщеплении глутаминовую кислоту)) абсолютное содержание было равно нулю, поэтому доверительный интервал не указывался. Для других аминокислот данные приводились как среднее по трём видам (то есть по девяти последовательностям) ± 95 %-ный доверительный интервал.
Содержание аминокислот в последовательностях медьсодержащих оксидаз (МСО) (обозначения: АСА - абсолютное содержание аминокислот, ПСА - процентное содержание аминокислот)
Содержание аминокислот в Содержание аминокислот в Содержание аминокислот в Содержание аминокислот в
Название аминокислот последователь ностях МСО последовательн остях МСО для последователь ностях МСО последователь ностях МСО
для группы негалотолеран-тных бактерий группы негалотолеран-тных архей для группы галотолеран-тных бактерий для группы галотолеран-тных архей
А (аланин) АСА: 56,1 ± 0,4 ПСА: (10,31 ± 0,04) % АСА: 35,4 ± 0,3 ПСА: (8,11 ± 0,087) % АСА: 41,9 ± 0,2 ПСА: (8,51 ± 0,03) % АСА: 32,9 ± 0,1 ПСА: (6,56 ± 0,03) %
В (аспарагиновая кислота или аспарагин) 0 0 0 0
С (цистеин) АСА:2,56 ± 0,04 ПСА: (0,465 ± 0,006) % АСА: 2,22 ± 0,02 ПСА: (0,491 ± 0,005) % АСА: 1,78 ± 0,02 ПСА: (0,361 ± 0,005) % АСА: 2,22 ± 0,03 ПСА: (0,464 ± 0,007) %
Б (аспарагиновая кислота) АСА:30,0 ± 0,2 ПСА: (5,71 ± 0,03) % АСА: 25,9 ± 0,2 ПСА: (5,65 ± 0,03) % АСА: 34,3 ± 0,1 ПСА: (7,05 ± 0,02) % АСА: 45,7 ± 0,3 ПСА: (8,50 ± 0,03) %
Е (глутаминовая кислота) АСА:22,4± 0,1 ПСА: (4,29± 0,03) % АСА: 27,3 ± 0,1 ПСА: (6,10 ± 0,03) % АСА: 22,2 ± 0,1 ПСА: (4,44 ± 0,02) % АСА: 40,4 ± 0,2 ПСА: (7,08 ± 0,06) %
Б (фенилаланин) АСА: 17,8 ± 0,1 ПСА: (3,34 ± 0,02) % АСА: 19,22 ± 0,06 ПСА: (4,37 ± 0,02) % АСА: 15,3 ± 0,1 ПСА: (3,08 ± 0,02) % АСА: 16,3 ± 0,1 ПСА: (2,80 ± 0,03) %
G (глицин) АСА: 49,9 ± 0,2 ПСА: (9,43 ± 0,04) % АСА: 39,2 ± 0,2 ПСА: (8,84 ± 0,04) % АСА: 45,1 ± 0,3 ПСА: (9,11 ± 0,06) % АСА: 56,3 ± 0,4 ПСА: (10,99 ± 0,05) %
Н (гистидин) АСА: 22,56 ± 0,05 ПСА: (4,40 ± 0,03) % АСА: 15,89 ± 0,05 ПСА: (3,57 ± 0,02) % АСА: 21,9 ± 0,2 ПСА: (4,37 ± 0,02) % АСА: 20,89 ± 0,06 ПСА: (4,52 ± 0,03) %
I (изолейцин) АСА: 19,6 ± 0,2 ПСА: (3,56 ± 0,02) % АСА: 25,7 ± 0,1 ПСА: (5,98 ± 0,03) % АСА: 21,0 ± 0,2 ПСА: (4,26 ± 0,03) % АСА: 17,7 ± 0,1 ПСА: (3,40 ± 0,02) %
К (лизин) АСА: 9,4 ± 0,1 ПСА: (1,80 ± 0,03) % АСА: 17,1 ± 0,1 ПСА: (3,75 ± 0,02) % АСА: 13,6 ± 0,3 ПСА: (2,80 ± 0,06) % АСА: 7,7 ± 0,1 ПСА: (2,28 ± 0,06) %
