Описан поиск и анализ структур CRISPR-Cas-системы в геноме плазмиды pYC-1, которая является мегаплазмидой штамма Bacillus thuringiensis YC-10. Биоинформационный поиск структур CRISPR-Cas-системы включал три этапа: идентификация cas-генов, детекция CRISPR-кассет и анализ их структур. Идентификацию cas-генов проводили через их аминокислотный профиль при помощи программы MacSyFinder. Детекцию и анализ CRISPR-кассет проводили при помощи приложений CRISPRFinder, CRISPRDetect, PILER-CR, CRISPR Recognition Tool (CRT). Консенсусная структура для множественного выравнивания межспейсерных повторов получена и визуализирована в WebLogo 3. Положение консенсусной последовательности в классификации CRISPR-ассоциированных повторов определено через web-сервис CRISPRmap (v. 1.3.0). Анализ структуры CRISPR-локуса проводили, используя программную платформу Artemis (v. 17.0.1). Тип CRISPR-Cas-системы определяли в соответствии с последней версией классификации. Описаны структуры CRISPR-Cas-системы, обнаруженные в результате программного поиска. Проведён анализ структуры выявленных CRISPR-кассет. Наличие в плазмидном геноме CRISPR-Cas-системы может свидетельствовать о возможной передаче данного локуса от бактериальной хромосомы плазмиде. Выдвинуто предположение, что данные системы могут передаваться путём конъюгации в бактериальных сообществах. Отмечена высокая эффективность применения описываемого биоинформационного алгоритма для детекции структур CRISPR-Cas-систем во внехромосомных элементах генома.

Арефьева Надежда Александровна, студент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: arefieva.n4@gmail.com 

Джиоев Юрий Павлович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией, НИИ биомедицинских технологий, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–29–86, e-mail: alanir07@mail.ru 

Борисенко Андрей Юрьевич, аспирант, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–29–86, e-mail: 89500720225@mail.ru 

Степаненко Лилия Александровна, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, НИИ биомедицинских технологий, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–29–86, e-mail: steplia@mail.ru 

Перетолчина Надежда Павловна, аспирант, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–29–86, e-mail: nadine1lenz@gmail.com 

Букин Юрий Сергеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Лимнологический институт СО РАН, Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3; Иркутский национальный исследовательский технический университет, Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, тел.: (3952) 42–65–04, e-mail: bukinys@lin.irk.ru 

Чемерилова Валентина Ивановна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: valchem@yandex.ru 

Вятчина Ольга Федоровна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: olgairk3@rambler.ru 

Секерина Ольга Александровна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–38–43, e-mail: o.sekerina@ismu.baikal.ru 

Маркова Юлия Александровна, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией, Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, Россия, 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132, тел.: (3952) 42–67–21, e-mail: juliam06@mail.ru 

Юринова Галина Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: yurinova@yandex.ru 

Саловарова Валентина Петровна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: vsalovarova@rambler.ru 

Приставка Алексей Александрович, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: pristavk@gmail.com 

Кузьминова Валерия Михайловна, студент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: ewwwrye@gmail.com 

Мартынова Алена Сергеевна, студент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, тел.: (3952) 42–27–17, e-mail: martynovalen@mail.ru 

Злобин Владимир Игоревич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой, директор, НИИ биомедицинских технологий, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, тел.: (3952) 24–29–86, e-mail: vizlobin@mail.ru

Детекция и анализ структур CRISPR-Cas-систем в геноме плазмиды pYC-1 из штамма Bacillus thuringiensis YC-10 / Н. А. Арефьева, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, Л. А. Степаненко, Н. П. Перетолчина, Ю. С. Букин, В. И. Чемерилова, О. Ф. Вятчина, О. А. Секерина., Ю. А. Маркова, Г. В. Юринова, В. П. Саловарова, А. А. Приставка, В. А. Кузьминова, А. C. Мартынова, В. И. Злобин // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2018. Т. 26. С. 3–17. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2018.26.3

Bacillus thuringiensis, штамм YC-10, плазмиды, плазмида pYC-1, CRISPR-Cas-система, методы биоинформатики

Биоинформационный анализ CRISPR-Cas системы штамма Yersinia pseudotuberculosis IP32953 / Н. П. Перетолчина, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, Е. А. Воскресенская, А. И. Парамонов, Л. А. Степаненко, О. В. Колбасеева, В. И. Злобин // Acta Biomedica Scientifica. 2016. № 5. С. 64–68. 

Детекция структур CRISPR-Cas систем в геноме штамма Pseudomonas aeruginosa UCBPP-PA14 методами биоинформатики / О. В. Колбасеева, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, Л. А. Степаненко, В. И. Злобин, В. И. Колбасеева // Журнал инфектологии. 2018. Т. 10, № 2. С. 62–63. 

