Genome assembly and annotation of Deinococcus sp. AJ005 : analysis of ionizing radiation resistance

Abstract

Deinococcus er ættkvísl harðgerðra unhverfisbakería sem geta lifað af gífurlegt magn jónandi geislunar jafnt og uppþornun. Þessi hæfni hefur vakið áhuga vísindafólks og er náð fram með skilvirkri og fljótri viðgerð á DNA skemmdum. Ættkvíslin býr yfir fullkomnum DNA viðgerðareiginleikum, en það eitt og sér skýrir þó ekki hið einstaka þol gegn jónandi geislun og uppþornun. Nýlegar rannsóknir hafa sýnt fram á öfluga andoxunareiginleika ættkvíslarinnar sem hirða upp virk súrefnissambönd og stöðva keðjuverkandi áhrif oxunarálags. Þessi eiginleiki verndar próteinin sem gera við skemmdir á DNA og ver þau gegn óvirkjun af völdum oxunar, en það stuðlar að skilvirkri viðgerð á DNA. Ættkvíslin er einnig umfjöllunarefni virkra rannsókna í dag þar sem hún býr einnig yfir miklu magni óþekktra gena sem mögulega taka einnig þátt í að skýra þessa óvenjulegu hæfni. Þetta verkefni er bæði fræðilegt yfirlit yfir ættkvíslina Deinococcus og þoli hennar gegn jónandi geislun ásamt því að vera æfing í greiningu á erfðamengjum baktería með verkfærum lífupplýsingatækninnar. Farið var yfir sögu og flokkunarfræði ættkvíslarinnar og rannsóknir á þoli ættkvíslarinnar gegn jónandi geislun greindar og kynntar. Hrá og óunnin gögn úr heilraðgreiningu erfðamengis nýfundinnar tegundar Deinococcus sp. stofn AJ005 sem einangruð var á Suðurskautslandinu voru sótt úr gagnasafni á vefnum og erfðamengi hennar samsett de novo áður en það var skýrt með auðkenningu gena. Niðurstöðurnar voru metnar og erfðamengið greint með tilliti til gena sem taka þátt í þoli gegn jónandi geislun.

Deinococcus is a genus of tenacious environmental bacteria able to survive extraordinary amounts of both sustained and acute ionizing radiation as well as desiccation. This ability has evoked the interest of researchers and is achieved by efficient and fast repair of DNA damage. The genus possesses a complete set of DNA repair genes but this alone could not explain the extreme tolerance to ionizing radiation and desiccation. Recent studies have revealed powerful antioxidative mechanisms of the genus, allowing it to scavenge reactive oxygen species quickly to halt the chain reaction of oxidative stress. This protects the DNA repair proteins from damage from oxidation, allowing for fast and efficient repair of damaged DNA. The genus is being actively studied today and possesses multiple genes of unknown functions yet to be uncovered, possibly involved in these remarkable abilities as well. This project is both a literary review of the genus Deinococcus as well as an exercise in the analysis of bacterial genomes using the tools of bioinformatics. The history and taxonomy of the genus were discussed and research of the ionizing radiation tolerance abilities were analyzed and presented. Raw data from the whole genome sequencing of a novel Deinococcus sp. strain AJ005 isolated in Antarctica were obtained from online resources and assembled de novo followed by genome annotation. Results were evaluated and the genome was analyzed with regard to the genes involved in resistance to ionizing radiation.