Ь (лейцин) АСА: 51,3 ± 0,3 ПСА: (9,51 ± 0,05) % АСА: 28,7 ± 0,2 ПСА: (6,38 ± 0,03) % АСА: 35,6 ± 0,2 ПСА: (7,12 ± 0,02) % АСА: 35,2 ± 0,3 ПСА: (6,20 ± 0,04) %
М (метионин) АСА: 12,44 ± 0,06 ПСА: (2,39 ± 0,01) % АСА: 16,00 ± 0,08 ПСА: (3,52 ± 0,01) % АСА: 23,2 ± 0,2 ПСА: (4,71 ± 0,03) % АСА: 10,89 ± 0,06 ПСА: (2,37 ± 0,02) %
N (аспарагин) АСА: 16,9 ± 0,2 ПСА: (3,15 ± 0,03) % АСА: 25,2 ± 0,1 ПСА: (5,62 ± 0,02) % АСА: 17,3 ± 0,1 ПСА: (3,55 ± 0,03) % АСА: 18,0 ± 0,1 ПСА: (3,35 ± 0,02) %
О(пирролизин) 0 0 0 0
Р (пролин) АСА: 44,8 ± 0,2 ПСА: (8,32 ± 0,02) % АСА: 23,33 ± 0,06 ПСА: (5,25 ± 0,02) % АСА: 34,9 ± 0,2 ПСА: (7,07 ± 0,04) % АСА: 36,4 ± 0,2 ПСА: (6,44 ± 0,04) %
Р (глутамин) АСА: 13,7 ± 0,2 ПСА: (2,48 ± 0,03) % АСА: 17,4 ± 0,1 ПСА: (3,82 ± 0,03) % АСА: 15,4 ± 0,1 ПСА: (3,04 ± 0,02) % АСА: 16,9 ± 0,1 ПСА: (3,32 ± 0,02) %
Я (аргинин) АСА: 36,7 ± 0,3 ПСА: (6,97 ± 0,05) % АСА: 9,22 ± 0,05 ПСА: (2,06 ± 0,01) % АСА: 36,6 ± 0,2 ПСА: (7,44 ± 0,04) % АСА: 27,9 ± 0,1 ПСА: (4,80 ± 0,04) %
8 (серин) АСА: 29,8 ± 0,4 ПСА: (5,32 ± 0,04) % АСА: 26,3 ± 0,1 ПСА: (5,80 ± 0,02) % АСА: 23,6 ± 0,2 ПСА: (4,61 ± 0,02) % АСА: 29,3 ± 0,2 ПСА: (5,87 ± 0,02) %
Т (треонин) АСА: 35,2 ± 0,4 ПСА: (6,34 ± 0,04) % АСА: 29,9 ± 0,1 ПСА: (6,66 ± 0,03) % АСА: 36,1 ± 0,1 ПСА: (7,33 ± 0,02) % АСА: 37,9 ± 0,2 ПСА: (7,00 ± 0,04) %
и (селеноцистеин) 0 0 0 0
V (валин) АСА: 44,8 ± 0,3 ПСА: (8,22 ± 0,04) % АСА: 38,8 ± 0,2 ПСА: (8,67 ± 0,03) % АСА: 36,4 ± 0,2 ПСА: (7,32 ± 0,02) % АСА: 37,6 ± 0,2 ПСА: (7,05 ± 0,02) %
W (триптофан) АСА: 7,89 ± 0,08 ПСА: (1,49 ± 0,01) % АСА: 5,89 ± 0,07 ПСА: (1,31 ± 0,01) % АСА: 7,11 ± 0,04 ПСА: (1,435 ± 0,007) % АСА: 6,72 ± 0,04 ПСА: (1,93 ± 0,04) %
X (неопределённая (любая) аминокислота) 0 0 0 0
У (тирозин) АСА: 13,33 ± 0,06 ПСА: (2,511 ± 0,007) % АСА: 18,56 ± 0,08 ПСА: (4,19 ± 0,02) % АСА: 11,89 ± 0,05 ПСА: (2,403 ± 0,006) % АСА: 18,11 ± 0,08 ПСА: (4,12 ± 0,03) %
Ъ (глутаминовая кислота, глутамин, 4-карбоксиглутаминовая кислота или оксипролин, дающие при расщеплении глутаминовую кислоту) 0 0 0 0
Отрицательно заряженные аминокислоты: Б+Е АСА: 52,4 ± 0,3 ПСА: (10,19 ± 0,04) % АСА: 53,2 ± 0,3 ПСА: (11,76 ± 0,05) % АСА: 56,9 ± 0,2 ПСА: (11,49 ± 0,02) % АСА: 86,1 ± 0,5 ПСА: (15,58 ± 0,08) %
Положительно заряженные аминокислоты: К+Я АСА: 45,1 ± 0,2 ПСА: (9,17 ± 0,02) % АСА: 26,3 ± 0,2 ПСА: (5,81 ± 0,03) % АСА: 50,1 ± 0,2 ПСА: (10,24 ± 0,04) % АСА: 35,7 ± 0,2 ПСА: (7,08 ± 0,02) %
