CC BY
7
ганск : Элтон - 2. 2013. - 96 с.
8. Масенов Т.М. Морфофункциональные особенности и возрастные изменения кожи семеречинских гибридных свиней в сравнении с исходными формами / Т.М. Масенов, М.Ж. Алдабергенова // Вопросы гибридизации копытных. - М. : Наука. 1980. - С. 116-122.
9. Зимин П.В. Сравнительная морфология кожно-волосяного покрова у некоторых ви-
дов домашних и диких копытных животных : Автореф. дис....канд. вет. наук / П.В. Зимин // Саратов. 2006. - 20 с.
10. Чернова О.Ф. Железы наружных покровов в эволюции CHORDATA (Морфо-функциональный анализ) : автореферат дис. ...доктора биол. наук / О.Ф. Чернова. - Москва. 1996. - 48 с.
DOI: 10.48612/25ba-23zd-kte4 УДК 578.81
БАКТЕРИОВИРУС SERRATIA PS2, НЕСУЩИЙ МАМ-ДОМЕН, ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ ФАГОВОЙ ТЕРАПИИ
Зимин Андрей Антонович, канд. биол. наук
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН -обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН», г. Пущино, Российская Федерация
Это исследование посвящено сравнительному анализу основного антигена бактериофагов Т4-типа - белку Нос. Сравнительный анализ белка Нос бактериофага PS2 Serratia sp. с помощью алгоритма PSI_BLAST в базе данных NCBI GenBank с использованием таксида «эукариоты» показал наличие внутри этого белка МАМ-домена, характерного для белков адгезии эукариот. МАМ-домен выполняет роль структуры, ответственной за белок - белковое взаимодействие. Можно предположить, что МАМ-домен, экспонированный на поверхности капсида бактериофага PS2, обеспечивает более долгое удержание фага в различных тканях и органах сельскохозяйственного животного или человека. Бактериофаги, содержащие наружные белки капсида, несущие МАМ-домены могут оказаться более перспективными для их применения в фаговой терапии бактериальных инфекций.
Ключевые слова: белок Нос; бактериофаг PS2 Serratia; МАМ-домен; бактериофаговая терапия
BACTERIOVIRUS SERRATIA PS2, CARRYING A MAM DOMAIN, A PROSPECTIVE OBJECT FOR PHAGE THERAPY
Zimin Andrei Antonovich, PhD Biol. Sci.
G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russian Federation
This study is devoted to the comparative analysis of the main antigen of T4-type bacteriophages - the Hoc protein. Comparative analysis of the protein Hoc of bacteriophage PS2 Serratia sp. using the PSI_BLAST algorithm in the NCBI GenBank database using the "Eukarya" taxid, showed the presence of a MAM domain inside this protein, which is characteristic of eukaryotic adhesion proteins. The MAM domain plays the role of a structure responsible for protein - protein interaction. It can be assumed that the MAM domain, exposed on the surface of the PS2 bacteriophage capsid, provides a longer retention of the phage in various tissues and organs of an animal or human. Bacteriophages containing external capsid proteins carrying MAM domains may be promising for their use in phage therapy of bacterial infections.
Key words: Hoc protein; bacteriophage PS2 Serratia; MAM domain; bacteriophage therapy
Бактериофаги являются основой ветеринарных и медицинских антибактериальных препаратов [1, 2]. В современных условиях широкого распространения патогенных бактерий, обладающих множественной устойчивостью к антибиотикам изучение молекулярной экологии бактериофагов становится весьма актуальным. Пандемия Ковид-19 привела к ещё более широкому использованию антибиотиков для преодоления вторичных инфекций бактериальной этиологии. Более того, большинство этих инфекций были вызваны нокозомиальными (больничными) штаммами возбудителей, которые порой обладают уникальной широтой устойчивости к низкомолекулярным антибиотикам. В этих условиях новые фундаментальные данные по молекулярной экологии фагов, потенциальных основ антибактериальных препаратов, могут оказаться сразу применимыми в практике борьбы с бактериальными инфекциями в ветеринарии и медицине.
Бактериофаги, другие вирусы и бактерии несут на своей поверхности белки, содержащие домены, характерные для иммуноглобулинов. Для бактериофага Т4, классического объекта биологии, была показана экологическая функция подобных доменов. Декорирующий белок капсида этого фага, Нос, проявлял сродство к муцину мыши. Муцин - это полисахарид слизи кишечника. Основной функцией ряда иммуноглобулин-подобных доменов является адгезивность к белкам и другим биологическим полимерам. Ранее мы предположили, что Нос белки различных Т4-подобных фагов определяют взаимодействия с различными компонентами экологических ниш обитания бактериофагов. Стоит заметить, что не только кишечник животных, то и различные водные природные среды могут быть местом обитания и размножения этих бактериофагов. При этом домены белков Нос различных Т4-фагов весьма вариабельны [3].
