Análisis filogenético de la óxido nitroso reductasa (nosZ): establecimiento del perfil de la proteína

Abstract

Uno de los objetivos principales del presente trabajo es la elaboración del análisis filogenético de la óxido nitroso reductasa, una enzima encargada de la reducción del N2O a N2 durante la desnitrificación biológica. El otro objetivo principal es el establecimiento del perfil de dicha proteína. Para ello ha sido necesario crear una base de datos que incluya un conjunto de secuencias proteicas de distintos organismos microbiológicos, mediante la búsqueda de homólogos de la secuencia query en BLAST. Posterior a la preparación de las secuencias, se realiza un alineamiento múltiple con el software MEGA-X, así como la determinación del modelo evolutivo y la señal filogenética, esta última usando TREE-PUZZLE. Para el estudio de la clasificación taxonómica de los organismos poseedores del gen nosZ se prepara un árbol filogenético usando el método probabilístico de máxima verosimilitud con bootstrapping. De este análisis se obtiene la distinción de los organismos en dos Clados, según si poseen el gen ¿típico¿ o ¿atípico¿. El último paso es la preparación del perfil proteico. Se ha preparado dos, uno para cada Clado, usando el servidor web Phyre2. Se han predicho las estructuras tridimensionales de la proteína mediante el modelado por homología, ambas con un nivel de confianza del 100%. Con los resultados obtenidos, se confirma que es posible ampliar y complementar los estudios ya hechos sobre la óxido nitroso reductasa usando bases de datos públicas, hecho que podría significar un paso importante en la potencial reducción de las emisiones de N2O, un potente gas de efecto invernadero.

Un dels objectius principals del present treball és l'elaboració de l'anàlisi filogenètica de l'òxid nitrós reductasa, un enzim encarregat de la reducció del N2O a N2 durant la desnitrificació biològica. L'altra finalitat principal és l'establiment del perfil d'aquesta proteïna. Per a això ha estat necessari crear una base de dades que inclogui un conjunt de seqüències proteiques de diferents organismes microbiològics, mitjançant la cerca d'homòlegs de la seqüència query en BLAST. Posterior a la preparació de les seqüències, es realitza un alineament múltiple com el programari MEGA-X, així com la determinació del model evolutiu i el senyal filogenètic, aquesta última usant TREE-*PUZLE. Per a ho estudio de la classificació taxonòmica dels organismes posseïdors del gen nosZ es prepara un arbre filogenètic fent servir el mètode probabilístic de màxima versemblança con bootstrapping. D'aquesta anàlisi s'obté la distinció dels organismes en dos Clades, segons si posseeixen el gen "típic" o "atípic". L'últim pas la hi preparació del perfil proteic. S'han preparat dos, un per a cada Clade, fent servir el servidor web Phyre2. S'han predit les estructures tridimensionals de la proteïna mitjançant la modelada per homologia, ambdues com un nivell de confiança del 100%. Amb els resultats aconseguits, es confirma que és possible ampliar i complementar els estudis ja fets sobre l'òxid nitrós reductasa utilitzant bases de dades públiques, fet que podria significar un pas important en la potencial reducció de les emissions de N2O, un potent gas d'efecte d'hivernacle.

One of the main objectives of the present work is the phylogenetic analysis of nitrous oxide reductase, an enzyme responsible for the reduction of N2O to N2 during biological denitrification. The other main objective is to establish the profile of this protein. For this purpose, it has been necessary to create a database that includes a set of protein sequences from different microbiological organisms, by searching for homologues of the query sequence in BLAST. After the preparation of the sequences, a multiple alignment is carried out with the MEGA-X software, as well as the determination of the evolutionary model and the phylogenetic signal, the latter using TREE-PUZZLE. For the study of the taxonomic classification of organisms possessing the nosZ gene, a phylogenetic tree is prepared using the probabilistic method of maximum likelihood with bootstrapping. From this analysis we obtain the distinction of the organisms into two clades, according to whether they possess the "typical" or "atypical" gene. The last step is the preparation of the protein profile. Two have been prepared, one for each Clade, using the Phyre2 web server. The three-dimensional protein structures have been predicted by homology modelling, both with a 100% confidence level. With the results obtained, it is confirmed that it is possible to extend and complement the studies already done on nitrous oxide reductase using public databases, a fact that could mean an important step in the potential reduction of N2O emissions in the European Union emissions of N2O, a potent greenhouse gas.