Продолжение табл.
Название аминокислот Содержание аминокислот в последователь ностях МСО для группы негалотолеран-тных бактерий Содержание аминокислот в последовательн остях МСО для группы негалотолеран-тных архей Содержание аминокислот в последователь ностях МСО для группы галотолеран-тных бактерий Содержание аминокислот в последователь ностях МСО для группы галотолеран-тных архей
Ароматические аминокислоты: H+F+W+Y АСА: 61,6 ± 0,2 ПСА: (11,52 ± 0,04) % АСА: 59,6 ± 0,1 ПСА: (13,40 ± 0,04) % АСА: 56,2 ± 0,3 ПСА: (11,29 ± 0,03) % АСА: 62,1 ± 0,2 ПСА: (13,44 ± 0,07) %
Полярные незаряженные аминокислоты: М+Р+8+Т АСА: 95,56 ± 1,05 ПСА: (14,85 ± 0,08) % АСА: 98,9 ± 0,3 ПСА: (21,90 ± 0,03) % АСА: 92,4 ± 0,5 ПСА: (18,53 ± 0,06) % АСА: 102,1 ± 0,5 ПСА: (19,35 ± 0,07) %
Серосодержащие аминокислоты: С+М АСА: 15,0 ± 0,1 ПСА: (3,40 ± 0,04) % АСА: 18,22 ± 0,09 ПСА: (4,01 ± 0,01) % АСА: 25,0 ± 0,1 ПСА: (5,07 ± 0,03) % АСА: 13,1 ± 0,07 ПСА: (2,83 ± 0,02) %
Алифатические аминокислоты: Л+1+Ь+У АСА: 171 ± 1 ПСА: (28,94 ± 0,19) % АСА: 130,6 ± 0,4 ПСА: (29,0 ± 0,06) % АСА: 134,9 ± 0,6 ПСА: (27,21 ± 0,03) % АСА: 123,4 ± 0,5 ПСА: (23,21 ± 0,03) %
Значимые различия заключались в количестве отрицательно заряженных аминокислот между галотолерантными археями и всеми прочими группами микроорганизмов, а именно - для последовательностей медьсодержащих оксидаз галотолерантных архей характерно большее количество аспарагиновой и глутаминовой кислот. Общая теория о наличии большего количества отрицательно заряженных аминокислот у галотолерантных организмов не подтвердилась для группы галотолерантных бактерий. Тем не менее, следует принять во внимание, что среди бактерий галотолерантные организмы достаточно умеренные, а среди архей - экстремальные. Однако, отметим, что у галотолерантных бактерий существенно ниже доля гидрофобных аминокислотных остатков (аланин, изолейцин, лейцин и валин), что, возможно, связано с необходимостью поддержания растворённого состояния белка при активности воды менее единицы. Таким образом, найдено некоторое подтверждение тому, что у ферментов галотолерантных организмов повышена доля отрицательно заряженнных аминокислот, как упоминалось в работе [33], и понижена доля алифатических аминокислот, в том числе с массивными гидрофобными радикалами, как упоминалось в работе [34].
