Эволюция систем регуляции транскрипции в геномах бактерий

• Автор: Цой, Ольга Владиславовна
• Шифр специальности: 03.01.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Содержание
Введение

Г лава 1 - Обзор литературы

1.1 Сеть регуляции транскрипции и ее уровни

1.2 Идентификация регуляторных элементов транскрипционной сети

1.3 Путь утилизации этанол амина

1.4 Регуляторные блоки в сетях регуляции транскрипции

Г лава 2 - Материалы и методы

2.1 Исследованные геномы

2.2 Программное обеспечение и базы данных

Г лава 3 - Предсказание регуляторных элементов транскрипционной сети на примере пути деградации этаноламина
3.1 Поиск ортологов генов утилизации этаноламина
3.2 Эволюция системы утилизации этаноламина
3.3 Регуляция утилизации этаноламина
Глава 4 - Эволюция регуляторных блоков на примере блока треугольник
4.1 Определение локальных и глобальных транскрипционных факторов..
4.2 Функциональная аннотация треугольников
4.3 Эволюция регуляторного блока типа треугольник в близкородственных организмах на примере штаммов Escherichia coli
4.4 Эволюция регуляторного блока типа треугольник в Enterobacteriales.. 67 Обсуждение
Выводы
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы

Введение Актуальность темы исследования
Многие системы в живых организмах образуют биологические сети. Примером такой сети является и система регуляции транскрипции. Самый нижний уровень этой сети составляют наборы взаимодействующих базовых элементов, состоящие из транскрипционного фактора, участка ДНК, с которым он связывается, и регулируемого гена. Объединяясь, на следующем уровне эти наборы образуют регуляторные блоки. Один или несколько регуляторных блоков образуют функциональный модуль, а несколько функциональных модулей составляют всю транскрипционную сеть. Растущее количество данных и экспериментальных методик позволяют изучать организмы в контексте целых сетей, модулей и блоков, а не отдельных функциональных систем. В настоящей работе мы анализировали эту систему на уровне блоков и наборов базовых элементов методами сравнительной геномики.
Методы сравнительной геномики позволяют реконструировать транскрипционную сеть в наборе родственных геномов. Поиск новых регуляторных элементов в бактериальных геномах является одним из наиболее сложных этапов ее изучения. В самом простом случае существуют экспериментальные данные хотя бы для одного генома, опираясь на которые становится возможным изучение других, родственных организмов. Но более частыми бывают ситуации, когда ни локализация, ни структура регуляторных элементов не известна.
Постановка и решение вопросов, связанных с транскрипционной сетью бактериальных генов, необходима для детальной функциональной аннотации генов; реконструкции метаболических путей — не только универсальных, но, в большей степени, таксон-специфичных; изучения роли этих путей в организме; а также исследования эволюции регуляторных систем и организмов в целом. Изучение принципов, лежащих в основе организации регуляторных сетей - неотъемлемая
часть понимания молекулярных механизмов жизнедеятельности, в том числе, патогенных бактерий, биотехнологических штаммов, организмов, применяемых в системах биоочистки и.т.п.
Степень разработанности темы
В настоящий момент изучению систем регуляции транскрипции посвящено много работ, но они ограничены изучением нескольких модельных организмов (например, Escherichia coli [1] и Bacillus sabtilis [2]) или проведены только на уровне отдельных функциональных систем. В то же время в базе данных Genbank [3] содержится несколько тысяч полных последовательностей бактериальных геномов разной степени родства, и еще больше находится в процессе определения последовательности или аннотации [3]. Рост числа геномов делает изучение индивидуальных геномов слишком трудоемким, но, с другой стороны, такое количество информации позволяет реконструировать биологические системы (в том числе, транскрипционные сети) в немодельных организмах, и их изучение представляется интересным уже не просто в рамках отдельных организмов, а в ряду близко родственных геномов, что позволяет проследить за особенностями их эволюции. Для подобного анализа требуется применение компьютерных, а не экспериментальных, методов.
Цели и задачи исследования
Целью настоящего исследования была реконструкция и анализ сетей транскрипционных регуляторных элементов в близкородственных геномах с помощью методов компьютерной биологии для немодельных организмов. В рамках поставленной цели решались следующие общие и частные задачи:
Предсказание регуляторных элементов транскрипционной сети de novo на примере пути утилизации этаноламина.
Изучение эволюции регуляторных блоков на примере блока треугольник.

eutHQ* Listeria innocua Clipl 1
Listeria monocytogenes EGD-e
Alkaliphilus metalliredigens QYMF
Alkaliphilus oremlandii OhILAs
Clostridium difficile
Clostridium perfringens ATCC 13
Clostridium phytofermentans ISDg
Clostridium tetani E
Desulfitobacterium hafniense Y
Desulfotomaculum reducens MI-
Enterococcus faecalis V
Streptococcus sanguinis SK
Fusobacterium nucleatum subsp.
nucleatum ATCC 25