مجتبی طهمورث پور
-
هدف
هدف از انجام این تحقیق پیشنهاد یک الگوریتم کارآمد بهمنظور پیشبینی پپتیدهای ضدمیکروبی با استفاده از الگوریتم های هوش مصنوعی می باشد.
مواد و روش هادر این تحقیق، ابتدا یک مجموعه داده پپتیدهای ضدمیکروبی و پپتیدهای فاقد فعالیت ضدمیکروبی به روز شامل ویژگی های فیزیکوشیمیایی در سطح اسیدهای آمینه و توالی پروتئین در سه گونه حیوانی و انسان استخراج گردید. پس از کاوش داده ها و مراحل پیشپردازش داده، چهار روش یادگیری با نظارت شامل الگوریتم درخت تصمیمگیری ، الگوریتم جنگل تصادفی، الگوریتم بیز ساده و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان بر روی مجموعه داده پپتیدهای ضدمیکروبی و پپتیدهای فاقد فعالیت ضدمیکروبی با اعتبارسنجی متقابل 10 برابری برای ساخت مدل ها و پیشبینی برچسب پپتیدهای ضدمیکروبی با استفاده از معیارهای ارزیابی اختصاصی بودن، حساسیت، نرخ صحت، معیار دقیق بودن، نرخ کامل بودن، معیار اف و سطح زیر منحنی راک ارزیابی گردید.
نتایجدر این تحقیق با استفاده از یک مجموعه داده به روز، یک مدل یادگیری ماشین. با موفقیت برای پیش بینی پپتیدهای ضدمیکروبی آموزش داده شده است. مجموعه جامعی از ویژگی های تحت انتخاب ویژگی قرار گرفته اند تا ویژگی های کلیدی پپتیدهای ضدمیکروبی را شناسایی کنند. پس از انتخاب ویژگی، در میان مدل های مختلف تولید شده، مدل مبتنی بر طبقه بندی کننده مدل جنگل تصادفی با نرخ صحت (95 درصد)، معیاردقیق بودن (96 درصد)، نرخ کامل بودن (95 درصد) و معیار اف (95 درصد)، بهترین عملکرد را نشان داد. از چهار الگوریتم دسته بندی، الگوریتم جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان بیشترین دقت را دارند. و الگوریتم دسته بند درخت تصمیم گیری کمترین دقت را داشت.
نتیجه گیریبا توجه به نتایج به دست آمده مدل پیشنهادی جنگل تصادفی عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل ها برای پیشبینی پپتیدهای ضدمیکروبی دارد، این مدل برخی از پپتیدها را به عنوان پپتید با خاصیت ضدمیکروبی پیش بینی کردند. این رویکرد پیش بینی می تواند در استخراج پپتیدهای ضدمیکروبی از کتابخانه های پپتیدهای ضدمیکروبی در کاربردهای بالینی مفید قبل از حرکت به مطالعات تجربی مفید باشد. از سوی دیگر، چندین ویژگی در ویژگی های انتخابی نهایی نشان می دهد که این ویژگی ها تعیین کننده حیاتی خواص پپتیدها هستند و باید در توسعه مدل هایی برای پیش بینی فعالیت پپتیدها در نظر گرفته شوند. کد اجرایی در فایل پیوست موجود است.
کلید واژگان: الگوریتم های یادگیری ماشین, پپتیدهای ضدمیکروبی, سطح زیر منحنی های مشخصه عملکرد گیرنده, ماتریس درهمریختگیObjectiveThe aim of this study was to propose an efficient algorithm to predict antimicrobial peptides using artificial intelligence algorithms.
Materials and methodsIn this study, an updated AMP and non-AMP data set including physico-chemical characteristics at the level of amino acids and protein sequence in three animal species and humans was extracted. After data exploration and data pre-processing steps, four methods Supervised learning including Decision Tree, Random Forest, Naive Bayes and SVM on the AMP dataset with 10-fold cross-validation to build models and predict the AMP label using the evaluation criteria of specificity, sensitivity, rate Accuracy, precision, recall, F1 score and area under the rock curve (AUC) were evaluated.
ResultsIn this study, using an up-to-date dataset, a machine learning model has been successfully trained to predict antimicrobial peptides. A comprehensive set of features has been subjected to feature selection to identify key features of antimicrobial peptides. After selecting the feature, among the different generated models, the model based on the RF model classifier showed the best performance with Accuracy (95 percent), Precision (96 percent), Recall (95 percent), F1 Score (95 percent). the four classification of algorithms, Random Forest algorithm and SVM are the most accurate. The Decision Tree classification algorithm had the least accuracy.
ConclusionsAccording to the obtained results, the proposed RF model has a better performance than other models for AMP prediction. This model predicted some peptides as peptides with antimicrobial properties. This predictive approach can be useful in extracting AMPs with antimicrobial properties from AMP libraries in useful clinical applications before moving on to experimental studies. On the other hand, several features in the final selection properties indicate that these features are critical determinants of peptide properties and should be considered in the development of models to predict peptide activity. The executable code is available in the attached file.
Keywords: Machine Learning Algorithms, Antimicrobial Peptides, Area Under The Rock Curve, Confusion Matrix -
امروزه می توان با روش های بیوانفورماتیکی داده های حاصل از مطالعات و پلتفرم های مختلف را ادغام و از آن ها بهره برد. در این مطالعه، با ادغام داده های ریزآرایه و RNA-Seq بافت عضله گوسفند نژاد تکسل موجود در پایگاه داده به مقایسه پروفایل ترنسکریپتومی عضله در دو مقطع سنی جنینی و بلوغ پرداخته شد. برای محاسبه مقادیر بیانی عضله ریزآرایه مربوط به دوران جنینی از بسته های نرم افزاری Limma، Biobase و GEOquery در محیط R و برای محاسبه مقادیر بیانی عضله RNA-Seq از پروتکل Tuxedo و بسته نرم افزاری HTSeq در محیط لینوکس و بسته نرم افزاری DESeq2 در محیط R استفاده شد. سپس دو نوع مقادیر بیانی ادغام شدند. نتایج نشان داد، در بافت عضله بین مقطع سنی بلوغ و جنینی بیان 62 ژن (37 ژن افزایش و 25 ژن کاهش بیان) اختلاف معناداری داشتند. با رسم شبکه ژنی بین ژن های افتراقی، 15 ژن منتخب MYH1، ACTN3، CASQ1، TMOD4، FBP2، SLC2A4، MX1، COX4I1، SOD2، MFN2،UQCRB، UCP3، PRKAB2، PHKG2، PPP1R3C شناسایی شدند. عملکرد این ژن ها در تکثیر سلولی، تشکیل میوفیبریل ها و متابولیسم های چربی زایی ثابت شده است. آنالیز هستی شناسی ژن های افتراقی نقش برخی از این ژن ها مثل ACTN3 وCASQ1 را در فرآیندهای زیستی مثل توسعه سلول عضلانی مخطط، مسیرهای علامت دهی Calcineurin-NFAT و JAK-STAT آشکار کرد. این مطالعه علاوه بر تایید روش ادغامی داده های ناهمگن، دیدی کلی از تفاوت های ترنسکریپتومی بافت عضله گوسفند تکسل در دو مقطع مهم سنی را فراهم آورد تا ژن های منتخب معرفی شده منبع مفیدی برای بررسی های زیستی ژن های مربوط به رشد و نمو عضله باشد.کلید واژگان: ادغام داده های ناهمگن, بیان افتراقی ژن ها, شبکه ژنی, هستی شناسی ژن هاIntroductionAmong different sheep breeds in the world, the Texel breed is known as a meaty and muscular breed. Skeletal muscle growth is a step-by-step and exponential process from differentiation, development and maturation, which is regulated by gene networks and cell signaling pathways, and several genes and factors are involved in the process of muscle fiber formation and their growth and hypertrophy (Badday Betti et al. 2022). The study of gene expression is done with several methods, and this gene expression information is used in breeding programs as a tool to improve phenotypic choices. Databases are a large source of expression data that can be used by bioinformatics methods to integrate heterogeneous data from different studies and platforms. In this study, by integrating the microarray and RNA-Seq data available in the database belonging to the muscle tissue of Texel breed sheep, the transcriptomic profile of the muscle was compared at two ages of embryonic and adult.Materials and MethodsMicroarray data related to longissimus dorsi muscle tissue with three replicates d-70 embryos from GEO database with accession number GSE23563 and RNA-Seq data related to muscle tissue from six samples with two replicates from adult individuals from ArrayExpress database were selected. Limma, Biobase and GEOquery software packages were used to calculate the expression values of the microarray data related to the embryonic age in the R environment, and Tuxedo, HTSeq and DESeq2 packages were used in the Linux and R environment to calculate the expression values of the RNA-Seq data (Kamali et al. 2022; Sahraei et al. 2019). Then two types of expression values were integrated and to eliminate non-biological effects, the batch effects were also removed. Next, differential genes were identified with the limma software package. In order to identify the relationship between the identified differential genes, the gene network was drawn between them by software of Cytoscape version 3.7.1 and String 1.5.1 program. next, due to the vastness of the gene network, each network was clustered with MCODE 1.6.1 and CytoCluster 2.1.0 programs (ClusterOne algorithm) and significant clusters (P-value < 0.05) were identified (Saedi et al. 2022). In order to better understand the ontology and function of the identified differential genes, the Gene Ontology of the genes was investigated using software of Cytoscape version 3.7.1 and ClueGO 2.5.9 and CluePedia 1.5.9 programs. After receiving the Gene Ontology results, significant Gene Ontology terms (P-Value < 0.05) related to functional groups were identified. Finally, the selected genes (Adj P-Value < 0.05) were identified and introduced in these two age groups.Results and DiscussionAfter quality control, correcting and normalizing the microarray data, the GPL10778 platform annotation file with 1042520 Probe ID was used to calculate their expression values. After relevant analyzes of 9289 Probe ID identified related to the data of this study, 7918 Gene Symbol was identified finally. After quality control, trimming and normalizing the RNA-Seq data in total, the number of Ensembl_Genes based on which the reading values were calculated by HTSeq was 27056. After removing IDs that had zero readings in all 6 samples, 10855 IDs remained. Then, these 10855 Ensembl ID were merged with the annotation file to obtain Gene Symbol, and finally 9417 common genes were identified between the six samples of adult age. The results of differential expression analysis showed that there were significant differences in the expression of 62 genes (37 increased and 25 decreased) in the muscle tissue between adult and embryonic age. By creating a gene network between differential genes, 15 selected genes were identified, including MYH1, ACTN3, CASQ1, TMOD4, FBP2, SLC2A4, MX1, COX4I1, SOD2, MFN2, UQCRB, UCP3, PRKAB2, PHKG2, PPP1R3C. The function of these genes has been proven in cell proliferation, protein synthesis, myofibril formation, and lipid metabolism. Differential gene enrichment analysis revealed some biological processes such as Vasculogenesis, positive regulation of ossification, positive regulation of muscle tissue development, regulation of muscle contraction, contractile fiber part, calcium signaling, calcineurin-NFAT signaling cascade and regulation of receptor signaling pathway via JAK-STAT, the molecular function of regulating cation channel activity and the cellular components of the contractile fiber.ConclusionThis study in addition to confirming the accuracy of the integration method of two types of heterogeneous data, provided a general view of the transcriptomic differences of Texel sheep muscle tissue at two important age points to be a useful source for biological investigations of genes related to muscle growth and development in sheep.Keywords: Data Integration, Differential gene expression, Gene Network, Gene Ontology
-
استفاده مکرر و بیش از حد ازآنتی بیوتیک ها در صنعت دامپزشکی موجب مقاومت باکتری های بیماریزا نسبت به انواع آنتی-بیوتیک های رایج گردیده است. با توجه به این مسیله، محققان به دنبال روش های جدیدی برای جایگزین کردن آنتی بیوتیک ها می باشند که می توان به پپتید های ضدمیکروبی (AMP) اشاره کرد. لذا؛ هدف از مطالعه حاضر بررسی بیوانفورماتیکی اثر افزودن his taq بر فعالیت ضدباکتریایی پپتید بتا دفنسین گیاهی و همسانه سازی ژن کدکننده آن در وکتور بیانی pAMJ1653 در باکتری لاکتوکوکوس لاکتیس است. ساختار سوم پپتید بتادفنسین همراه با his-taq از طریق I-TASSER پیش بینی شد و توسط نرم افزارهای SAVE 6 و prosA صحت سنجی گردید. در نهایت داکینگ مولکولی از طریق نرم افزار Cluspro بین بتا دفنسین با و بدون توالی his-taq با آنتی ژن LPTD باکتری اشرشیاکلای انجام شد. در بخش آزمایشگاهی، ژن بتادفنسین همراه با توالی his-taq و سیگنال ترشحی در وکتور تکثیری pGEM-DFF و میزبان تکثیری DH5α مورد استفاده قرار گرفت. پس از استخراج پلاسمید و هضم آنزیمی توسط آنزیم های Sap1 و Sal1 ژن بتادفنسین گیاهی به داخل وکتور بیانی pAMJ1653 همسانه سازی گردید و با استفاده از روش الکتروپویشن به داخل باکتری لاکتوکوکوس لاکتیس سویه 1543 انتقال یافت. کلونی های مثبت حاوی وکتور نوترکیب با روش کلونی PCR بررسی و در نهایت هضم آنزیمی صورت گرفت. در بخش بیوانفورماتیک، ساختار سوم ساختار با صحت قابل قبولی پیش بینی شد. نتایج داکینگ نشان داد پپتید بتادفنسین با و بدون his-taq به آنتی ژن LPTDدر موقعیت مناسب در تماس است. در بخش آزمایشگاهی نشان داده شد که ژن کد کننده بتا دفنسین گیاهی با موفقیت در وکتور بیانی pAMJ1653 همسانه سازی شد.