С этой точки зрения изучение строения и сходств этих белков у разных Т4-фагов может привести к более точному пониманию взаимодействия этих фагов с веществами экологических ниш и помочь в планировании их применения в фаговой терапии. Нос бакте-
риофага Т4 содержит три иммуноглобулин-подобных домена, экспонированных на поверхности капсида. Задачей данной работы было биоинформатическое исследование Нос-белка бактериофага Serratia PS2, который длиннее гомолога из Т4 в три раза и может содержать другие домены адгезии.
Методика исследований. Для поиска белков бактериофагов Т4-типа, гомологичных Нос Т4, использовалась программа PSI-BLAST, при этом в качестве репера использовались 94 консервативные аминокислоты белка Нос бактериофага Т4 поиск, а поиск осуществлялся только среди белков таксида «хвостатые фаги» (tailed phages). Выравнивание было выполнено в программе MUSKLE, и оно использовалось для построения филогенетического дерева с помощью метода максимального сходства в пакете программ MEGA X [6]. Модель аминокислотных замен использованная в этом пакете была JTT [5]. Стабильность ветвления определяли с помощью 1000 итераций «бутстреп-анализа» (bootstrap) [4]. Затем было построено филогенетическое дерево в программе MEGA X [6] с помощью алгоритма Maximum Parsimony.
Результаты исследований и их обсуждение. С помощью PSI-BLAST в базе данных NCBI GenBank было обнаружено девять бактериофагов, несущих белки Нос длиной около 1000 аминокислот. Все белки были найдены у бактериофагов, имеющих одинаковую таксономию: Viruses; царство - dsDNA viruses, класс - no RNA stage; отряд -Caudovirales; семейство - Myoviridae. Минимальная степень покрытия при этом была равна 96 %. Хозяевами всех фагов были бактерии, являющиеся представителями семейства энтеробактерий. Длина белков варьировала от 987 до 1107 а.к., степень идентичности С -концевых доменов с соответствующим доменом белка Нос фага Т4 по результатам PSI-BLAST составляла от 80,7 % до 94,3 %.
Для девяти обнаруженных белков бактериофагов было сделано выравнивание в программе MUSKL. Данное выравнивание использовалось для построения филогенетического дерева с помощью метода максимального сходства [6]. Полученное филогенетическое дерево показано на рис. 1.
QQ096886.1 head outer capsid protein Acinetobacter phage Melin QQ096382.1 head outer capsid protein Acinetobacter phage Minot QQM18679.1 head outer capsid protein Acinetobacter phage Morttis QQM13925.1 head outer capsid protein Acinetobacter phage Maestro YP 009887167.1 head outer capsid protein Acinetobacter phage vB AbaM PhT2 9 YP 009883904.1 hoc protein Serratia phage Muidoon 0 YP 009030243.1 head outer capsid protein Serratia phage PS2 ^ NP 049793,1 Hoc head outer capsid protein Escherichia virus 14 A YP 009286535.1 hypothetical protein BI049 gp210 Salmonella phage vB SnwM CGG4-1 A QEG05481.1 head outer capsid protein Shigella phage JK32
Рисунок 1 - Филогенетическое дерево длинных Нос-белков бактериофагов Т4-типа, построенное методом Maximum Parsimony на основе выравнивания из программы MUSKL. Хозяевами всех фагов являются бактерии семейства энтеробактерий. Значения бутстреп-поддержки в процентах от 1000 реплик «bootstrap» [4] приведены рядом с узлами ветвления. Белыми ромбами обозначены фаги бактерий рода ацинетобактерий, черными кружками сераций, треугольниками белки фагов, положение которых на дереве не имеет необходимой статистической поддержки, черным ромбом Нос фага Т4
Сравнительный анализ одного из этих белков, белка Нос бактериофага PS2 Serratia sp. с помощью алгоритма PSI_BLAST в базе данных NCBI GenBank с использованием так-сида «эукариоты» показал наличие внутри этого белка МАМ-домена, характерного для белков адгезии лососей. МАМ-домен выполняет роль структуры, ответственной за белок-белковое взаимодействие. MAM-домен - это эволюционно консервативный белковый домен. Это внеклеточный домен, обнаруженный во многих рецепторах. Домен состоит обычно из 170 аминокислот, и это так называемый домен «MAM» (или меприн, белок А-5 и ре-цепторный белок-тирозинфосфатаза mu). Он был найден во внеклеточном пространстве и принадлежал функционально разнообразным белкам. Эти белки имеют обычно модульную рецептороподобную архитектуру. Считается, что домен MAM выполняет адгезионную функцию. Считается, что домены MAM способствуют адгезии на клеточной поверхности, и аналогичные домены обнаружены в различных мембраносвязанных белках, таких как рецепторный белок тирозинфосфатаза ц, который участвует в цитозольном дефосфори-лировании, и белок A5 из зрительного центра мозга Xenopus, который также содержит C1r-
подобные повторы.