Работу следует продолжить для подтверждения и расширения полученных результатов на более масштабных выборках галотолерантных и негалотолерантных архей и бактерий, при этом можно будет отказаться от первоначальной идеи дать каждой группе равный статистический вес в пользу расширения общего размера выборок негалотолерантных и галотолерантных ферментов.
Заключение
В результате анализа аминокислотных последовательностей медьсодержащих оксидаз негалотолерантных и галотолерантных микроорганизмов для группы галотолерантных архей характерна общая для
галотолерантных белков теория о большем содержании отрицательно заряженных аминокислот (аспарагиновая и глутаминовая кислоты), для группы галотолерантных бактерий выявлено более низкое содержание алифатических аминокислот (аланина, изолейцина, лейцина и валина). Таким образом, возможные детерминанты галотолерантности для медьсодержащих оксидаз - наличие в аминокислотной последовательности большего количества отрицательно заряженных аминокислот и меньшего количества алифатических аминокислот, чем в белках негалотолерантных микроорганизмов.
Полученные данные могут быть использованы при биоинформатическом поиске галотолерантных последовательностей медьсодержащих оксидаз из интересующих штаммов бактерий и архей на первых этапах работы в генной инженерии. Отсутствие или наличие детерминант галотолерантности поможет предсказать свойства фермента.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ректора ТулГУ для обучающихся по образовательным программам высшего образования - программам магистратуры, № БТ/23/01/ГРР_М.
Список литературы
1. Biological treatment of tannery wastewater by using salt-tolerant bacterial strains / S. Sivaprakasam, S. Mahadevan, S. Sekar [et al.] // Microbial cell factories. 2008. V. 7. P. 1-7.
2. Sustainable recovery of high-saline papermaking wastewater: Optimized separation for salts and organics via membrane-hybrid process / Y. Qiu, Y. Lv, C. Tang [et al.] // Desalination. 2021. V. 507. P. 114938.
3. Removal of zinc from concentrated galvanic wastewater by sodium trithiocarbonate: process optimization and toxicity assessment / M. Thomas, Z. Melichova, M. Suranek [et al.] // Molecules. 2023. T. 28. № 2. P. 546.
4. Metagenomic cellulases highly tolerant towards the presence of ionic liquids - linking thermostability and halotolerance / N. Ilmberger, D. Meske, J. Juergensen [et al.] // Applied microbiology and biotechnology. 2012. V. 95. P. 135-146.
5. «Clean» hydrolase reactions using commercial washing powder / J. Zhang, F. Tonin, W. Zhang [et al.] // RSC advances. 2019. V. 9. № 42. P. 24039-24042.
6. Cellulase with Bacillus velezensis improves physicochemical characteristics, microbiota and metabolites of corn germ meal during two-stage co-fermentation / L. Chen, Y. Guo, X.Liu [et al.] // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2024. V. 40. № 2. P. 59.
7. Modulatory effect of dietary probiotic and prebiotic supplementation on growth, immuno-biochemical alterations, DNA damage, and pathological
changes in E. coli-infected broiler chicks / M.A. Hashem, A.E. Hassan, H.M. Abou-Elnaga [et al.] // Frontiers in Veterinary Science. 2022. V. 9. P. 964738.
