ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Генетика 6
1.2 Генетические признаки бактерий 8
1.3 Бактерии рода Bacillus 11
1.4 Ген 16S рРНК 13
1.5 Полимеразная цепная реакция 14
1.6 Рестрикция ДНК 16
1.7 Электрофорез ДНК 19
1.8 Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов 23
1.9 Анализ insilico 25
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 26
2.1 Объекты исследования 26
2.2 Методика выделения ДНК 26
2.3 Проведение полимеразной цепной реакции 27
2.4 Проведение реакции рестрикции 28
2.5 Проведение электрофореза 31
2.6 Методика очистки ДНК ампликонов 31
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение
Род Bacillus — это грамположительные аэробные спорообразующие бактерии. Принадлежащие к роду Bacillus микроорганизмы представляют собой одну из основных групп микробного сообщества почвы и ризосферы растений. Большинство найденных видов бактерий рода Bacillus обладают хозяйственно важными свойствами. Поскольку они способны продуцировать биоконтрольные BemecTBa (aHTn6noTHKn, cидepoфopы, литические фepмeнты, токсины), фитoгopмoны и витамины, CHOCOOHN филировать азот атмосферы. Бактерий рода Bacillus являются высококонкурентными.
Представителей рода Bacillus применяют в качестве основы микробиологических биопрепаратов. Такое применение этих микроорганизмов предполагает экологически чистый устойчивый подход для увеличения урожайности на сельскохозяйственных предприятиях [3].
Bee nepeiiHCjennbie выше' CBoficTBa пpeдcтaвитeлeй рода Bacillus для coздaния микробиологических биопрепаратов, oблaдaющиx комплексом xoзяйcтвeннo ценных свойств [4].
MHorne тесты, которые пpимeняют для идeнтификaции 6aKTepnfi являются существенными для диагностики и MaccoBo используются в MHKpo6nonornn. Их постановка требует значительных затрат времени, колоссального KonnnecTBa cлoжныx сред и peaKTHBOB, a так же соблюдения стандартных условий проведения [3,4].
В данной работе показана применимость метода анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов гена 16S рРНК для идентификации микроорганизмов на примере рода Bacillus.
методов идентификации бактерий. В то время как для идeнтификaции нестарых MHKpoopraHH3MOB требуется несколько суток, а то и недель, то используя данный метод результат можно получить в течение дня [5].
Актуальность работы
Род Bacillus состоит из многочисленных видов, которые широко распространены в окружающей среде. Некоторые представители рода BacillusMQvyT вызывать болезни у животных и человека. Бактерии рода Bacillus широко применяются в биотехнологии.
Поскольку бактерии рода Bacillus обладают вышеперечисленными качествами, очень важно уметь быстро идентифицировать данные бактерии.
Цель работы: Идентифицировать бактерии видов Bacillus cereus, Bacillus pumilus и Bacillus образцов почвенных бактерий методом анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов гена 16S рРНК.
Задачи
1. Провести рестрикцию ампликонов 500L-1350R гена 16S-pPHK бактерий рода Bacillusinsilico с использованием базы данных Genbank.
2. Выделить ДНК из представленных образцов культур идентифицируемых микроорганизмов, определить ее концентрацию и качество.
3. Получить ампликоны 500L-1350R гена 16SpPHK и провести реакции рестрикции с полученными ампликонами, чтобы затем с помощью электрофореграмм определить вид исследуемых бактерий.
4. Провести электрофорез полученных продуктов гидролиза ампликонов рестриктазами Rsa I, BspFN I, BstHH I, Msp I, BstMB I, Taq I, и задокументировать полученные электрофореграммы.
5. Сравнить практические и теоретические картины электрофоретического разделения рестриктов данных ампликонов и сделать вывод по полученным совпадениям о видовой принадлежности исследуемого образца.
Работа выполнена на кафедре Медицинской биологии в Институте Фундаментальной Биологии и Биотехнологии.
1. Баубекова, Д. Г. Ростстимулирующая активность микроорганизмов рода Bacillus / Д. Г. Баубекова // Universum: химия и биология. - 2014. - № 7. - С. 30-37.