Один и рецепторов вируса SARS-CoV-2 также содержит МАМ-домен. SARS-CoV-2 использует свой поверхностный белок-шип для проникновения в клетки-хозяева. Этот белок вируса имеет домен RBD, который специфически распознается рецептором ACE2. Помимо ACE2, исследователи обнаружили, что нейро-пилин-1 (NRP1) играет роль альтернативного пути проникновения SARS-CoV-2. NRP1 является трансмембранным рецептором и работает как корецептор для многих лигандов. Он имеет домены CUB (al и a2), домены фактора свертывания крови (bl и b2) и домен MAM.
Был взят фрагмент последовательности из основного антигена фага Serratia PS2 от 568 до 788 аминокислоты, и использовался в качестве репера для сравнения с таксидом Eucaria с помощью алгоритма PSI-BLAST в базе данных NCBI GenBank. С помошью двух последовательных итераций алгоритма PSI-BLAST с этой реперной последовательностью было получено более 500 хитов. Наилучшие хиты были взяты для филогенетического анализа с МАМ-доменом Нос фага PS2. Результаты филогенетического анализа МАМ доменов фага и ряда рыб приведены на рисунке 2.
too г- О
XP 009305849.2:172-377 MAM domain-anchor protein 1 Danio rerio
ATV90859.1:172-377 MDGA1 Danio rerio
RXN09454.1:209-430 MAM domain-anchor 1 iX1 Labeo rohita
XP 035387782.1:172-374 MAM domain-protein 1 iX2 Electrophorus electricus
XP 026795140.1:201-405 MAM domain-protein 1 iX1 Pangasianodon hypophthalmus
XP 027021691.1:172-374 MAM domain-protein 1 iX2 Tachysurus fulvidraco
XP 030628082.1:227-431 MAM domain-protein 1-like Chanos chanos
PS2 MAM
XP 030233690.1:172-374 MAM domain-protein 1 Gadus morhua XP 028297278.1:172-374 MAM domain-protein 1-like Gouania willdenowi XP 012988511.2:172-375 MAM domain-protein 1 isoform X1 Esox lucius XP 023850793.1:154-359 MAM domain-protein 1 Salvelinus alpinus XP 014065463.1:172-377 MAM domain-protein 1-like isoform X1 Salmo salar XP 029569930.1:172-377 MAM domain-protein 1-like Salmo trutta XP 038823300.1:154-359 MAM domain-protein 1-like Salvelinus namaycush XP 024001976.1:73-287 MAM domain-protein 1-like Salvelinus alpinus XP 035609503.1:172-377 MAM domain-protein 1 Oncorhynchus keta XP 036818144.1:172-377 MAM domain-protein 1-like Oncorhynchus mykiss XP 029531850.1:154-359 MAM domain-protein 1-like Oncorhynchus nerka MBN3305762.1:211-415 MDGA1 protein Amia cafva XP 036399015.1:172-376 MAM domain-protein 1 Megalops cyprinoides
Рисунок 2 - Филогенетическое дерево, построенное с помощью метода Maximum Parsimony на основе множественного выравнивания последовательностей МАМ-доменов. Кружками обозначены домены МАМ рыб, ромбом - фага PS2
В результате проведенных исследований было выяснено, что часть основного антигена фага Serratia PS2 с 568 пдо 788 аминокислоту является МАМ-доменом. Сходные с Нос белком фага МАМ-домены содержали белки рыб. Белки, содержащие в своей структуре МАМ-домен присущи таким видам рыб, как кета (Oncorhynchus keta), нерка (Oncorhynchus nerka) и другие виды лососей (Oncorhynchus mykiss, Salmo salar, Salvelinus alpinus), щука (Esox lucius), аквариумным рыбам: Pangasianodon hypophthalmus из семейства пангасиевых, Danio rerio, Labeo rohita и морским, например, Gouania willdenowi. Этот домен встречен у Electrophorus electricus -электрического угоря, вида лучепёрых рыб из отряда гимнотообразных и Gadus morhua -атлантической трески. МАМ-домен присущ и Amia calva - ильной рыбе, или амии - единственному сохранившемуся виду рыб из отряда амиеобразных, который интересен как «живое ископаемое».