8. Saccharification and liquefaction of cassava starch: an alternative source for the production of bioethanol using amylolytic enzymes by double fermentation process / S. Pervez, A. Aman, S. Iqbal [et al.] // BMC biotechnology. 2014. V. 14. P. 1-10.
9. Barbosa F.C., Silvello M.A., Goldbeck R. Cellulase and oxidative enzymes: new approaches, challenges and perspectives on cellulose degradation for bioethanol production // Biotechnology letters, 2020. V. 42. № 6. P. 875884.
10. Saleem R., Khurshid M., Ahmed S. Laccases, manganese peroxidases and xylanases used for the bio-bleaching of paper pulp: an environmental friendly approach // Protein and peptide letters, 2018. V. 25. № 2. P. 180-186.
11. Immobilization of laccase from Pleurotus ostreatus on magnetic separable SiO2 support and excellent activity towards azo dye decolorization / J.Dai, H. Wang, H. Chi [et al.] // Journal of environmental chemical engineering. 2016. V. 4. № 2. P. 2585-2591.
12. Bioremoval of toxic malachite green from water through simultaneous decolorization and degradation using laccase immobilized biochar / D. Pandey, A. Daverey, K. Dutta [et al.] // Chemosphere. 2022. V. 297. P. 134126.
13. Silva A.C.C., VenancioA. Application of laccases for mycotoxin decontamination // World Mycotoxin Journal, 2021. V. 14. № 1. P. 61-74.
14. Detoxification of the mycoestrogen zearalenone by Bacillus licheniformis spore CotA laccase and application of immobilized laccase in contaminated corn meal / Y. Guo, Y. Wang, Y. Liu [et al.] // LWT. 2022. V. 163.P. 113548.
15. Понаморева О.Н. Электрохимическое сопряжение медьсодержащих оксидаз в биосенсорах и биотопливных элементах: выбор методов и подходов // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2022. № 4. С. 33-41.
16. Chakravarthi B., Mathkala V., Palempalli U.M.D. Degradation and Detoxification of Congo Red azo dye by Immobilized Laccase of Streptomyces sviceus // J Pure Appl Microbiol. 2021. V. 15. № 2. P. 864-876.
17. Degradation of tetracycline by immobilized laccase and the proposed transformation pathway / J. Yang, Y. Lin, X. Yang [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2017. V. 322. P. 525-531.
18. A cost-saving, safe, and highly efficient natural mediator for laccase application on aflatoxin detoxification / S. Liu, Y. Zhou, Y. Feng [et al.] // Food Chemistry. 2024. V. 455. P. 139862.
19. CotA laccase, a novel aflatoxin oxidase from Bacillus licheniformis, transforms aflatoxin B1 to aflatoxin Q1 and epi-aflatoxin Q1 / Y. Guo, X. Qin, Y. Tang [et al.] // Food Chemistry. 2020. V. 325. P. 126877.
20. Functional and transcriptomic investigation of laccase activity in the presence of PCB29 identifies two novel enzymes and the multicopper oxidase repertoire of a marine-derived fungus/ E. Nikolaivits, R. Siaperas, A. Agrafiotis [et al.] // Sci Total Environ. 2021. V. 775. P. 145818.
21.High current density air-breathing laccase biocathode / W. Gellett, J. Schumacher, M. Kesmez [et al.] // Journal of the Electrochemical Society. 2010. V. 157. P. B557.
22. Redoxpolymerbased highcurrentdensity gasdiffusion h2oxidation bioanode using [FeFe] Hydrogenase from Desulfovibrio desulfuricans in a Membranefree Biofuel Cell/ J. Szczesny, J.A. Birrell, F. Conzuelo [et al.] // Angewandte Chemie International Edition. 2020. V. 59. № 38. P. 16506-16510.