Использование биоинформационных программных методов для поиска CRISPR-Cas систем в геномах штаммов Staphilococcus aureus / А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, А. И. Парамонов, Ю. С. Букин, Л. А. Степаненко, О. В. Колбасеева, И. В. Злобин. // Сибирский медицинский журнал. 2015. № 2. С. 71–74. 

Характеристика CRISPR-Cas систем в геноме Neisseria meningitidis FDAARGOS_214 30-31 / Л. А. Степаненко, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, В. И. Злобин, О. В. Колбасеева, И. В. Малов // Журн. инфектологии, 2018. Т. 10. № 1. С. 30–31. 

An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems / K. S. Makarova, Y. I. Wolf, O. S. Alkhnbashi, F. Costa, S. A. Shah, S. J. Saunders, R. Barrangou, S. J. Brouns, E. Charpentier, D. H. Haft, P. Horvath, S. Moineau, F. J. Mojica, R. M. Terns, M. P Terns., M. F. White, A. F. Yakunin, R. A. Garrett, J. van der Oost, R. Backofen, E. V. Koonin // Nat. Rev. Microbiol. 2015. Vol. 13, N 11. P. 722–736. https://doi.org/10.1038/nrmicro3569

Artemis: an integrated platform for visualization and analysis of high-throughput sequence-based experimental data / T. Carver, S. R. Harris, M. Berriman, J. Parkhill, J. A. McQuillan. Bioinformatics. 2012. Vol. 5, N 4. P. 464–469. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr703

Bacillus thuringiensis toxins: an overview of their biocidal activity. L. Palma, D. Munoz, C. Berry, J. Murillo, P. Caballero // Toxins (Basel). 2014. Vol. 6, N 12. P. 3296–3325. https://doi.org/10.3390/toxins6123296

Bhaya D., Davison M., Barrangou R. CRISPR-Cas systems in bacteria and archaea: versatile small RNAs for adaptive defense and regulation // Annu. Rev. Genet. 2011. N 45. P. 273-297. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-110410-132430

Cas5d protein processes pre-crRNA and assembles into a cascade-like interference complex in subtype I-C/Dvulg CRISPR-Cas system / K. H. Nam, C. Haitjema, X. Liu, F. Ding, H. Wang, M. P. DeLisa, A. Ke // Structure. 2012. Vol. 20, N 9. P. 1574–1584. https://doi.org/10.1016/j.str.2012.06.016

Clustered regularly interspaced short palindrome repeats (CRISPRs) have spacers of extrachromosomal origin / A. Bolotin, B. Quinquis, A. Sorokin, S. D. Ehrlich // Microbiology. 2005. Vol. 151. P. 2551–2561. https://doi.org/10.1099/mic.0.28048-0

Complete genome sequence of Bacillus thuringiensis YC-10, a novel active strain against plant-parasitic nematodes / F. Cheng, J. Wang, Z. Song, J. Cheng, D. Zhang, Y. Liu. // J. Biotechnol. 2015. Vol. 210, P. 17-18. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2015.06.395

Complete Sequence and Organization of pFR260, the Bacillus thuringiensis INTA Fr7-4 Plasmid Harboring Insecticidal Genes / L. E. Navas, A. F. Amadio, E. M. Ortiz, D. H. Sauka, G. B. Benintende, M. F. Berretta, R. O. Zandomeni // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2017. Vol. 27, N 1. P. 43–54. https://doi.org/10.1159/000451056.

Cong L. Zhang F. Genome engineering using CRISPR-Cas9 system // Methods Mol. Biol. 2015. Vol. 1239, P. 197-217. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1862-1_10

CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes / R. Barrangou, C. Fremaux, H. Deveau, M. Richards, P. Boyaval, S. Moineau, D.A. Romero, P. Horvath // Science. 2007. Vol. 315, N 5819. P. 1709–1712. https://doi.org/10.1126/science.1138140

CRISPR recognition tool (CRT): a tool for automatic detection of clustered regularly interspaced palindromic repeats / C. Bland, T. L. Ramsey, F. Sabree, M. Lowe, K. Brown, N. C. Kyrpides, P. Hugenholtz // BMC Bioinformatics. 2007. Vol. 8, N 209. P. 1–8. https://doi.org/10.1186/1471-2105-8-209

CRISPR-based adaptive and heritable immunity in prokaryotes / J. Van der Oost, M. M. Jore, E. R. Westra, M. Lundgren, S. J. Brouns // Trends Biochem. Sci. 2009. Vol. 34, N 8. P. 401–407. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2009.05.002 