МАМ-домен данного фага проявил, согласно филогенетическому анализу с помощью алгоритма Maximum Parsimony наибольшее сходство с МАМ-доменами мор-
ских рыб Gadus morhua и Gouania willdenowi.
Сравнительный анализ белка Нос бактериофага PS2 Serratia sp. с помощью алгоритма PSI_BLAST показал наличие внутри этого белка МАМ-домена, характерного для белков адгезии лососей. МАМ-домен выполняет роль структуры, ответственной за белок-белковое взаимодействие. Данная находка позволяет предположить, что белок Нос бактериофага PS2, за счет аффинности к белкам, может участвовать в удержании данного фага в тканях животного, месте локализации бактерии-хозяина. Домены подобные иммуноглобулинам находятся на поверхности кап-сида бактерифагов Т4-типа и участвуют в процессах адгезии фагов.
Вероятно, МАМ-домен может способствовать адгезии этого фага Serratia sp. к клеточным поверхностям и тем самым увеличивать время нахождения фага в тканях и органах животного. Возможно, за счет этого домена бактериофаг Serratia sp. может продолжительное время циркулировать во внутренних жидкостях. Это свойство может приводить к большему урожаю фага в теле животного, зараженного Serratia sp., и может тем самым яв-
ляться эволюционным преимуществом.
Данное свойство полезно использовать в фаговой терапии, направленной на контроль бактерий рода Serratia у животных и фаг PS2 может рассматриваться как перспективный агент для антибактериального применения.
Выводы.
В базе данных GenBank были найдены варианты основного антигена бактериофагов Т4- типа в три-четыре раза большей длины, чем классический антиген фага Т4.
Было показано, что один из таких длинных антигенов фага Serratia PS2 содержит в своей структуре эукариотический МАМ-домен, отвественный за белок-белковое взаимодействие.
МАМ-домен данного фага Serratia проявил, согласно филогенетическому анализу с помощью алгоритма Maximum Parsimony наибольшее сходство с МАМ-доменами морских рыб Gadus morhua и Gouania willdenowi.
Можно предположить, что МАМ-домен, экспонированный на поверхности капсида бактериофага Serratia PS2, обеспечивает более долгое удержание (время аффинной сорбции) в различных тканях и органах сельскохозяйственного животного или человека. Поэтому бактериофаги, содержащие наружные белки капсида с МАМ-доменами могут оказаться более перспективными для их применения в фаговой терапии бактериальных инфекций.
Список литературы
1. Зимин А.А. Использование бакте-
риофагов для борьбы с колибактериозом и кампилобактериозом в птицеводстве / А.А. Зимин, Ф.В. Кочетков, С.И. Кононенко, Д.В. Осепчук, Н.Э. Скобликов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. - № 123. - С. 421-432.
2. Никулин Н.А. Конструирование терапевтических фаговых коктейлей на основе бактериофагов: преимущества и недостатки / Н.А. Никулин, С.И. Кононенко, А.Г. Кощаев, А.А. Зимин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). - Краснодар: КубГАУ. 2017. - №09(133).
3. Zimin A.A., Mikoulinskaia G.V., Nigmatullina L.F., Nazipova N.N. Comparative Analysis of Amino Acid Sequences in Particular Domains of Hoc Proteins in Tequatrovirinae Subfamily Bacteriophages/ Mathematical Biology and Bioinformat-ics. 2018. - V.13. - № S. P. t39-t58. doi: 10.17537/2018.13.t39
4. Felsenstein J. (1985). Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap. Evolution 39:783-791.
5. Jones D.T., Taylor W.R., and Thornton J.M. (1992). The rapid generation of mutation data matrices from protein sequences. Computer Applications in the Biosciences 8: 275-282.
6. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., and Tamura K. (2018). MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution. 35:15471549.
DOI: 10.48612/1394-Иг7а^2г УДК 636.271.082(470.67)
ОЦЕНКА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ВЫМЕНИ КОРОВ КРАСНОЙ СТЕПНОЙ ПОРОДЫ В РЕСПУБЛИКЕ ДАГЕСТАН
Ковалева Галина Петровна, канд. с.-х. наук Сулыга Наталья Владимировна, канд. биол. наук
ФГБНУ «Северо-Кавказский Федеральный научный аграрный центр», г. Михайловск, Российская Федерация
В статье представлены результаты оценки морфофункциональных свойств вымени коров красной степной породы в условиях республики Дагестан. В АО «Кизлярагрокомплекс» коровы характеризовались наибольшей пригодностью к машинному доению, удой за I лактацию составил 3978 кг молока, а скорость молоковыведения - 2,28 кг/мин. От первотелок КХ «Агрофирма Чох» было надоено 3343 кг молока, при скорости молоковыведения 1,75 кг молока. В