23. Reuse of the water and salt of reactive dyeing effluent after electrochemical decolorisation/ V. LopezGrimau, M.C. GutierrezBouzan, J. Valldeperas [et al.] // Coloration Technology. 2012. V. 128. № 1. P. 36-43.
24. Kartik V.J., Lavanya T., Guruprasad K. Analysis of disulphide bond connectivity patterns in protein tertiary structure // International Journal of Biological Macromolecules, 2006. V. 38. № 3-5. P. 174-179.
25. Hubbard R.E., Haider M.K. Hydrogen Bonds in Proteins: Role and Strength // Encyclopedia of life sciences, 2010. V. 1. P. 1-6.
26. Kumar S., Nussinov R. Salt bridge stability in monomeric proteins // Journal of Molecular Biology, 1999. V. 293. № 5. P. 1241-1255.
27. Prediction and analysis of surface hydrophobic residues in tertiary structure of proteins / S. Malleshappa Gowder, J. Chatterjee, T. Chaudhuri [et al.] // The Scientific World Journal. 2014. V. 2014. P. 1-7.
28. Burley S.K., Petsko G.A. Aromatic-Aromatic Interaction: A Mechanism of Protein Structure Stabilization // Science. 1985. V. 229. № 4708. P. 23-28.
29. Gallivan J.P., Dougherty D.A. Cation-n interactions in structural biology // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1999. V. 96. № 17. P. 9459-9464.
30. Ringer A.L., Senenko A., Sherrill C.D. Models of S/n interactions in protein structures: Comparison of the H2S-benzene complex with PDB data // Protein Science, 2007. V. 16. № 10. P. 2216-2223.
31. Graziano G., Merlino A. Molecular bases of protein halotolerance // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics, 2014. V. 1844. № 4. P. 850-858.
32. DasSarma S., DasSarma P. Halophiles and their enzymes: negativity put to good use // Current Opinion in Microbiology, 2015. V. 25. P. 120-126.
33. Analysis of acidic surface of Haloferax mediterranei glucose dehydrogenase by sitedirected mutagenesis / J. Esclapez, C. Pire, V. Bautista [et al.] // FEBS Letters. 2007. V. 581. № 5. P. 837-842.
34. Isolation and characterization of two novel halotolerant Catechol 2,3-dioxygenases from a halophilic bacterial consortium/ J.G. Guo, T. Fang, C. Wang [et al.] // Scientific reports. 2015. V. 5. № 1. P. 17603.
35. Unique amino acid composition of proteins in halophilic bacteria/ S. Fukuchi, K. Yoshimune, M. Wakayama [et al.] // Journal of Molecular Biology. 2003. V. 327. № 2. P. 347-357.
36. The more adaptive to change, the more likely you are to survive: Protein adaptation in extremophiles / C. Brininger, S. Spradlin, L. Cobani [et al.] // Seminars in Cell &Developmental Biology. 2018. V. 84. P. 158-169.
Абдуллатыпов Азат Вадимович, канд. биол. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Моисеева Анна Андреевна, студент, anna. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
BIOINFORMATICS ANALYSIS OF THE AMINO ACID COMPOSITION OF MULTICOPPER OXIDASES OF HALOTOLERANT BACTERIA AND ARCHAEA
A.V. Abdullatypov, A.A. Moiseeva
Bioinformatics analysis of amino acid sequences of multicopper oxidases was performed for groups of non-halotolerant and halotolerant bacteria and archaea in order to identify possible determinants of halotolerance of multicopper oxidases. For multicopper oxidases, the determinants of halotolerance are the presence in amino acid sequences of proteins of a higher content of negatively charged amino acids and a lower content of aliphatic amino acids than in proteins of non-halotolerant microorganisms.
Key words: halotolerant microorganisms, amino acid composition, multicopper oxidases, bioinformatics analysis.
Abdullatypov Azat Vadimovich, candidate of biological sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
MoiseevaAnnaAndreevna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