CRISPI: a CRISPR interactive database / C. Rousseau, M. Gonnet, M. Le Romancer, J. Nicolas // Bioinformatics. 2009. Vol. 25, N 24. P. 3317–3318. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp586

CRISPRDetect: A flexible algorithm to define CRISPR arrays / A. Biswas, R. H. Staals, S. E. Morales, P. C. Fineran, C. M. Brown // BMC Genomics. 2016. Vol. 17, N 356. https://doi.org/10.1186/s12864-016-2627-0 

CRISPRmap: an automated classification of repeat conservation in prokaryotic adaptive immune systems / S. J. Lange, O. S. Alkhnbashi, D. Rose, S. Will, R. Backofen // Nucleic Acids Res. 2013. Vol. 41, N 17. P. 8034–8044. https://doi.org/10.1093/nar/gkt606

Doudna J. A., Charpentier E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9 // Science. 2014. Vol. 346, N 6213. P. 1258096–1258099. https://doi.org/10.1126/science.1258096

Edgar R. C. PILER-CR: Fast and accurate identification of CRISPR repeats // BMC Bioinformatics. 2007. Vol. 8, N 18. P. 1–6. https://doi.org/10.1186/1471-2105-8-18

Gasiunas G., Sinkunas T., Siksnys V. Molecular mechanisms of CRISPR-mediated microbial immunity // Cellular and Molecular Life Sciences. 2014. Vol. 71, N 3. P. 449–465. https://doi.org/10.1007/s00018-013-1438-6

Grissa I., Vergnaud G., Pourcel C. CRISPRFinder: a web tool to identify clustered regularly interspaced short palindromic repeats // Nucleic Acids Research. 2007а. Vol. 35. P. W52–W57. https://doi.org/10.1093/nar/gkm360

Grissa I., Vergnaud G., Pourcel C. The CRISPRdb database and tools to displayCRISPRs and to generate dictionaries of spacers and repeats // BMC Bioinformatics. 2007б. Vol. 23, N 8. P. 172. https://doi.org/10.1186/1471-2105-8-172 

Hille F., Charpentier E. CRISPR-Cas: biology, mechanisms and relevance // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2016. Vol. 371, N 1707. 12 p. https://doi.org/10.1098/rstb.2015.0496 

Hsu P. D., Lander E. S., Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering // Cell. 2014. Vol. 157, N 6. P. 1262–1278. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.05.010

Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements / F. J. M. Mojica, C. Diez-Villasenor, J. Garcia-Martinez, E. Soria // J. Mol. Evol. 2005. Vol. 60. P. 174–182.

Koonin E. V., Makarova K. S., Zhang F. Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems // Curr. Opin. Microbiol. 2017. Vol. 37, P. 67–78. https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.05.008 

MacSyFinder: A Program to Mine Genomes for Molecular Systems with an Application to CRISPR-Cas Systems / S. S. Abby, B. Neron, H. Menager, M. Touchon, E. P. C. Rocha // PLoS ONE. 2014. Vol. 9, N 10, P. e110726. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110726

Makarova K. S., Wolf Y. I., Koonin E. V. The basic building blocks and evolution of CRISPR-CAS systems // Biochem. Soc. Trans. 2013. Vol. 41, N 6. P. 1392–400. https://doi.org/10.1042/BST20130038

Melo A. L., Soccol V. T., Soccol C. R. Bacillus thuringiensis: mechanism of action, resistance, and new applications: a review // Crit. Rev. Biotechnol. 2016. Vol. 36, N 2. P. 317–26. https://doi.org/10.3109/07388551.2014.960793

Ohba M., Mizuki E., Uemori A. Parasporin, a new anticancer protein group from Bacillus thuringiensis // Anticancer Res. 2009. Vol. 29, N 1. P. 427–433.

Prospects to Enhance Phage Therapy by Looking At CRISP Fingerprints in Bacterial Populations / V. I. Zlobin, Y. P. Dzhioev, N. P. Peretolchina, A. Y. Borisenko, L. A. Stepanenko, Y. Wang, Z. Qu, R. Pierneef, O. N. Reva // Current Trends in Biomedical Engineering & Biosciences. 2018. Vol. 10, N 5. Р. 1–3.

The Revolution Continues: Newly Discovered Systems Expand the CRISPR-Cas Toolkit / K. Murugan, K. Babu, R. Sundaresan, R. Rajan, D. G. Sashital // Mol. Cell. 2017. Vol. 68, N 1. P 15–25. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.09.007

WebLogo: a sequence logo generator / G. E. Crooks, G. Hon, J. M. Chandonia, S. E. Brenner // Genome Res. 2004. Vol. 14, N 6. P. 1188–1190.