کلید واژگان: همسانه سازی ژن, پپتیدهای ضد میکروبی, بتا دفنسین گیاهی, لاکتوکوکوس لاکتیس, داکینگ مولکولیFrequent and excessive use of antibiotics has caused the resistance of pathogenic bacteria to common antibiotics. Considering this issue, researchers are looking for new methods to replace antibiotics, which can be referred to as antimicrobial peptides (AMP). Therefore, the aim of the present study was bioinformatic investigation of the effect of his taq addition on the antibacterial activity of plant beta-defensin peptide and clone this peptide gene in the expression vector pAMJ1653 in Lactococcus lactis bacteria. The third structure of beta defensin peptide with his-taq was predicted through I-TASSER and verified by SAVE 6 and prosA software. Finally, molecular docking was performed through Cluspro software between beta defensin with /without his-taq sequence and Escherichia coli LPTD antigen. In the exprimental section, beta defensin gene was used along with his-taq sequence and secretion signal in pGEM-DFF replication vector and DH5α replication host. After plasmid extraction and enzymatic digestion by Sap1 and Sal1 enzymes, plant beta defensin gene was homogenized into pAMJ1653 expression vector and transferred into Lactococcus lactis strain 1543 bacteria using electroporation method. The positive colonies containing the recombinant vector were checked by PCR colony method and finally enzymatic digestion was performed. In the bioinformatics part, the third structure of beta defensin was predicted with acceptable accuracy. Docking results showed that beta defensin peptide with/without his-taq is in contact with LPTD antigen in the right position. In the laboratory section, it was shown that the gene encoding plant betadefensin was successfully cloned in the pAMJ1653 expression vector
Keywords: Anti-microbial peptides, Gene cloning, Lactococcuslactis, Molecular docking, Plant β-defensin -
نشریه تحقیقات دامپزشکی و فرآورده های بیولوژیک، سال سی و ششم شماره 4 (پیاپی 141، زمستان 1402)، صص 53 -67
آبله گوسفندی یکی از شایع ترین بیماری ها در گوسفندان به شمار می رود. در حال حاضر درمان اختصاصی برای این بیماری ویروسی وجود ندارد. هدف از این پژوهش بررسی پپتید ضدمیکروبی CLF36 و نوع مهندسی شده این پپتید (CLFarm) بر روی پروتیین سطحی ویروس آبله گوسفندی P32 و رسپتورهای سلولی این پروتیین نظیر هپارین سولفات و UDP-N- استیل گلوکوزآمین بود. ساختار سوم P32 با استفاده از نرم افزارهایی چون I-TASSER انجام شد. برهمکنشها در یک محیط رایانه ای ایجاد شده با کمک ابزار بیوانفورماتیک همانند نرم افزارهای HDOCK به صورت استاتیک و با استفاده از Gromacs در بخش دینامیک مولکولی صورت گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد اسیدآمینه های پپتید CLF36 درگیر در ایجاد پیوند هیدروژنی با P32 شامل D1، K5، V8، Q11، K9، R16، R22، K25، R27 و K34 و برای CLF36 arm شامل K5، K9، Q11، K13، R27، W30، Q31 و K35 می باشد. نتایج داکینگ نشان داد که پپتیدها به سه ناحیه ی اپی توپی EP1,4,8 در پروتیین P32 متصل شدند. اتصالات هیدروژنی بین CLF36 arm و دو رسپتور UDP-N- استیل گلوکزآمین و هپارین سولفات به ترتیب شامل Gln 11, Trp 30 و Trp 4, Trp 30, Gln 11, Arg 27 Cys 33 بود؛ در حالیکه اتصالات بینCLF36 با این دو رسپتور ضعیف گزارش شد. در بخش دینامیک مولکولی، گراف آنالیزهای RMSF و RMSD و Gyrate برای هر دو پپتید نوسانات کمی را نشان دادند که به دلیل جزیی بودن، نادیده گرفته شدند. نهایتا، نتایج نشان داد که هر دو پپتید عملکرد مناسبی را در مدت زمان 50 نانوثانیه در برابر P32 دارند.
کلید واژگان: آبله گوسفندی, P32, CLF36, CLFarm, داکینگ مولکولیSheeppox is one of the most common diseases in sheep that can spread quickly in the herd. Currently, there is no specific treatment for this viral disease. The purpose of this study was to investigate the antimicrobial peptide CLF36 and CLFarm on the surface protein of the sheep pox virus P32 protein and the cellular receptors of this protein such as heparin sulfate and UDP-N-acetyl glucosamine. The third structure of P32 was done using software such as I-TASSER. The interactions were performed statically in a computer by bioinformatics tools such as HDOCK software and using Gromacs in the molecular dynamics section. The results of this study showed that the amino acids of CLF36 peptide involved in hydrogen bonding with P32 include D1, K5, V8, Q11, K9, R16, R22, K25, R27 and K34 and for CLFarm include K5, K9, Q11, K13, R27, W30, Q31 and K35. Docking results showed that peptides were attached to three epitope regions EP1,4,8 in P32 protein. In connection with the molecular docking between CLF36 arm and the two receptors UDP-N-acetylglucosamine and heparin sulfate, the hydrogen bonds included Gln 11, Trp 30 and Trp 4, Trp 30, Gln 11, Arg 27, Cys 33, respectively; Although CLF36 had weak binding energy with these two receptors. In the molecular dynamics section, the graph of RMSF and RMSD and Gyrate showed a few fluctuations, which were ignored. Finally, these results showed that both peptides have a good performance against P32 in a period of 50 ns.
Keywords: sheeppox virus, P32, CLFarm, CLF36, Molecular Docking -
هدف از این مطالعه، بررسی اثرات مهاری لاکتوفرامپین- لاکتوفریسین شتری نوترکیب بر مسیر فاکتور هسته ای کاپا B (NF-кB) بود. این پپتید (CLF36) که با مطالعه قبلی در آزمایشگاه بیوتکنولوژی گروه علوم دامی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد (شماره دسترسی بانک ژن: MH327768.1) تهیه شده است. اثرات بازدارندگی این پپتید با شبیه سازی داکینگ مولکولی (In silico) ارزیابی شد. داده های پروتیین برای مسیر پیام رسان NF-кB از بانک داده های پروتیین (PDB) و UniProt جمع آوری شد. سپس، شبیه سازی برهم کنش (داکینگ) پپتید CLF36 با مسیر پیام رسان NF-кB در بالادست، سایتوکین های پیش التهابی (مانند TNF-α و IL-6) و در پایین دست، IKK-β وNF-κB-p65 سیتوپلاسمی با استفاده از نرم افزار آنلاین ClusPro 2.0انجام شد. تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی بر اساس برهم کنش های مولکولی این پپتید با جایگاه فعال پروتیین های مسیر NF-кB نشان داد که ممکن است نقش تعدیل کنندگی و ضدالتهابی در فرآیندهای ایمنی را با اثر مهاری بر روی سایتوکین های TNF-α و IL-6 در بالادست و IKK-β و NF-κB-p65 در پایین دست مسیر پیام رسان NF-кB داشته باشد. این نتایج مشابه با اثرات مهاری Infliximab،Camelid Fab، NEMO و GILZ بر روی مسیر پیام رسان NF-кB است. علاوه براین، این یافته ها ممکن است یک مبنای نظری برای مکانیسم های درمانی پپتید CLF36 فراهم کند.
کلید واژگان: سایتوکین های پیش التهابی, شبیه سازی داکینگ مولکولی, مسیر فاکتور هسته ای کاپا BIntroductionLactoferrin is secreted in the apo-form from epithelial cells in most exocrine fluids, such as saliva, bile, pancreatic and gastric fluids, tears and, particularly, in milk. Lactoferrin is the most dominant protein in milk after casein. This protein plays a crucial role in many biological processes including the regulation of iron metabolism, induction and modulation of the immune system, the primary defense against microorganisms, inhibiting lipid peroxidation and presenting antimicrobial activity against various pathogens such as parasites, fungi, bacteria, and viruses. The major antimicrobial effect of lactoferrin is related to its N-terminal tail where different peptides for instance lactoferricin and lactoferrampin which are important for their antimicrobial abilities are present. cLF chimera (CLF36 peptide ) was derived from camel lactoferrin (cLF) consisting of 42 amino acids and has primary sequence of DLIWKLLVKAQEKFGRGKPSKRVKKMRRQWQACKSSHHHHHH. In addition, the results of previous study showed that cLFchimera had anti-inflammatory and regulatory activity of the immune system. Nuclear factor kappa B (NF-kB) transcription factors regulate several important physiological processes, including inflammation and immune responses, cell growth, apoptosis, and the expression of certain viral genes. NF-kB dimers are located in the cytoplasm in an inactive form through association with any of several IkB inhibitor proteins. The phosphorylation and degradation of IkB have received great attention as key steps for the regulation of Nuclear factor kappa B (NF-kB) complexes. Phosphorylation of the IkB by IKK signals it for ubiquitination at specific lysine residues. The aim of this study was to investigate the inhibitory effects of the recombinant camel Lactoferrampin-Lactoferricin on nuclear factor kappa B (NF-кB) pathway.
