No Antarktīdas augsnes izolēto bakteriofāgu Pērkons un Lietuvēns hipotētisko proteīnu ekspresija un attīrīšana

Abstract

Bakteriofāgi tika atklāti gadsimtu iepriekš, bet vēl joprojām par tiem ir daudz neizzinātu faktu. To primārā funkcija – inficēt baktērijas – ir pašsaprotama, bet proteīni, kas šo funkciju nodrošina, lielākoties ir raksturoti kā hipotētiskie, jeb to funkcijas nav zināmas vai pierādītas. Proteīnu strukturālie pētījumi ir tiešs rīks kā prognozēt, pierādīt un izprast proteīnu funkcijas un to nepieciešamību bakteriofāgu optimālai funkcionēšanai. Funkciju izpēte rada iespēju bakteriofāgus “domesticēt”, veidojot komerciāli pielietojamus preparātus. Darba mērķis bija atlasīt, ekspresēt un attīrīt Caudoviricetes klases bakteriofāga Lietuvēns proteīnus Lt60 un Lt68 un bakteriofāga Pērkons proteīnus Pr180, Pr199, Pr210 ar mērķi nākotnē iegūt to terciārās struktūras, lai salīdzinātu tās ar AlphaFold programmas paredzējumiem, kas raksturoti šajā darbā. Darba ietvaros tika sekmīgi veikta proteīnu selekcija, ekspresija, attīrīšana un kristalizācijas procesa uzsākšana. Salīdzinot proteīnu sekvences ar datubāzēs pieejamajām, atlasīto proteīnu analogi tika identificēti citās baktērijās un bakteriofāgos, kas potenciāli liecina par to lomu evolūcijā, kā arī svarīgu nozīmi fāgu funkcionēšanā. Proteīnu funkciju paredzēšanas rezultāti norāda, ka šāda varbūtība pastāv, bet proteīnu funkcionālai klasificēšanai nākotnē ir paredzēta AlphaFold programmas terciāro struktūru salīdzināšana ar kristalizācijas un rentgenstaru difrakcijas rezultātā iegūtajiem datiem.

Bacteriophages were discovered a century ago, yet many facts about them remain unexplored. Their primary function—to infect bacteria—is self-evident, but the proteins that facilitate this function are largely characterized as hypothetical, meaning their functions are unknown or unproven. Structural studies of proteins are a direct tool to predict, prove, and understand protein functions and their necessity for the optimal functioning of bacteriophages. Studying these functions creates the possibility to "domesticate" bacteriophages, forming commercially applicable preparations. The aim of this work was to select, express, and purify the proteins Lt60 and Lt68 of the bacteriophage Lietuvens, and the proteins Pr180, Pr199, and Pr210 of the bacteriophage Perkons of the Caudoviricetes class, with the goal of obtaining their tertiary structures in the future, to compare them with predictions made by the AlphaFold program, which are characterized in this work. Within the scope of this work, protein selection, expression, purification, and the initiation of the crystallization process were successfully carried out. By comparing the protein sequences with those available in databases, analogs of the selected proteins were identified in other bacteria and bacteriophages, potentially indicating their role in evolution as well as their importance in phage functioning. The results of protein function predictions suggest that such possibility exists, but for functional classification of the proteins in the future, the comparison of tertiary structures predicted by the AlphaFold program with data obtained from crystallization and X-ray diffraction is intended.