The IMG/M data management and analysis system v.6.0: new tools and advanced capabilities

The Integrated Microbial Genomes & Microbiomes system (IMG/M: https://img.jgi.doe.gov/m/) contains annotated isolate genome and metagenome datasets sequenced at the DOE’s Joint Genome Institute (JGI), submitted by external users, or imported from public sources such as NCBI. IMG v 6.0 includes advanced search functions and a new tool for statistical analysis of mixed sets of genomes and metagenome bins. The new IMG web user interface also has a new Help page with additional documentation and webinar tutorials to help users better understand how to use various IMG functions and tools for their research. New datasets have been processed with the prokaryotic annotation pipeline v.5, which includes extended protein family assignments.

Building a custom high-throughput platform at the Joint Genome Institute for DNA construct design and assembly—present and future challenges

The rapid design and assembly of synthetic DNA constructs have become a crucial component of biological engineering projects via iterative design–build–test–learn cycles. In this perspective, we provide an overview of the workflows used to generate the thousands of constructs and libraries produced each year at the U.S. Department of Energy Joint Genome Institute. Particular attention is paid to describing pipelines, tools used, types of scientific projects enabled by the platform and challenges faced in further scaling output.

Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea (GEBA) VI: learning from type strains

Type strains of species are one of the most valuable resources in microbiology. During the last decade, the Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea (GEBA) projects at the US Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) and their collaborators have worked towards sequencing the genome of all the type strains of prokaryotic species. A new project GEBA VI extends these efforts to functional genomics, including pangenome and transcriptome sequencing and exometabolite analyses. As part of this project, investigators with interests in specific groups of prokaryotes are invited to submit samples for analysis at JGI.

Μοριακές προσεγγίσεις μηχανισμών βιοαποδόμησης πολυαρωματικών υδρογονανθράκων

Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs), συγκαταλέγονται στους πιο διαδεδομένους και επίμονους ρυπαντές του περιβάλλοντος με άμεση συνέπεια στην ανθρώπινη υγεία. Για τη βελτιστοποίηση των τεχνικών βιοαποκατάστασης των ρυπασμένων περιοχών, μέσω της εκμετάλλευσης του τεράστιου καταβολικού δυναμικού των μικροοργανισμών, απαραίτητη προϋπόθεση είναι αφενός η αποσαφήνιση των πορειών αποδόμησης των ρυπαντών από χαρακτηρισμένα βακτηριακά στελέχη και αφετέρου η σε βάθος κατανόηση των προσαρμοστικών μηχανισμών που ενεργοποιούνται στα βακτήρια παρουσία των ξενοβιοτικών αυτών ενώσεων. Σκοπός της παρούσης ερευνητικής μελέτης ήταν η αποσαφήνιση της πορείας βιοαποδόμησης του φαινανθρενίου από ένα νέο βακτηριακό στέλεχος, το οποίο αποτελεί νέο είδος του γένους Arthrobacter και έχει ονομαστεί Arthrobacter phenanthrenivorans (Sphe3). Πρόσφατα σε συνεργασία με το Joint Genome Institute (JGI), ολοκληρώθηκε η πλήρης αλληλούχιση του γονιδιώματός του.Μέσω της ανάλυσης in silico του γονιδιώματος, της μελέτης της έκφρασης γονιδίων με την τεχνική qRT-PCR, της υπερέκφρασης πρωτεϊνών, καθώς επίσης και της πρωτεωμικής ανάλυσης με nanoLC/MS-MS σε κύτταρα στελέχους Sphe3 που καλλιεργήθηκαν παρουσία φαινανθρενίου, φθαλικού, γλυκόζης και μίγματος φαινανθρενίου με γλυκόζη, πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός όλων των ενζύμων που εμπλέκονται στην πορεία καταβολισμού του φαινανθρενίου. Πραγματοποιήθηκε ο λειτουργικός χαρακτηρισμός της διοξυγονάσης αρχικής υδροξυλίωσης του φαινανθρενίου, η οποία μάλιστα διαπιστώθηκε οτι εμφανίζει απόλυτη εξειδίκευση ως προς το φαινανθρένιο.Ο λειτουργικός χαρακτηρισμός των δύο γονιδίων της διοξυγονάσης του 1-υδροξυ-2-ναφθοϊκού οξέος ( καταβολικό πλασμίδιο και χρωμόσωμα του στελέχους Sphe3), έδειξε ότι τα ένζυμα που κωδικεύουν ανήκουν στην οικογένεια των cupin πρωτεϊνών και έχουν παρόμοιες καταλυτικές ιδιότητες. Ο περαιτέρω καταβολισμός του 1-υδροξυ-2-ναφθοϊκού οξέος προχωράει είτε μέσω της ortho- είτε μέσω της meta-σχάσης του πρωτοκατεχοϊκού οξέος, όπως φάνηκε από την μελέτη in silico και αποδείχθηκε και από την πρωτεωμική ανάλυση. Η μελέτη των γονιδίων που κωδικεύουν τα ένζυμα της meta-σχάσης σε μεταγραφικό επίπεδο, έδειξε ότι τα γονίδια αυτά συμμεταγράφονται συνιστώντας ένα οργανωμένο οπερόνιο. Πειράματα συν-μεταβολισμού, έδειξαν τη δυνατότητα του στελέχους να συν-καταβολίζει πλήρως το φλουρένιο και το ανθρακένιο και μερικώς το φλουορανθένιο παρουσία του φαινανθρενίου.Τόσο από την πρωτεωμική ανάλυση όσο και από πειράματα qRT-PCR, φαίνεται ότι όλα τα ένζυμα που μετέχουν στην καταβολική πορεία του φαινανθρενίου καταστέλλονται παρουσία της γλυκόζης. Επιπλέον, η πρωτεωμική ανάλυση συνέβαλε και στην κατανόηση των μηχανισμών προσαρμογής του στελέχους Sphe3 παρουσία ξενοβιοτικών ενώσεων. Έτσι, παρουσία των αρωματικών υποστρωμάτων παρατηρήθηκε μεταβολή στα επίπεδα έκφρασης ενζύμων του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα και του μεταβολισμού των αμινοξέων, πρωτεϊνών μεταφορέων, πρωτεϊνών του κυτταρικού φακέλου και πρωτεϊνών που επάγονται παρουσία καταπόνησης. Η παρούσα πρωτεωμική ανάλυση αποτελεί και την πρώτη μελέτη παρουσία υποστρωμάτων PAHs και γλυκόζης σε στέλεχος Arthrobacter, αφού δεν υπάρχει κάποια πρότερη αναφορά στη διεθνή βιβλιογραφία.