Materials and MethodsCLF36 peptide was prepared through a previous study in Biotechnology Laboratory of Animal Science Department, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad (GenBank accession number: MH327768.1). Protein data for inhibitory combinations of the Nuclear factor kappa B (NF-kB) pathway was collected from the Protein Data Bank (PDB) And UniProt.Physico-chemical properties analysis (atomic state, isoelectric point, half-life, hydrophobicity hydrophilicity , barometric and pH) was done using Expasy Prot Param online server. The inhibitory effects of this peptide was assessed by Molecular Docking Simulation (In silico). the simulation of the interaction (Docking) of CLF36 peptide with Nuclear factor kappa B (NF-kB) signaling pathway in upstream, pro-inflammatory cytokines (e.g., TNF-α and IL-6) and in downstream, cytoplasmic IKKB and NF-κBp65 was done using ClusPro 2.0 software online.interaction diagram created by LigPlot+ showing the hydrogen bond network and the hydrophobic interactions of CLF36 peptid with the upstream and downstream Nuclear factor kappa B (NF-kB) pathways.
Results and DiscussionBioinformatics analysis on The molecular interaction of this peptide with the active site of NF-κB proteins suggested that in may have role of the modulators and Anti-Inflammatory of immune processes by inhibitory effect on the TNF-α and IL-6 cytokines in upstream and IKK-β and NF-κB-p65 in downstream of the NF-κB signaling pathway. This results are similar to the inhibitory effects of Infliximab, Camelid Fab , NEMO and GILZ on the Nuclear factor kappa B (NF-kB) signaling pathway. Infliximab (Remicade) is a chimeric mAband its use is not very well tolerated in the majority of patients, infliximab therapy leads to the production of antibodies to infliximab in a small subset of patients. the Camelid Fab antibody with the highest (femtomolar) potency, displays a very large surface of interaction with IL-6. the regulatory role of NEMO in the IKK complex, since a number of genetic and biochemical studies clearly demonstrate that proinflammatory IKK activation is absolutely dependent upon the presence of functional NEMO. Glucocorticoid-induced leucine zipper (GILZ) is a glucocorticoid responsive protein that links the nuclear factor-kappa B (NFκB) and the glucocorticoid signaling pathways. Func tional and binding studies suggest that the proline-rich region at the carboxy terminus of Glucocorticoid-induced leucine zipper (GILZ) binds the p65 subunit of Nuclear factor kappa B (NF-kB) and suppresses the immunoinflammatory response.
ConclusionThe results of the interaction (Docking) of CLF36 peptide with Nuclear factor kappa B (NF-kB) signaling pathway indicates that, in upstream, will be inhibitory effect of CLF36 peptide in active site of pro-inflammatory cytokines (e.g., TNF-α and IL-6) and in downstream, cFL36 peptide will bind to protein receptors of cytoplasmic IKKB and NF-κB p65. Therefore, these findings may provide a theoretical basis for therapeutic mechanisms of CLF36 peptide.
Keywords: Pro-inflammatory Cytokines, Nuclear Factor Kappa B Pathway, Molecular Docking Simulation -
هدف
عفونت هپاتیت C یکی از شایع ترین بیماری های عفونی مزمن در جهان می باشد و سالانه حدود 3 تا 5 میلیون نفر به این عفونت مبتلا می گردند. متاسفانه با وجود پیشرفت های اخیر، هنوز هم مشکلات گسترده ای برای درمان این افراد وجود دارد و بسیاری از نیازها برآورده نشده است. در نتیجه نیاز مبرمی به استراتژی های درمانی موثرتری برای درمان این بیماری می باشد. یکی از این رویکردهای درمانی جدید، استفاده از پروتیین های نوترکیب است، که هیچ گونه اثرات جانبی برای بیمار نداشته و در عین حال نیز ارزان و قابل دسترس می باشد. در نتیجه هدف از انجام این مطالعه، بررسی اثر ضد ویروسی پپتید نوترکیب CLF36 مشتق شده از لاکتوفرین شتری بر علیه ویروس هپاتیت C در شرایط برون تنی می باشد.
مواد و روش هادر این مطالعه، ساختارهای سه بعدی پروتیازهای ویروس هپاتیت C (NS2, NS3, NS4A, NS5A و NS5B) و پپتید نوترکیب CLF36، تهیه شد. ساختار شیمیایی داروهای ضد ویروسی نیز از پایگاه PubChem دانلود شد. به منظور بررسی پایداری ساختارهای پیش بینی شده، شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار GROMACS نسخه 2019 و در مدت زمان 100 نانوثانیه انجام شد. سپس به منظور بررسی خاصیت ضد ویروسی پپتید، داکینگ مولکولی برای پپتید و داروها در شرایط استاتیک و با استفاده از نرم افزارهای Cluspro و HADDOCK انجام شد. به منظور بررسی پایداری کمپلکس ها، کمپلکس های با مقادیر منفی تر انرژی آزاد اتصال، جهت انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی انتخاب شدند. در نهایت نتایج به دست آمده، در شرایط دینامیکی در نرم افزار گرومکس مورد بررسی قرار گرفت. سپس پپتیدهای مهندسی شده با توجه به نتایج طراحی شدند و توالی بهترین پپتید مهندسی شده جهت سنتز ارسال شد. پس از انجام کلون و بیان پپتید نوترکیب در میزبان مخمری، میزان IC50 پپتید بر روی رده سلول کبد Huh7/5 مشخص شد و سلول های آلوده به ویروس با پپتید مورد نظر تیمار شدند و پس از استخراج RNA از سلول ها، لود ویروس در نمونه ها با استفاده از روش Real time PCR سنجیده شد.
نتایجاز بین نتایج به دست آمده از داکینگ های مختلف انجام شده بین پروتیازهای ویروس و پپتید نوترکیب و داروهای تجاری، مشخص شد که قدرت اتصال پپتید (به طور میانگین 92/99-) در مقایسه با سایر داروها (به طور میانگین 54/61-) بسیار بیشتر می باشد و این امر بیانگر خاصیت ضد ویروسی بالای پپتید نوترکیب است. نتایج به دست آمده از دینامیک مولکولی نشان داد که مقادیر RMSD و پیوندهای هیدروژنی و انرژی اتصال، برای پپتید CLF36 متصل به پروتیازهای ویروس در مقایسه با سایر داروها، حاکی از اتصال قوی تر این پپتید می باشد. علاوه بر این، پپتید مهندسی شده نیز در مقایسه با پپتد طبیعی، فعالیت ضد ویروسی قوی تری را نشان داد (انرژی اتصال 8 واحد قوی تر بود). بررسی عملکرد پپتید در شرایط آزمایشگاهی نیز نشان داد که این پپتید در مقایسه با داروها اثر ضد ویروسی قوی تری دارد به صورتی که توانسته بود به طور کامل از تکثیر ویروس در سلول ها جلوگیری کند.
نتیجه گیرینتایج نهایی به دست آمده از این مطالعه، بیانگر این بود که پپتید نوترکیب مهندسی شده، خاصیت ضد ویروسی قوی دارد. هرچند که برای تایید این نتایج، نیاز به انجام مطالعات آزمایشگاهی تکمیلی می باشد.
کلید واژگان: لاکتوفرین شتری, هپاتیت C, دینامیک مولکولی, پپتید نوترکیبObjectiveHepatitis C infection is one of the most common chronic infectious diseases in the world and about 3-5 million people are infected with this infection annually. Unfortunately, despite recent advances, there are still widespread problems for the treatment of these people and many needs have not been met. As a result, there is an urgent need for more effective treatment strategies to treat this disease. One of these new therapeutic approaches is the use of recombinant proteins, which have no side effects for the patient and at the same time are cheap and available.
Materials and methodsTo conduct this study, the three-dimensional structures of virus proteases (NS2, NS3, NS4A, NS5A and NS5B) and recombinant peptide CLF36, were obtained. The chemical structure of new generation drugs was also downloaded from PubChem. To evaluate the stability of the predicted structures and to ensure the accuracy of the third structure of proteins, molecular dynamics simulations were performed using GROMACS software version 2019 and in a duration of 10 nanoseconds. Then, to evaluate the antiviral properties of the peptide, molecular docking was performed for peptides and drugs under static conditions. To evaluate the stability of the complexes, based on the results obtained from molecular docking, complexes with negative values of free binding energy were selected to perform molecular dynamics simulations. Finally, the obtained results were evaluated under dynamic conditions in GROMACS software. The engineered peptides were then designed according to the results and the sequence of the best engineered peptides was sent for synthesis. After cloning and expression of the recombinant peptide in the yeast host, the IC50 level of the peptide on the Huh7.5 liver cell line was determined and the virus-infected cells were treated with the desired peptide. After extracting RNA from the cells, the virus loaded in the sample. Were measured.
ResultsAmong the results obtained from various dockings performed between virus proteases and recombinant peptides and commercial drugs, it was found that the peptide-binding strength (average -99.92) was much higher than other drugs (average -61.54). This indicates the high antiviral property of the recombinant peptide. The results of molecular dynamics showed that the values of rmsd and hydrogen bonds and binding energy for CLF36 peptide bound to virus proteases compared to other drugs indicate a stronger binding of this peptide. In addition, the engineered peptide showed stronger antiviral activity compared to the natural peptide (binding energy was 8 units stronger). Examination of the function of the peptide in vitro also showed that this peptide has a stronger antiviral effect compared to drugs in that it was able to completely prevent the virus from multiplying in cells.
ConclusionsThe final results of this study indicated that recombinant peptide, has strong antiviral properties. However, to confirm these results, additional laboratory studies are needed.
Keywords: Camel Lactoferrin, Hepatitis C, Molecular dynamics, Recombinant Peptide -
هدف
بیماری بروسلوز یک بیماری مشترک بین انسان و دام بوده که در سال های اخیر خسارت های زیادی را به صنعت دامپروری وارد کرده است. یکی از راه های پیشگیری این بیماری تهیه واکسن است. برای تولید یک واکسن نوترکیب موفق عواملی از جمله، انتخاب یک آنتی ژن مناسب از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. بدین منظور، اخیرا در تحقیقات بالینی ، زیست پزشکی و تولید واکسن های نوترکیب از اپی توپ ها در به طور گسترده ای استفاده می شود. پروتیین های سطحی این باکتری از جمله پروتیین های BLS و OMP25، دارای ویژگی های آنتی ژنیک بوده و نقش مهمی در ایجاد این بیماری بازی میکنند. با توجه به عدم وجود واکسن های موثر، امروزه نیاز به تولید واکسن های جدید و کارآمد بیش از پیش احساس می شود. هدف از این مطالعه، پیش بینی بیوانفورماتیکی اپی توپ های ژن های BLS و Omp25 باکتری بروسلا به منظور معرفی کاندید مناسب برای تولید واکسن بود.