2. Kumar,P. Diversity of Bacilli from Disease Suppressive Soil and their Role in Plant Growth Promotion and Yield Enhancement / P. Kumar, S. Khare, R. C. Dubey // New York Science Journal. — 2012. — № 5(1). — P. 90-111.
3. Биопрепараты на основе бактерий рода Bacillus для управления здоровьем растений : учеб. пособие для студентов спец. «Биология» / М. В. Штерншис, А. А. Беляев, В. П. Цветкова, Т. В.Шпатова [и др.]. - Новосибирск : Гос. аграрный ун-т, 2016. - 337 с.
4. Чеботарь, В. К. Молекулярно-биохимические критерии оценки свойств эндофитных бактерий при создании комплексных микробиологических препаратов / [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://ati- agro.ru/microbiology/extrasol/nauchno-ob-ekstrasole/molekuljarno-biohimicheskie- kriterii-ocenki-svojstv (дата обращения: 21.04.2018).
5. Садыкова, А. Ж. Генетические основы селекции ферментационных дрожжей SaccharomycesnKluyveromyces дис. ... канд. биол. наук : 03.02.07 / Садыкова Айгуль Жомартовна. - Москва, 2016. - 150 c.
6. Новиков, Д. К. Медицинская микробиология : учебник / Д. К. Новиков, И. И. Генералов, Н. М. Данющенкова - Витебск : Витебский государственный медицинской университет, 2010. - 597 с.
7. Бочков, Н. П. Клиническая генетика : учебник / Н. П. Бочков, В. П. Пузырев, С. А. Смирнихина - Москва : Московская медицинская академия имени ИМ. Сеченова, 2011. - 592 с.
8. Скворцова, Н. Н. Основы молекулярной биологии : учеб. пособие / Н. Н. Скворцова. - Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2015. - 74 с.
9. Newsletter Department of Agriculture's Food Safety and Inspection Service. Introduction to the Microbiology of Food Processing. - Введ. 01.08.2012 USA :
2012. - 64 p.
10. Primrose, S. B. Principles of Gene Manipulation and Genomics : научнаястатья / S. B. Primrose, R. M. Twyman - USA: TJ International, 2006. - 667 p.
11. O'Brien, S. The evolution of bacterial mutation rates under simultaneous selection by interspecific and social parasitism / S. O'Brien , A. M. Rodrigues, A. Buckling // Royal Society.- UK : University of Exeter, University of Oxford, 2013. - P. 1-7.
11. Царенко, T. M. Микробиология с основами вирусологии : учебное пособие / Т. М. Царенко - Витебск : Витебский государственный медицинской университет,2004. - 176 c.
12. Кребс, Д. Гены по Льюину: науч. изд. пер. 10-го англ. изд. / Д. Кребс,
Э. Голдштейн, С. Килпатрик — Москва : Лаборатория знаний, 2017. — 919 с.
13. Стручкова, И. В. Регуляция биосинтеза белка : учебник / И. В. Стручкова, А. А. Брилкина, А. П. Веселов. - Нижний Новгород : Нижегородский университет им. Н.Н. Лобачевского, 2010. — 100 с.
14. Sridhar Rao, P. N. Bacterial genetics : scientific publication / P. N. Sridhar Rao - India : Medical College Davangere, 2006. - 110 c.
15. Kingery, K. Screening the dark genome for disease / K. Kingery // Nature Biotechnology. - USA : Duke University, - 2017.-№ 4. - P. 39.
16. Клименко, А. Е. Идентификация коллекционных культур бактерий современными масс-спектр. и молекулярно-генетическими методами : ВКР ... бакалавр спец. «Биология» : 06.03.01 - Краснодар, 2015. - 56 с.
17. Лысак, В.В. Микробиология : учеб. пособие / В. В. Лысак. - Минск : БГУ, 2005. - 261 с.
18. Gurdeep, R. Molecular Techniques to Assess Microbial / Gurdeep Rastogi, Rajesh K. Sani // Microbes and Microbial Technology: Agricultural and Environmental Applications Community Structure, Function and Dynamics in the Environment Molecular Techniques to Assess Microbial Community Structure, Function and Dynamics in the Environment. - 2011. - Chapter 2. - P. 29-57.
19. Стародумова, И. П. Развитие системы классификации актинобактерий ^Q^aRathayibacter : дис. ... канд. биол. наук : 03.02.03 / Стародумова Ирина Павловна. - Москва, 2018. - 150 c.