مواد و روش هابدین منظور، جهت پیش بینی اپی توپ ها، از سرور های SYFFPEITHI، PROPRED و IEDB استفاده شد. سپس ساختار سه بعدی به دست آمد. ، سپس مدلسازی اپی توپ های پیش بینی شده با استفاده از سرور Pepfold 3 انجام شد. به منظور بررسی پایداری ساختارهای پیش بینی شده و اطمینان از صحت ساختار سوم پپیتیدها، شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار GROMACS ورژن 2019 و در مدت زمان 10 نانوثانیه انجام شد. به منظور بررسی پایداری کمپلکس ها، بر اساس نتایج به دست آمده از داکینگ مولکولی، کمپلکس های با مقادیر منفی تر انرژی آزاد اتصال، جهت انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی انتخاب شدند. در نهایت نتایج به دست آمده، در شرایط دینامیکی در نرم افزار گرومکس مورد بررسی قرار گرفت. بررسی استاتیک برهمکنش بین اپی توپ ها با مولکول های MHC II و MHC I گوسفندی به کمک نرم افزار Autodock vina انجام شد.
نتایجاز بین نتایج به دست آمده از سرورهای مختلف، اپی توپ هایی انتخاب شده اند که در بین نتایج همه سرورها مشترک و دارای بهترین پارامترها بودند. در نهایت، 8 پپتید که عددهای بهتری داشتند به عنوان اپی توپ های پیشنهادی در نظر گرفته شدند. نتایج به دست آمده از دینامیک مولکولی نشان داد که مقادیر rmsd برای اینترلوکین و اینترلوکین متصل به پلی اپی توپ در دو حالت تفاوت زیادی نداشته، لذا این نتایج بیانگر این موضوع است که فعالیت اینترلوکین متصل به پلی اپی توپ تغییر نمی یابد. مقادیر rmsf هم نشانگر پایداری یکسان در هر دو پروتیین می باشد. در نهایت نتایج این مطالعه نشان داد که در شرایط دینامیکی، 4 اپی توپ پیش بینی شده، دارای قدرت اتصال بالا به گیرنده های MHC کلاس 1 و 2 می باشند.
نتیجه گیریعلاوه بر این نتایج داکینگ و دینامیک مولکولی نشان داد که پلی اپی توپ پیش بینی شده در این مطالعه، می تواند به عنوان یک پلی اپی توپ کاندید در طراحی واکسن نوترکیب بر علیه بیماری بروسلوز مورد استفاده قرار گیرد. هرچند که برای تایید این نتایج، نیاز به انجام مطالعات تکمیلی و آزمایشگاهی می باشد.
کلید واژگان: بروسلوز, واکسن نوترکیب, دینامیک مولکولی, اپی توپBrucellosis is a common disease between humans and livestock that has caused a great deal of damage to the livestock industry in recent years. One way to prevent this disease is to get a vaccine to immunize disease-prone herds. To produce a successful recombinant vaccine, factors such as: selecting the right adjuvant, selecting the right antigen and the right delivery system are very important. To this end, epitopes have recently been widely used in clinical research, biomedicine, and the production of recombinant vaccines. Surface proteins of this bacterium, including BLS and Omp25 proteins, have antigenic properties and play an important role in causing this disease. Due to the lack of effective vaccines, today the need to produce new and effective vaccines is felt more than ever. The aim of this study was to bioinformatically predict the epitopes of BLS and Omp25 genes of Brucella bacterium in order to introduce a suitable candidate for vaccine production.
Materials and methodsFor this purpose, SYFFPEITHI, PROPRED and IEDB servers were used to predict epitopes. Since the three-dimensional structure of the protein is required to investigate the interaction of antigens with cell surface receptors, in the next step, the predicted epitopes were modeled using the Pepfold 3 server. In addition, in order to evaluate the stability of the predicted structures and to ensure the accuracy of the third structure of the peptides, molecular dynamics simulations were performed using GROMACS software version 2019 and in a duration of 10 nanoseconds. Then, the three-dimensional structure was obtained by modeling homology method and the docking study of the interaction between epitopes with sheep MHCII and MHCI cells was performed using Autodock vina software.
ResultsThen, in order to evaluate the stability of the complexes based on the results obtained from molecular docking, complexes with negative values of free binding energy were selected to perform molecular dynamics simulations. Finally, 8 peptides with better numbers were considered as suggested epitopes. The results obtained from molecular dynamics showed that the rmsd values for interleukin and interleukin bound to the polypeptide did not differ much in the two cases, so these results indicate that the activity of interleukin bound to the polypeptope did not change. The rmsf values also indicate the same stability in both proteins.Finally, the obtained results were evaluated in dynamic conditions in GROMACS software. The results of this study showed that in dynamic conditions, 4 predicted epitopes have high binding power to MHC class 1 and 2 receptors.
ConclusionsIn addition, docking and molecular dynamics results showed that the polypeptide predicted in this study could be used as a candidate polypeptide in the design of a recombinant vaccine against brucellosis. However, to confirm these results, additional and laboratory studies are needed.
Keywords: Brucellosis, Recombinant vaccine, Molecular dynamic, Epitope -
نشریه تحقیقات دامپزشکی و فرآورده های بیولوژیک، سال سی و چهارم شماره 4 (پیاپی 133، زمستان 1400)، صص 54 -65
H5N8 از جمله تحت تیپ های ویروس آنفلوانزای طیور در ایران است که علاوه بر خسارات در این صنعت می تواند انسان را نیز درگیر کند. از جمله مشکلات در ارتباط با ویروس آنفلوآنزا می توان به افزایش مقاومت سویه های در حال گردش این ویروس نسبت به مهارکننده های ضدویروسی کنونی است که شناسایی مواد ضدویروسی جدید را الزامی می سازد. از جمله این ترکیبات می توان به پپتید ضدویروسی CLF36 اشاره کرد که حاصل اتصال دو پپتید از پروتئین لاکتوفرین شتری (کایمر لاکتوفرین شتری) می باشد که بعضا فعالیت ضدمیکروبی بیشتری را نسبت سایر گونه ها نظیر گاو نشان داده است. هدف از این پژوهش بررسی برهمکنش پپتید CLF36 با آنتی ژن های ویروس آنفلوانزای طیور تحت تیپ H5N8 از طریق داکینگ مولکولی می باشد. خواص فیزیکوشیمیایی پپتید CLF36 با استفاده از نرم افزار CLC Main Workbench 5 بررسی و سپس ساختار سوم این پپتید و آنتی ژن های سطحی ویروس از طریق نرم افزار I-TASSER و Swiss-Model پیش بینی شدند. در ادامه، برهمکنش های پپتید CLF36 با آنتی ژن های سطحی با استفاده از نرم افزار آنلاینClusPro2.0 و تصحیح ساختارها از طریق نرم افزار YASARA Energy Minimization صورت گرفت. میزان صحت ساختارها از طریق نرم افزار SAVES v5.0 مورد ارزیابی قرار گرفتند. در پایان نتایج داکینگ با استفاده از نرم افزار PYMOL بررسی شدند. نتایج داکینگ مولکولی نشان داد که انرژی موقعیت اتصال برای آنتی ژن های هماگلوتنین (HA)، نورآمینیداز (NA) و پروتئین ماتریکس 2 (M2) به ترتیب -674.2، -573.4، -567.0 می باشد. بیشترین اسیدآمینه های درگیر در اتصالات هیدروژنی برای هر سه آنتی ژن مربوط به اسیدآمینه های لیزین و آرژینین بود. همچنین نتایج حاکی از آن بود که پپتید به جایگاه فعال مربوط به دو آنتی ژن HA و NA متصل نشده است؛ در حالیکه این پپتید به جایگاه M2e از M2 متصل شده است که این ناحیه غنی از اپی توپ می باشد. اسیدآمینه های پرولین 10 و گلوتامیک اسید هشت مربوط به ناحیه ی M2e می باشد که به ترتیب با اسیدآمینه های آرژینین 27 و 22 از پپتید CLF36 پیوند هیدروژنی برقرار کرده اند. با توجه به نتایج حاصل از این مطالعه امید است در آینده بتوان از اینگونه پپتیدها برای درمان آنفلوانزای طیور با حداقل عوارض جانبی استفاده کرد.
کلید واژگان: H5N8, CLF36, داکینگ مولکولی, هماگلوتنین, نورآمینیداز, پروتئین ماتریکس 2H5N8 is one of the subtypes of highly pathogenic avian influenza in Iran that could cause damage to birds in addition humans. Among combat existing and emerging drug-resistant influenza viruses, new antiviral drugs as alternative played pivotal roles. It can mention the CLF36 antiviral peptide, which is the result of the binding of two peptides from the camel lactoferrin protein (chimera) has shown more antimicrobial activity than other species such as blf. The objective of this study was to predicte the structure of CLF36 peptide and two surface antigens of influenza virus as well as the interaction of this peptide with three antigens of nfluenza a virus subtype H5N8 through molecular docking. The physicochemical properties of CLF36 peptide were evaluated by using CLC Main Workbench 5 software. The third structure of this peptide as well as virus antigens were determined through I-TASSER and Swiss-Model softwares. After that, The CLF36 peptide interacts with these antigenes were performed by using the online software ClusPro2.0 and were corrected these structures through the YASARA Energy Minimization software. The quality of the 3D model was evaluated by the SAVES v5.0 software. Finally, the docking results were studied by using PYMOL software. Molecular docking results showed that the position and energy of bonding assessment forhemagglutinin, neuraminidase and Matrix protein 2 were -674.2, -573.4 and -567.0 respectively. Most of peptide’s amino acids involved in hydrogen bonds for all three antigens were lysine and arginine residues. Although analysis of the binding sites showed that CLF36 were not binding to the active site of HA and NA antigens, this peptide is attached to the M2e site in M2 protein. The proline 10 and glutamic acid 8 amino acides belongs to the M2e region, which has hydrogen bonds with the amino acids arginine 27 and 22 of the CLF36 peptide, respectively. It is hoped that these peptide can be treatment for avian influenza in the future.
Keywords: H5N8, CLF36, Molecular Docking, hemagglutinin, Neuraminidase, Matrix protein 2 -
هدف
سالمونلا یک باکتری گرم منفی، بی هوازی اختیاری و تاژکدار است که در جنس سالمونلا و در خانواده انتروباکتریاسه قرار دارد که به عنوان یک عامل بیماری عفونی مشترک در انسان و حیوانات شناخته شده است. در سال های اخیر، انواع مختلفی از آنتی بیوتیک ها برای مقابله با عفونت سالمونلا استفاده شده است که با افزایش تعداد باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک، استفاده از روش های جایگزین ضروری به نظر می رسد. ایمونوگلوبین Y (IgY) اختصاصی زرده تخم مرغ باعث ایجاد ایمنی غیرفعال در جنین می شود و استخراج این آنتی بادی ها از زرده تخم مرغ در مقایسه با سایر آنتی بادی ها ارزان تر و آسانتر هستند. مطالعات زیادی نشان دادند که IgY زرده تخم مرغ دارای عملکرد ایمنی زایی در تعداد زیادی از عفونت های باکتریایی و ویروسی در پستانداران هستند. هدف از انجام این مطالعه تولید IgY اختصاصی علیه باکتری های سالمونلا تیفی موریوم و انتریتیدیس در زرده تخم مرغ مرغ های تخم گذار بود.
مواد و روش هابدین منظور باکتری های کشته شده ی سالمونلا تیفی موریوم و انتریتیدیس به میزان یک میلی لیتر در عضله سینه شش قطعه مرغ تخمگذار نژاد لگهورن سفید در سن 11 هفتگی تزریق شدند. تزریق ها هر دو هفته تکرار شده و یک هفته بعد از آخرین تزریق تخم مرغ ها جمع آوری و IgY زرده تخم مرغ با استفاده از روش پولسون و پلی اتیلن گلیکول 6000 استخراج شد. وجودIgYهای تولید شده به کمک PAGE - SDS تایید و وجود IgY های اختصاصی با انجام آزمون الایزای غیرمستقیم اختصاصی با استفاده از باکتری های کشته شده سالمونلا تیفی موریوم و سالمونلا انتریتیدیس تایید شد.
نتایجنتایج PAGE-SDS حضور باندهای پروتیینی 27 و 67 کیلودالتون که مربوط به زنجیره های سبک و سنگین IgY هستند را تایید کرد و آزمون الایزای غیرمستقیم اختصاصی نشان دهنده تولید آنتی بادی اختصاصی علیه سالمونلا تیفی موریوم و انتریتیدیس در زرده تخم مرغ بود.
نتیجه گیریممکن است بتوان از زرده تخم مرغ های حاوی IgY اختصاصی برای سالمونلا تیفی موریوم و انتریتیدیس، با ایجاد ایمنی غیرفعال جهت جلوگیری از برخی از بیماری های گوساله مثل اسهال استفاده کرد.
کلید واژگان: مرغ تخمگذار, IgY, سالمونلا, زرده تخم مرغObjectiveSalmonella is a Gram-negative, anaerobic, flagellated bacterium of Salmonella type in Enterobacteriaceae family, which is known as a zoonosis infectious agent. In recent years, different types of antibiotics have been used to overcome the Salmonella infection; however, the increasing number of antibiotic-resistant bacteria, the provision of alternative methods seems be necessary. Specific immunoglobulin Y (IgY) originated from egg yolk causes passive immunity in the fetus, and extracting these antibodies from egg yolk is cheaper and more feasible than other antibodies. Numerous studies have shown that the egg yolk IgY has immunogenic function against a wide range of bacterial and viral infections in mammals. The purpose of this study was to produce specific immunoglobulin Y against Salmonella typhimurium and Salmonella enteritidis bacteria in laying hens.
Materials and MethodsIn the current study, six pullets were inoculated and boosted with one milliliter of killed Salmonella typhimurium and Salmonella enteritidis. Injections were done fortnightly until one week before egg production. After breast muscle injection of chickens, the eggs were collected, and the IgY was extracted from yolk by the Polson method with polyethylene glycol 6000. The produced IgY was approved by SDS-PAGE method. The specific indirect ELISA done by specificity test for purified IgY also approved the specific IgY against both Salmonella typhimurium and Salmonella enteritidis.
ResultsThe results of SDS - PAGE demonstrated the presence of two protein bands of 27 and 67 kDa representing light and heavy chains of IgY, respectively. The specific indirect ELISA method proved that the specific IgY against Salmonella typhimurium and Salmonella enteritidis was produced in the egg yolk.
ConclusionsIt might be possible to administer the egg yolk containing specific IgY against both Salmonella typhimurium and Salmonella enteritidis, to induce passive immunity for preventing some pathogenic diseases in calves such as diarrhea.
Keywords: : Laying hens, IgY, Salmonella, Egg yolk -
فشارخون بالا یک عامل خطرناک برای بیماری های قلبی-عروقی از جمله بیماری عروق کرونر قلب و سکته های مغزی محسوب می شود. دربدن انسان سیستمی بانام سیستم رنین-آنژیوتنسین تنظیم فشارخون را برعهده دارد که آنزیم مبدل آنژیوتنسین ACE نقش مهمی در افزایش فشارخون دارد. پپتید کازیوکینین از پروتئین آلفاS1 کازیین شیر مشتق شده است و دارای خاصیت مهار آنزیم ACE و کاهش فشار خون می باشد. هدف از انجام این پژوهش، شناسایی پروتئین آلفاS1 کازیین و پپتیدهای زیست فعال مهارکننده آنزیم ACE در شیر انسان و همچنین مقایسه آن با چند گونه مختلف از پستانداران می باشد. جمع آوری داده های ژنومی و پروتئینی برای هشت گونه مختلف پستانداران(گاو، گوسفند، شتر، اسب، انسان، گاومیش و خوک) از سایت مرکز ملی اطلاعات زیستفناوری (NCBI) صورت گرفت و پس از آن پیش بینی پپتیدهای زیست فعال پروتئین آلفاS1 کازیین و ساختار سه بعدی آن ها با کمک نرم افزارهای آنلاینACCLUSTERServer،I-TASSER و GalaxyWEB انجام شد. شبیه سازی برهمکنش (داکینگ) پروتئینهای آلفاs1کازیین و پپتیدهای زیست فعال کازیوکینین با آنریم مهارکننده آنژیوتنسین ACE در درون سلول با استفاده از نرم افزار آنلاینClusPro2.0 انجام شد. نتایج آنالیز بیوانفورماتیکی پروتئین آلفاS1 کازیین شیر انسان با سایر پستانداران نشان داد که شیر "شتر" از لحاظ خواص فیزیکوشیمیایی شبیه ترین شیر به انسان است. همچنین در بررسی برهمکنش مولکولی این پروتئین و پپتیدهای زیست فعال آن درهشت گونه مختلف از پستانداران مشخص شد که شیر "شتر" بعد از شیر انسان بیشترین عملکرد در مهار آنزیم ACE و کاهش فشار خون را دارد. با توجه به شباهت ساختار این پپتید در پروتئین آلفاS1 کازیین شیر انسان و شتر در کنار خاصیت ضدفشار خونی آن می توان شیر شتر را به عنوان جایگزین مناسب برای شیر انسان در تغذیه و کمک به درمان فشارخون و بیماری های قلبی بیماری معرفی کرد. همچنین از این پپتید می توان به عنوان افزودنی های غذایی فراسودمند و طبیعی، جایگزین مناسب برای داروهای سنتزی ضدفشارخون استفاده کرد.
کلید واژگان: آنزیم مبدل آنژیوتنسینACE, برهمکنش مولکولی, پروتئین آلفا s1 کازئینIntroductionHigh blood pressure is a dangerous risk factor for cardio-vascular disease, including coronary artery disease and strokes. In the human body, a system called renin-angiotensin system regulates blood pressure, in which the angiotensin converting enzyme ACE plays an important role in increasing blood pressure. Angiotensin I as a converting enzyme (ACE) catalyzes the conversion of angiotensin I to vasoconstrictor angiotensin II, and also inactivates the antihypertensive vasodilator bradykinin. Inhibition of ACE mainly results in an overall antihypertensive effect. Peptides derived from food proteins can have angiotensin converting enzyme (ACE) inhibiting properties. Casein protein in milk or other dairy products such as cheese is a rich source of bioactive peptides. Bioactive peptides are inactive in the main protein sequence and are released in during milk digestion or milk fermentation by proteolytic bacteria or hydrolysis by proteolytic enzymes. Many of these peptides have several biological activities. Casein-derived peptides, such as opioid peptides, antihypertensive peptides, casein phosphopeptides and glycomacropeptides have various physiological roles, including adjusting and lowering blood pressure by inhibiting angiotensin converting enzyme (ACE). Caseocinin peptide has been derived from the casein Alpha S1 protein It has an ACE-inhibiting enzyme inhibitor and low blood pressure. The purpose of this study was to identify the alpha S1 protein casein and bioactive peptides of the angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitor in human milk and compare it with different species of mammals.
Materials and MethodsAt first, genomic and protein data for eight different species of mammals (cattle, sheep, camels, horses, humans, ewes and pigs) was collected from the National Center for Bioinformatics Information (NCBI). Physico-chemical properties analysis (atomic state, isoelectric point, half-life, hydrophobicity hydrophilicity , barometric and pH) and - Multiple sequence alignment of of alpha-s1 casein and the bioactive peptides of Casokinin in 8 species of mammals was done using CLC Main Workbench 5 software. Then, the prediction of bioactive peptide alpha s1 casein and its three-dimensional structure was done with the help of the online software ACCLUSTER Server, I-TASSER and GalaxyWEB. The simulation of the Molecular interaction (docking) of alpha-s1 casein and the bioactive peptides of Casokinin with angiotensin converting enzyme ACE in the cell was done using ClusPro 2.0 software online.
Results and Discussionthe results of bioinformatics analysis of human milk protein with other mammals showed that camel milk has the most similar physicochemical properties of milk to humans and can be a good alternative to human milk in feeding children. The highest and least percentage of amino acid sequence amino acids in alpha-sec1 casein in different mammals with humans respectively is related to camel and Goat. The results of the determination of the position and energy of the connection show that the most suitable binding location with maximum energy is related to human and camel milk. Among the bioactive peptides identified and predicted in eight species of mammals, due to having more proline amino acid in Caseocinin peptide, the camel milk is more resistant than other species. Therefore, the antihypertensive effect in camel milk is greater than other mammals. According to the results, it can be predicted that three-dimensional structure of protein and peptides will have a great effect on antihypertensive properties and it causes a good interaction with the active site of the angiotensin converting enzyme (ACE) and thus inhibits the ACE enzyme and lowers blood pressure. Investigating the performance of alpha S1 protein casein and Caseocinin peptide identified for eight different species of mammals And comparing its results with human milk in inhibiting ACE enzyme With Molecular interaction (Docking) Protein's Bioinformatics Software showed that milk of camels after human milk has the highest performance in Reducing the risk factors for cardiovascular disease such as inhibition of angiotensin converting enzyme (ACE) and blood pressure in preventing the development and progression of cardiovascular disease.
Conclusionthe alpha S1 protein casein and Caseocinin peptide have many biological properties and are very important in the health of the body.It can be said that camel milk is the most similar to human-like physico-chemical properties and It can be a good alternative to human milk in feeding children. The bioactive Caseocinin peptide has pharmaceutical compounds that can be used to treat high blood pressure and heart disease. Therefore, this peptide can be used as superbenefit and natural additives, an appropriate replacement to antihypertensive drugs.
Keywords: alpha s1 casein Protein angiotensin, converting enzyme ACE, molecular interactions -
هدف
دانشمندان علوم دامی در سرتاسر جهان در پی یافتن منابع جدیدی از پروتئین حیوانی بوده و تلاش می کنند تا حیواناتی که بهترین ضریب تبدیل را دارند در اولویت کاری خود قرار دهند. از جمله این دام ها می توان به شتر اشاره کرد. تحقیقات جهت حفظ این ذخیره ژنتیکی با ارزش از حساسیت و اهمیت بیشتری برخوردار است. شناسایی تفاوت های ژنتیکی در توالی ژن های موجود در ژنوم میتوکندری با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیک، روشی سریع و قابل اطمینان برای شناسایی و طبقه بندی گونه ها است و یکی از موثرترین ابزارها در برآورد تنوع زیستی ژنتیکی و روابط فیلوژنتیک در نژادهای مختلف دام از جمله شتر محسوب می شود. هدف از انجام این پژوهش توالی یابی و مقایسه ساختار ژنتیکی ژن RNA غیر کدکننده زیر واحد کوچک ریبوزوم در شترهای تک کوهانه و دوکوهانه ایران بود.
مواد و روش هابرای انجام این پژوهش از 20 نفر شتر تک کوهانه و دو کوهانه ایرانی نمونه خون جمع آوری شد. پس از استخراج DNA ژن 12S rRNA با طول 1326 جفت باز در ژنوم میتوکندری توسط دو جفت آغازگر اختصاصی تکثیر و توالی یابی شدند.