20. Турова, Т. П. Применение методов геносистематики для решения
вопросов таксономии и изучения биоразнообразия прокариот : дис. . д-
ра биол. наук : 03.00.07 / Турова Татьяна Павловна. - Москва, 2009. - 86 с.
21. Гусев, М. В., Минеева Л. А. Микробиология: учебник 4-е изд. / М. В. Гусев , Л. А. Минеева — Москва: Изд-во МГУ, 2004. - 448 с.
22. Медицинская микробиология: учеб. пособие / Д. К. Новиков, И. И. Генералов, Н. М. Данющенкова и др.- Витебск, 2010.- 584 c.
23. Брянская, А. В. Коллекция микроорганизмов ИЦиГ СО РАН как генетический ресурс для биотехнологии / А. В. Брянская // Вавиловский журнал генетики и селекции / ИЦиГ СО РАН, ИГМ СО РАН, НК СО РАН. - Новосибирск, 2017. - Т. 21, № 6. - С. 631-637.
24. Садунова, А. В. Общая характеристика бактерий рода Bacillus :
учебное пособие / А. В. Садунова. -
Владивосток : Дальневосточный федеральный университет, 2013. - 66 с.
25. Медведев, А. П. Генетика микроорганизмов: уч.- мет. пособие для студентов факультета ветеринарной медицины / А. П. Медведев, А. А. Вербицкий, Ю. И. Шапиро. - Витебск : УО ВГАВМ, 2004. - 108 с.
26. Идентификация бактерий Bacillus cereus на основе их фенотипической характеристики: научное издание / Д. А. Васильев, А. И. Калдыркаев, Н. А. Феоктистова, А. В. Алёшкин. - Ульяновск : НИИЦМиБ УлГСХА им. П.А. Столыпина, 2013. - 98 с.
27. Edward J. / FSANZ Agents of Foodborne Illness. 2nd ed, Food Standards Australia New Zealand, Canberra, 2013. [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.foodstandards.gov.au/publications/Documents/FSANZ_FoodborneIllness _2013_WEB.pdf
28. FSANZ Agents of Foodborne Illness. 2nd ed, Food Standards Australia. - Introduced 06.2013. - Australia : New Zealand, 2013. - 120 с.
29. Гатауллин А. Г. Биологические свойства штаммов Bacillussubtilis, перспективных для создания новых пробиотиков : дис. ... д-ра биол. наук Гатауллин Айрат Гафуанович.- Москва, 2005. - 131 с.
30. Разработка тест-системы генотипирования лактобактерий на основе полимеразной цепной реакции с целью видовой идентификации штаммов: отчет о НИР / Н. О. Терещенко, К. В. Беспоместных -Кемерово : Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, 2008. - 8 с.
31. Никитин И. Д. Обзор протеома
6aKTepnnBacillusAmylolique/aciensMBE128 / Никитин И. Д. - Москва: МГУ, 2017. - 3 с.
32. Wu, L. Bacilysin overproduction in Bacillus amyloliquefaciens FZB42markerless derivative strains FZBREP and FZBSPA enhances antibacterial activity / L. Wu, H. Wu, L. Chen, L. Ling and others // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2014. - № 99. - P. 11.
33. Grube, M. The plant microbiome and its importance for plant and human health / M. Grube, M. Schloter, K. Smalla, G. Berg // Frontiers in Microbiology. -
2014. - № 10. - P. 117-124.
34. Chen, L. Induced maize salt tolerance by rhizosphere inoculation of Bacillus amyloliquefaciens SQR9 / L.Chen, L.. Yunpeng; W. Gengwei; V. Njeri // Physiologia Plantarum. - 2016. Vol. 1, № 158, P. 34-44.
35. Qiu, M. Comparative proteomics analysis of Bacillus amyloliquefaciens SQR9 revealed the key proteins involved in in situ root colonization / Meihua Qiu, Zhihui Xu, Xingxing Li and others. // Journal of Proteome Research. - 2014. - № 13. - P. 81-91
36. Chen, L. Rapid Sanger sequencing of the 16S rRNA gene for identification of some common pathogens / L. Chen, Y. Cai, G. Zhou, X. Shi and others // PloS one. - 2014. - Vol. 9, №. 2. - P. 8.