نتایجوجود 3 هاپلوتایپ در شترهای دوکوهانه و 1 هاپلوتایپ در شترهای تک کوهانه در جمعیت مورد پژوهش ثابت شد که این هاپلوتایپ ها به ترتیب دارای دو جایگاه چند شکل (SNP) در شتر دو کوهانه است و در بین شترهای تک کوهانه هیچ تفاوت نوکلیوتیدی مشاهده نشد. درخت فیلوژنی پس از اخذ توالی های مشابه ژن 12S rRNA میتوکندری دیگر گونه های موجود در بانک جهانی ژن با استفاده از آنها ترسیم شد.
نتیجه گیرینتایج تجزیه و تحلیل فیلوژنی و تنوع ژنتیکی نشان داد گونه های شتر تک کوهانه و دو کوهانه در دو گروه متفاوت قرار دارند و شترهای دو کوهانه ایرانی تنوع ژنتیکی بالاتری دارند که نشان از قدمت تکاملی طولانی تر این گونه دارد. اطلاعات در مورد تنوع ژنتیکی در میان نژادهای شتر می تواند توسعه برنامه های اصلاح نژاد را تسهیل کند و یک الزام برای حفظ منابع ژنتیکی است.
کلید واژگان: DNA میتوکندری, تنوع ژنتیکی, ژن 12S rRNAObjectiveAround the world, scientists are looking for new animal protein sources and trying to prioritize the animals with the best conversion rates. One of these animals is Camel. Identification of genetic differences in sequences of Mitochondrial Genome by Bioinformatics Tools is a rapid and confident method for identification and categorizing species. This method is one of the most effective ways of evaluating genetic biodiversity and Phylogenetic relationships in different livestock like Camel. This research was done for sequencing of Ribosomal non-coding RNA gene and comparison of its genetic construction between camelus dromedaries and camelus bactrianus of Iran.
Materials and MethodsWe were collecting blood samples from twenty camelus dromedaries and camelus bactrianus. We extracted DNA at the beginning then 12S rRNA with 1326 pair bases was amplified and sequenced by two pair specific primers.
ResultsThe Presence of 3 Haplotypes in Bactria camels and one haplotype in Dromedary were proved in the study population. These Haplotypes have two single nucleotide polymorphism (SNP) site in camelus bactrianus and there was not any Nucleotides difference among camelus dromedaries. Phylogeny Tree design with using similar mitochondrial 12S rRNA gene sequencing in other species which are in World Gene Bank.
ConclusionPhylogeny Analysis and defining, Genetic diversity was showing camelus dromedaries and camelus bactrianus are placing in two different groups and Iranian camelus bactrianus have more Genetic Diversity which indicates more historical evolution of this specie. More information about Genetic diversity among the different generation of Camels can facilitate developing generations revising Programs and is a necessity for protecting from Genetic Resources.
Keywords: : Mitochondrial DNA, genetic diversity, 12S rRNA gene -
سابقه و هدف
اسهال یک بیماری رایج میان گوساله ها بوده که سبب زیان اقتصادی چشمگیر در صنعت گاوهای شیری و گوشتی به علت افزایش میزان مرگ و میر، هزینه های درمان و کاهش نرخ رشد و افزایش سن اولین زایمان می گردد. روتاویروس گاوی یکی از عوامل اصلی ابتلا به اسهال در گوساله ها در سن یک تا دوهفتگی است. دو پروتئین vp4 و vp7 کپسید خارجی ویروس را ساخته و سبب تولید آنتی بادی و تحریک سیستم ایمنی می شوند. لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین شتری یک ضد ویروس قوی است که با اتصال به هپارین سولفات پروتیوگلایسین مانع ورود ویروس به سلول میزبان شده و می تواند جایگزین داروهای ضد ویروسی شود. هدف از این پژوهش بررسی امکان جایگزینی پپتید لاکتوفرین شتری با داروهای ضد ویروسی می باشد.
مواد و روش هادر این مطالعه امکان جایگزینی شش پپتید نوترکیب لاکتوفرین شتری به نام های clf36-1، clf36-2، 12A-36F+BC، A_Scaning، AF، Arm با داروهای ضدویروسی و اتصال کارآمد این پپتیدها با پروتئین های سطحی روتاویروس گاوی(vp4 و vp7) با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی و با استفاده از نرم افزار گرومکس بررسی و با توجه به انرژی آزاد پیوند شدن لیگاند-پروتئین در مرحله داکینگ و میزان بار الکتریکی سیستم پیش از خنثی سازی بار در دینامیک مولکولی مورد مقایسه قرار گرفته و در نهایت بهترین پپتید جایگزین با توجه به نمودارهای شعاع چرخشی که مهم ترین عامل تعیین کننده در کارآمدی سیستم ها در شرایط درون تنی و همچنین نشان دهنده ی امکان اتصال پایدار پپتید نوترکیب لاکتوفرین با پروتئین سطحی ویروس است؛ از میان شش پپتید مورد مطالعه، انتخاب گردید.
یافته هانتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد پپتید لاکتوفرین به خوبی با پروتئین های سطحی روتاویروس اتصال برقرار کرده و به این وسیله می تواند مانع ورود ویروس به درون سلول ها گردد. با این حال از میان شش پپتید مورد بررسی، پپتید 12A-36F+BC در دو سیستم vp4 و vp7 علی رغم داشتن بیشترین انرژی آزاد پیوند شدن لیگاند-پروتئین در بین مدل های مورد بررسی در مرحله داکینگ و مثبت ترین بار الکتریکی پیش از خنثی سازی بار در دینامیک مولکولی، به دلیل unfold بودن و تغییرات زیاد Rg آنها در طول زمان شبیه سازی به نظر می رسد در شرایط بدن اتصال کارآمدی نداشته باشند؛ از این رو با توجه به نمودارهای شعاع چرخشی از مطالعه حاضر انتظار می رود سیستم پروتئین سطحی vp4 و پپتید نوترکیب clf36-1 دارای بهترین اتصال باشد.
نتیجه گیرینتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد پپتید clf36-1 از میان شش پپتید مورد بررسی طی زمان شبیه سازی پایدار و دارای اتصال کارآمد و مناسب با پروتئین سطحی vp4 بوده، ضمن اینکه طی زمان شبیه سازی ساختار خود را حفظ کرده و از این طریق میتواند مانع ورود ویروس به درون سلول ها شده و جایگزین مناسبی برای داروهای ضد ویروسی باشد. با این حال انجام آزمایشات در شرایط in vivo به منظور اثبات اثربخشی این پپتید ضروری می نماید.
کلید واژگان: اسهال گوساله ها, روتاویروس گاوی, لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین شتری, شبیه سازی دینامیک مولکولیBackground and objectivesBovine diarrhea is a common disease among calves that causes significant economic losses in the dairy and meat industry because of increased mortality, treatment costs and reduced growth rates and increasing age at first calving. Bovine rotavirus is one of the main causes of diarrhea in calves at the age of one to two weeks. Both vp4 and vp7 proteins form the outer capsid of the virus, producing antibodies and stimulating the immune system. Camel lactoferrampine-Lactoferrin is a potent antiviral that binds to heparin proteoglycine sulfate, prevents virus entry into the host cell and can replace antiviral drugs. The aim of this study was to investigate the possibility of replacement of camel lactoferrin peptide with antiviral drugs.
Materials and methodsIn this study, the possibility of replacing six recombinant camel lactoferrin peptides named clf36-1, clf36-2, 12A-36F + BC, A_Scaning, AF, Arm with antiviral drugs and efficient binding of these peptides to Surface proteins of bovine rotavirus (vp4 and vp7) was investigated by molecular dynamics simulation using GROMACS software and they were compared due to their bond-dissociation energy in docking step and amount of electric charge before Neutralizing the electric charge of systems in molecular dynamics and finally the best substituted peptide was selected according to Radius of gyration diagram which is the main determinative factor in system efficiency in vivo and also indicates the possibility of stable binding of recombinant lactoferrin peptide to the virus’ surface protein.
ResultsThe results of this study indicate that the lactoferrin peptide binds well with the rotavirus’ surface proteins and can thus prevent the virus from entering the cells. However, among the six peptides examined, the 12A-36F + BC peptide in both vp4 and vp7 systems seems to be inefficient in vivo in spite of the highest bond-dissociation energy and the most positive electric charge before Neutralizing the electric charge of systems in molecular dynamics. As being unfold and Rg fluctuation during the simulation. Hence this study expects that recombinant peptide clf36-1 and vp4 system will bind well according to the Radius of gyration diagram.
ConclusionsThe results of this study show that the clf36-1 peptide was stable and efficiently bound to vp4 surface protein among the six peptides investigated while retaining its structure during the simulation and in this way it can prevent the virus from entering the cells. So it can be an appropriate alternative to antiviral drugs. However, in vivo experiments are needed to prove the efficacy of this peptide.
Keywords: Bovine diarrhea, Bovine rotavirus, Camel lactoferrampine-Lactoferrin, molecular dynamics simulation -
نشریه تحقیقات دامپزشکی و فرآورده های بیولوژیک، سال سی و سوم شماره 2 (پیاپی 127، تابستان 1399)، صص 100 -109متاسفانه استفاده از آنتی بیوتیک ها برای درمان بیماری ورم پستان دام منجر به ایجاد اثرات جانبی نامطلوبی شده است. از جایگزین های آنتی بیوتیک می توان به پروتئین های ضد میکروبی نظیر لاکتوپراکسیداز اشاره کرد. هدف از این پژوهش پیش بینی پپتیدهای پروتئین لاکتوپراکسیداز و مقایسه ی آن ها در گونه های انسان، شتر، گوسفند، بز، گاومیش و گاو و بررسی خواص ضد باکتریایی آن در برابر باکتری های Staphylococcus aureus و Escherichia coli مولد ورم پستان از طریق داکینگ مولکولی است. از این رو، خواص فیزیکوشیمیایی پروتئین لاکتوپراکسیداز و پپتیدهای زیست فعال حاصل از آن با استفاده از نرم افزار CLC Main Workbench 5 بررسی و سپس ساختار سوم آن برای شتر و انسان از طریق نرم افزار Swiss-Model پیش بینی شد. در ادامه پپتیدهای این پروتئین پیش بینی و در نهایت برهمکنش های پروتئین لاکتوپراکسیداز و پپتیدهای حاصل از آن با پروتئین های سطحی دو باکتری مذکور با استفاده از نرم افزار آنلاین ClusPro2.0 صورت گرفت. نتایج داکینگ مولکولی نشان داد که مناسب ترین موقعیت اتصال که در آن پروتئین لاکتوپراکسیداز حاصله با منفی ترین انرژی به پروتئین سطحی غشاء این دو باکتری متصل شده است، به ترتیب مربوط به گاو و بز می باشد. بررسی بیوانفورماتیکی هفت پپتید حاصل از این پروتئین نیز نشان داد که پپتید شماره ی سه مربوط به گاو، بز، گاومیش، گوسفند عملکرد بهتری در اتصال و تخریب پروتئین سطحی غشاء این دو باکتری داشته و با انرژی اتصال منفی تری نسبت به فرم کامل پروتئین لاکتوپراکسیداز به این باکتری ها متصل شده است. امید است بتوان در آینده از این پپتیدها به عنوان جایگزینی مناسب برای آنتی بیوتیک ها در بخش درمان بیماری ورم پستان استفاده کرد.کلید واژگان: ورم پستان, پپتید, بیوانفورماتیک, داکینگ مولکولیUnfortunately, using the antibiotics to treat mastitis is increasing in which leads to undesirable side effects. One of the antibiotics alternatives with high potential are antimicrobial proteins like lactoperoxidase. The aim of this study was to predict the peptides of lactoperoxidase protein and compare them in six different species (human, camel, sheep, goat, buffalo and cattle) and also investigate its antibacterial properties against Staphylococcus aureus and Escherichia coli strains through Molecular docking. The study of physicochemical properties of the lactoperoxidase protein and the derived bioactive peptides has been done using the CLC Main Workbench 5 software. The Swiss-model server was applied to predict the third (three-dimensional) structure of lactoperoxidase protein for camel and human. The peptides of lactoperoxidase protein were predicted and ultimately, the interactions of this protein and its derived peptides with the outer membrane proteins of the mentioned names were survived using ClusPro2.0 online software. The results of the position and energy of bonding assessment using molecular docking show that the most suitable binding location, in which the derived lactoperoxidase protein is bound to the outer membrane proteins of bactria membrane, with the lowest energy, related to cattle and goat, respectively. Bioinformatics study of the seven derived peptides from this protein showed that the third peptide of cattle, goat, buffalo, and sheep has a better performance in binding and degrading the outer membrane protein of these bacteria. These peptides can be proposed as replacement antibiotics for the treatment of mastitis in the future.Keywords: mastitis, Peptide, Bioinformatics, Molecular Docking
-
در پژوهش حاضر توانایی پیش بینی ارزش های اصلاحی ژنومی شبکه های عصبی بیزی و روش های پارامتری در چهار معماری ژنتیکی شبیه سازی شده و چهار صفت واقعی موش با یکدیگر مقایسه شد. تعداد QTLها در معماری های ژنتیکی اول و سوم 50 و در معماری های ژنتیکی دوم و چهارم 500 در نظر گرفته شد. مقدار وراثت پذیری در معماری های ژنتیکی اول و دوم 3/0 و در معماری های ژنتیکی سوم و چهارم 7/0 بود. بیشترین صحت پیش بینی ژنومی حاصل از شبکه های عصبی بیزی در چهار معماری ژنتیکی شبیه سازی شده برابر با 644/0، 654/0، 800/0 و 81/0 بود. این مقادیر در روش های پارامتری برابر با 717/0، 685/0، 903/0 و 836/0 بود. حداکثر توانایی پیش بینی حاصل از شبکه های عصبی بیزی در پیش بینی وزن شش هفتگی، شیب رشد، شاخص توده بدنی و طول بدن به ترتیب برابر با 474/0، 359/0، 154/0 و 214/0 بود. توانایی پیش بینی روش های پارامتری در پیش بینی ژنومی این صفات مشابه و به طور متوسط برابر با 477/0، 369/0، 170/0 و 221/0 بود. میانگین مربعات خطای پیش بینی شبکه های عصبی بیزی در معماری های ژنتیکی شبیه سازی شده اندکی کمتر از روش های پارامتری و در داده های واقعی مشابه روش های پارامتری بود. مدت زمان اجرای شبکه های عصبی بیزی با افزایش تعداد نرون در لایه مخفی به صورت صعودی افزایش یافت. نتایج بدست آمده نشان داد با وجود بهتر بودن صحت و توانایی پیش بینی روش های پارامتری، شبکه های عصبی بیزی می توانند ارزش های اصلاحی ژنومی را با دقت مناسبی پیش بینی کنند. همچنین توانایی پیش بینی ژنومی شبکه های عصبی به صفات هدف، گونه موردنظر و معماری شبکه عصبی بستگی دارد.
کلید واژگان: ارزیابی ژنومی, روش های پارامتری, شبکه های عصبی, مقایسه کاراییIntroductionIn genomic selection, genetic values of individuals are predicted using genetic markers that are distributed all across the genome and are in linkage disequilibrium with quantitative trait locus. Different methods have been introduced to predict genomic breeding values. These methods take into account different assumptions. Non-parametric methods, including artificial neural networks, have fewer assumptions than parametric methods, and can apply nonlinear relationships in genomic predictions so, in theory these approaches are more robust against genetic architecture changes and are able to provide better predictions.
Materials and MethodsIn current study, the prediction ability of Bayesian neural networks with different architectures (1 to 5 neurons in the hidden layer) and parametric methods (GBLUP, Bayes RR, Bayes A, Bayes B, Bayes C Bayes L) in four simulated genetic architectures and four real traits of mouse (six weeks weight, growth slope, body mass index and body length) were compared using the correlation coefficient between predicted and expected values, mean square error of prediction and computation time. All simulated genetic architectures were additive and the gene effects followed a normal distribution. The number of QTLs in the first and third genetic architecture was 50 and it was 500 for second and fourth genetic architecture. The heritability of the first and second genetic architectures was 0.3 and the heritability of the third and the fourth genetic architectures was 0.7. The real data consisted of 1,296 mice which were genotyped with 9,265 SNP markers.
Results and DiscussionThe highest prediction accuracy of Bayesian neural networks were 0.640 (4 neuron in the hidden layer), 0.664 (4 neuron in the hidden layer), 0.800 (1 neuron in the hidden layer) and 0.810 (1 neuron in the hidden layer), and the highest prediction accuracy of parametric methods were 0.711(Bayes B), 0.685 (Bayes A), 0.903(Bayes B) and 0.836 (Bayes B) respectively for one to four simulated genetic architectures. These results showed the superiority of parametric methods to Bayesian neural networks in terms of prediction accuracy in genetic architectures with additive effects. In additive genetic architectures, the allelic effects of genetic variations are independent. In parametric models, these effects are assumed to be independent, therefore in additive genetic architectures can be expected that parametric methods are able to provide better predictions than nonparametric methods. The maximum predictive abilities of Bayesian neural networks to predict six weeks weight, growth slope, body mass index and body length were 0.474 (1 neuron in the hidden layer), 0.349 (4 neuron in the hidden layer), 0.154 (1 neuron in the hidden layer) and 0.214 (4 neuron in the hidden layer). The predictive abilities of parametric methods to predict these traits were similar and equal to 0.477, 0.336, 0.170, and 0.221 in average. The results showed that the predictive abilities of Bayesian neural networks and parametric methods were similar on real data as the difference between the best predictive ability of Bayesian neural networks and parametric methods for Six weeks weight, growth slope and body length were less than 1%. The difference was slightly higher for the body mass index and equal to 1.8%. The mean squared error of prediction of Bayesian Neural Networks was slightly less than parametric methods in the simulated genetic architectures. The results indicate a slight superiority of Bayesian neural networks compared to parametric methods in terms of mean squared error of prediction as an indicator of overall fit. The mean square prediction error is an appropriate criterion for evaluating the prediction performance of different methods because it contains both accuracy and bias. Considering table (3) and table (5), it can be concluded that the prediction of the Bayesian neural network are less accurate but more unbiased than the parametric methods. This could be due to more applied penalty in parametric methods compared to Bayesian neural networks, which can lead to an increase in the average mean squared error of prediction. In real data, the mean squared error of prediction of the Bayesian neural networks and parametric methods were similar. The computation time of Bayesian neural networks was increased with an increase in the number of neurons in the hidden layer. The computation time of the parametric methods was the same with the exception of GBLUP. The GBLUP method took more computation time. The computation time of neural the networks with 1 to 2 neurons in the hidden layer were less than GBLUP. Genomic prediction using Bayesian Neural Networks with a greater number of neurons is really challenging, and improving their performance in terms of computational cost is necessary before applying them in genomic selection.
ConclusionAlthough parametric methods had better predictive accuracy and predictive ability due to the additive genetic architecture of the studied traits, it can be concluded that Bayesian neural networks are powerful tools in genomic enabled prediction that can predict genomic breeding values with acceptable accuracy. The genomic prediction ability of the neural networks depends on target traits, the animal species, and neural network architecture. Before using Bayesian neural networks in genomic prediction, it is better to compare the results with parametric methods. It is also necessary to improve the computation time of the Bayesian neural networks with a greater number of neurons in hidden layer before applying them in real application of genomic selection.
Keywords: Efficiency comparison, Genomic evaluation, neural networks, parametric methods -
فرآیندهای رشد عضلات و متابولیسم لیپید که نقش مهمی در مراحل رشد و نمو جنین دارند،در گوسفندان بی-دنبه و دنبه دار متفاوت است.از این رو برای درک بهتر ژن های افتراقی و مسیرهای آن ها در بافت عضله قبل از تولد، داده های بیان ژن حاصل از آزمایش آرایه مربوط به بافت عضله دو نژاد گوسفند دنبه دار و بی دنبه (Access number: GSE23563) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در مراحل 70، 85، 100، 120 و 135 روزگی جنینی بترتیب 691، 410، 404، 290 و 155 ژن دارای بیان افتراقی با استفاده از بسته نرم افزاری LIMMA در محیط R شناسایی شد. همچنین شناسایی خوشه های ژنی معنی دار با استفاده از Cytoscape برای هر مقطع سنی انجام شد. در نهایت 12 ژن افتراقی در مجموع پنج مرحله جنینی معرفی شد که در میان آن ها ژن های EEF1A2، SELI، ITGAM، NINL و RPL39 به عنوان ژن های مرتبط با وزن جنین، درگیر در رشد و نمو عضلات جنینی و تنظیم متابولیسم اسیدهای چرب شناسایی شد.همچنین آنالیز ماهیت شناسی ژن های افتراقی توسط DAVID منجر به شناسایی فرآیندها و مسیرهای معنی دار مرتبط با میوژنز، متابولیسم چربی و سیستم ایمنی و عصبی در ترانسکریپتوم عضلات در حال رشد شد. نتایج این بررسی می تواند اطلاعات تکمیلی از تاثیر قابل توجه ژن ها بر تشکیل بافت عضله و چربی در مراحل رشد و نمو جنینی و مسیرهای درگیر در این فرآیندهای بیولوژیکی را فرآهم آورد. همچنین این ژن ها ممکن است شواهدی برای نشانگرهای مولکولی مرتبط با برخی صفات اقتصادی مانند وزن تولد، صفات لاشه و کیفیت گوشت در گوسفند فراهم آورد که می تواند در برنامه های اصلاحی به کار رود.
کلید واژگان: ماهیت شناسی, متابولیسم لیپید, میوفیبریل, میوژنز, CytoscapeProcesses of muscle development and lipid metabolism that plays important roles during fetal growth and development stages, are different in thin- and fat-tailed sheep breeds. Therefore, in order to have a better perception of differentially expressed genes and their pathways in ovine prenatal muscle tissue , the gene expression data from muscle tissue of two thin- and fat-tailed breeds of sheep derived from the gene expression array experiment (Access number: GSE23563) were analyzed. The LIMMA package in R used to identify 691, 410, 404, 290 and 155 differentially expressed genes at 70, 85, 100, 120, and 135 days from gestation, respectively.Also,identification of significant gene clusters was performed for each fetal stage using Cytoscape. Finally,13 genes were recognized as differentially expressed at all 5 stages of sampling; among them, EEF1A2, ITGAM,NINL and RPL39 were confirmed as genes related to fetal weight, involved in the muscle development and lipid metabolism regulation.Also Gene Ontology and KEGG pathway analysis for differentially expressed genes by DAVID led to identification of significant processes and pathways associated with myogenesis, lipid metabolism and nervous and immune system in the developing muscle tissue transcriptome. The results of this study could provide supplementary information revealing genes with significant impact on the formation of muscle and fat tissues during fetal development and also the pathways involved in these biological processes.These genes might provide some evidence on DNA markers associated with some economic traits including birth weight,carcass and meat quality traits in sheep which can be applied in selection and breeding programs.