37. Ботина, С. Г. Идентификация промышленных штаммов молочнокислых бактерий методами молекулярно-генетического чипирования / С. Г. Ботина // Генетика. - 2006. - Т. 42, № 12. - С. 1621-1635.
38. Точилина, А. Г. Индикация и идентификация бактерий рода Lactobacillus с использованием полимеразной цепной реакции / Г. А. Точилина // Микробиология, эпидемиология и иммунобиология. - 2008, - № 3. - С. 69¬73.
39. Джобулаева, А. К. Молекулярно-генетическая идентификация двух штаммов молочнокислых бактерий на основе анализа нуклеотидных последовательностей 16s rRNA гена / А. К.Джобулаева // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2014. - № 8. - С. 63-67.
40. Алексеева А. Е. Возможности и перспективы применения методов массивного параллельного секвенирования в диагностике и эпидемиологическом надзоре за инфекционными заболеваниями [Электронный ресурс] / А. Е. Алексеева, Н. Ф. Бруснигина // Медиаль - Аналитический обзор. - 2014. - Т. 2, № 12. - Режим доступа: www.medial-journal.ru. (дата обращения: 04.05.2018).
41. GenBank [Электронный ресурс] : база данных - Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/. (дата обращения: 04.05.2018).
42. Лопухов, Л. В. Полимеразная цепная реакция в клинической микробиологической диагностике / Л. В. Лопухов, М. В. Эйдельштейн // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. - Казань ; Смоленск, 2000. - Т. 2. - С. 96-106.
43. Хайруллина Е.В. Полимеразная цепная реакция // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» - [Электронный ресурс] : Режим доступа : http://www.scienceforum.ru/2018/3105/3960">www.scienceforum.ru/2018/3105/396 0. (дата обращения: 01.05.2018).
44. Основы полимеразной цепной реакции методическое пособие ДНК- технология. - Москва, - 2012. [Электронный ресурс] : Режим доступа : www.dna-technology.ru. (дата обращения: 01.05.2018).
45. Пехов, А. П. Биология с основами экологии : учебник для вузов / А. П. Пехов. — СПб.: Изд-во Лань, 2000. — 672 с.
46. Великов, В. А. Молекулярная биология : учеб. пособие для студ. биол. специальностей / В. А. Великов.- Саратов: Изд-во Сарат. источник, 2013. - 85 с.
47. Биотехнология - [Электронный ресурс] : Рестрикция - Режим доступа : http://www.biotechnolog.ru/ge/ge2_2.htm. (дата обращения: 02.05.2018).
48. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование : практическое пособие / Л. А. Остерман. - Москва: Наука, 1981. - 288 с.
49. Лагодич, А. В. Методы анализа нуклеиновых кислот : учеб.-метод. пособие для студентов биол. фак. / А. В. Лагодич, О. В. Лагодич. - Минск: БГУ, 2013 - 47 с.
50. Бондарева, О. С. Современные подходы к генотипированию возбудителей особо опасных инфекций / О. С. Бондарева // Эпидимиология и энфекционные болезни. - Волгоград - 2014. - № 1. - С. 34-44.
51. Каюмов, А. Р. Молекулярный анализ генома : учебно-методическое пособие / A. Р. Каюмов. - Казань: КФУ, 2016. - 60 с.
52. Патрушев Л. И. Экспрессия генов : науч. изд. / Л. И. Петрушев. - Москва, 2000. - 830 с.
53. Афонников, Д. А. Системная биология / Д. А. Афонников, В. В. Миронова // Вавиловский журнал генетт. и селекции, Н-рск - 2014.- Т. 18, № 1.
54. История и перспективы компьютерного конструирования лекарств : отчет о НИР / А. А. Глушко. - Пятигорск, 2010. - 23 c.
55. Food for Thought ... on In Silico Methods in Toxicology : отчет / T. Hartung, S. Hoffmann. - USA : Johns Hopkins University, 2009. - 12 c.
56. Выделение ДНК [3neKTpoHHHh ресурс] - Режим дocтyпa http://medprom.ru/medprom/mpp_0000367. (дата обращения: 29.05.2018)