Keywords: Cytoscape, Gene Ontology, lipid metabolism, Myofibril, Myogensis -
هدف
علیرغم اهمیت باروری در گونه های مختلف، موفقیت های کمی در فهم اساس باروری از منظر لایه های مختلف OMICS به دست آمده است. برای فهم بهتر اساس مولکولی باروری، نیم رخ ترانسکریپتوم بافت های مختلف در گاو مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش هابافت های کبد، عضله، اندومتریوم و جسم زرد در گاوهایی با شایستگی ژنتیکی بالا و پایین در صفات تولیدمثلی با استفاده از داده های RNA-Seq مورد پژوهش قرار گرفت. در ابتدا فهرست ژن های مربوط به جسم زرد که تفاوت بیانی داشتند تهیه و در ادامه شبکه هم بیان ژنی برای این فهرست ژنی ایجاد شد.
نتایجتعداد ژن های محدودی در بافت های کبد، عضله و اندومتریوم تفاوت بیان نشان دادند ولی در مقابل تعداد قابل توجهی ژن در جسم زرد تفاوت بیانی از خود نشان دادند. بر این اساس،. تعداد 264 ژن و 6 ماژول عملکردی بعد از طبقه بندی ژن ها برای جسم زرد شناسایی شد. همه این ژن ها حداقل در یکی از فرآیندهای زیستی از قبیل پروتئولایسیز، سازماندهی آکتین، پاسخ ایمنی، چسبندگی سلولی، تمایز سلولی و متابولیک چربی نقش داشتند(p<0.01).
نتیجه گیریشناسایی ژن ها و بازسازی شبکه های تنظیمی می تواند افق جدیدی در راستای فهم چگونگی سازو کار فرآیندهای زیستی باز کند. همچنین این پژوهش فهم ما را در نقش بافت های مختلف روی باروری در گاوهای شیری را نشان می دهد.
کلید واژگان: باروری, ترانسکریپتوم, شبکه هم بیان ژن, ایجاد شبکهObjectiveIn spite of the importance of fertility in different species, there has been little success dissecting the levels of OMICS. To better understand the molecular basis of fertility, we study transcriptome profiling of different tissues. Materials and methods liver, muscle, endometrium and corpus luteum tissues between cows with either good or poor genetic merit for fertility using RNA-Seq data sets. We first compiled a master list of genes related to corpus luteum that change with level of fertility and then reconstructed the network.
ResultsA few genes were identified in liver, muscle and endometrium between high and low fertile cows but in corpus luteum circumstance was different. 264 genes and 6 key modules were disclosed through clustering for mRNA master list for corpus luteum. All these genes, being involved in at least one of the biological process, namely proteolysis, actin cytoskeleton organization, immune system process, biological adhesion, cell differentiation and lipid metabolic process, have an overexpression pattern (P < 0.01).
ConclusionsFinally, the identification of genes and the construction of their regulatory networks may give new insights into biological procedures. As well as, this study increases our understanding of the contribution of different tissues transcriptome to phenotypic fertility in dairy cattle.
Keywords: fertility, transcriptome, Co-expression gene network, Reconstruction of gene networks -
هدف ازاین پژوهش، ارزیابی عملکردانتخاب ژنومی برای صفات تولیدشیر، درصدچربی و درصدپروتئین درگاو نژادنجدی درگله های ایستگاهی و اقماری با استفاده از مدلهای آماری مختلف بود. ازارزشهای اصلاحی سنتی بدست آمده ازیک مدل رگرسیون تصادفی با استفاده ازاطلاعات شجرهای و فنوتیپی هر صفت بین سالهای 1369 تا 1395 به عنوان متغیر پاسخ استفاده شد. با استفاده ازطرح 10 بار تکرار جمعیت آموزش-آزمون وچهارمدل بهترین پیشبینی نااریب خطی ژنومی مقیاس شده بافراوانی آللی مشاهده شده (GBLUP) و فراوانی آللی 5/0 (G05BLUP)، بیز A و بیز B قابلیت پیشبینی ها، ارزیابی شدند. نتایج نشان داد، GBLUP عملکرد بهتری نسبت به G05BLUP برای تولیدشیر (411/0 در مقابل 385/0) داشت ولی عملکرد G05BLUP برای درصدچربی (257/0 درمقابل 302/0) و درصدپروتئین (363/0 درمقابل 388/0) بهتر بود. صحت برآورد ارزش اصلاحی تولید شیر و درصد چربی با استفاده از بیز A و بیز B به ترتیب به 371/0 و 353/0 کاهش و 329/0 و 314/0 افزایش یافتند. برای درصد پروتئین روشهای بیزی و GBLUPs صحت مشابه داشتند. دربین تمام روشها و صفات، بیزA برای پروتئین با 14/0 و G0BLUP برای تولید شیر با 71/0 به ترتیب کمترین و بیشترین اریب پیشبینی بصورت انحراف از یک را داشتند. صحت پیشبینی ها با استفاده از گله های اقماری علاوه بر گله ایستگاهی بین 01/0 تا 09/0 بسته به روش وصفت افزایش یافت ولی اریب نیز ازقبل بیشتر بود. درنتیجه، صحت پیشبینی ژنومی برای صفات تولید شیر در گاو نجدی متوسط، ولی با توجه به اندازه کوچک جمعیت مناسب هستند که کاربرد انتخاب ژنومی برای این نژاد را ممکن میسازد.کلید واژگان: انتخاب ژنومی, مدل آماری, انتخاب متغیر, نشانگرهای ژنتیکی, صحتThe objective of this study was to evaluate the performance of genomic selection for milk yield, fat percent and protein percent in Najdi cattle breed from station and Agmari herds using different statistical models. Traditional estimated breeding values obtained with a random regression model using pedigree and phenotypic information for each trait from 1990 to 2016 were used as response variables. Predictability was evaluated by using a 10 replicated Training-Testing scheme and considering four models including genomic best linear unbiased prediction scaled with observed allele frequency (GBLUP), and allele frequency of 0.5 (G05BLUP), BayesA and BayesB. The results showed that GBLUP had better performance than G05BLUP for milk yield (0.411 vs 0.385), but performance of G05BLUP was better for fat percent (0.257 vs 0.302) and protein percent (0.363 vs 0.388). The accuracy of breeding values of milk yield decrease to 0.371 and 0.353, and accuracy of fat percent increased to 0.329 and 0.314 with BayesA and BayesB, respectively. Bayesian methods had same accuracy as GBLUPs for protein percent. Across traits and methods BayesA with 0.14 for protein percent, and G05BLUP with 0.71 for milk yield had smallest and highest bias as deviate from 1, respectively. Accuracy of prediction using Agmariherds in addition station herd increased 0.01 to 0.09 depending on method and trait, but also bias were more than before. In conclusion, accuracy of genomic prediction of milk traits in Najdi cattle breed are moderate but suitable considering small size of population which makes genomic selection feasible in this breed.Keywords: Genomic selection, statistical model, variable selection, genetic markers, accuracy
-
باقیمانده خوراک مصرف شده (RFI) تفاوت بین مقدار واقعی خوراک مصرف شده با مقدار مورد انتظار آن در هر دام می باشد. انتخاب برای بهبود بازده خوراک دام از طریق RFI به دلیل استقلال فنوتیپی آن از وزن متابولیکی بدن و افزایش وزن بدن پیشنهاد شده است. جهت کشف ارتباط بین ساختار بیان ژن ها و ایزو فرم های مرتبط با آن ها و همچنین نقش تنظیمی آن ها در باقیمانده خوراک مصرف شده در مرغ، پروفایل ترانسکریپت های کبد در سن 42 روزگی در دو گروه مرغان بومی اصفهان و مرغان سویه راس مورد بررسی قرار گرفت. باقیمانده خوراک مصرف شده جوجه های بومی اصفهان و سویه راس به ترتیب(+13.430±5.393 g/day) و(-11.212±4.435g/day) بود. آنالیز تفرقی بیان با استفاده از بسته نرم افزاری Cuffdiff (v2.2.1) برای بیش از 45070 ایزو فرم مربوط به 19003 ژن انجام شد. طبقه بندی ایزو فرم های بر اساس نتایج Cuffcompare تعداد 16121 ایزو فرم در مرغ بومی اصفهان کاهش بیان نشان دادند و 28949 ایزو فرم افزایش بیان نشان دادند. از کل ایزو فرم های شناسایی شده 21081 ایزو فرم جدید بودند. 206 ایزو فرم تغییر بیان یافته بین مرغ سویه راس و مرغ بومی اصفهان شناسایی شد. از بین این ایزو فرم ها، در مرغ بومی اصفهان نسبت به مرغ سویه راس، تعداد 126 ایزو فرم مربوط به 99 ژن کاهش و 80 ایزو فرم مربوط به 55 ژن، افزایش بیان نشان دادند. نتایج تجزیه و تحلیل عملکردی ژن ها نشان داد ایزو فرم های کاهش بیان یافته ی گونه بومی عمدتا در فرآیندهای زیستی مختلف ازجمله واکنش دهی به استرس، پاسخ به ترکیب حاوی اکسیژن، واکنش دهی به چربی، توسعه ارگان های حیوان، واکنش دهی به مواد مغذی، واکنش دهی به سیتوکین ها، پاسخ به سطوح تغذیه، فرآیند بیوسنتز مولکول های تکی، فرآیندهای بیوسنتز چربی ها و فرآیندهای تنظیم ارگانیزم های چندگانه نقش داشتند. شناسایی ژن های اختلاف بیان یافته و ایزو فرم های آن ها بین جوجه های دو نژاد منجر به شناسایی ژن های کاندید مهم برای برنامه های به نژادی، ازجمله RSAD2، IL15، EGR1 و DUSP16 شد. این ژن ها می توانند با باقیمانده بالاتر نژاد بومی مرتبط باشند.کلید واژگان: ایزو فرم, باقیمانده خوراک مصرف شده, مرغ, RNA seqIntroductionIn the past decade, many performance traits in chickens have greatly improved to meet the growing demand for chicken meat. On the other hand, due to the 70% share of feed costs in the total cost of livestock production, feed efficiency has become one of the most important genetic traits in livestock and poultry. Residual feed intake (RFI) is the difference between the actual absorption of animal feed and the expected of the animal absorption based on body weight and its level of performance. Selection to improve feed efficiency through RFI is suggested due to its phenotypic independence from body weight and body weight gain. There is evidence for the genetic basis of variation in productivity in all species. Previous studies have shown that some genes may play an important role in controlling RFI through effects on the digestive system and metabolic processes. It seems that changes in the amount of residual feed intake is the result of changes in the expression of the genes associated with it, and the study of transcript changes in chickens with high RFI helps to identify the mechanisms that affect it.Materials and MethodsExperiments were conducted on Commercial breeds (high production efficiency) and Isfahan Native Chickens (low production efficiency). From each breed, 60 chicks were harvested and caged from day 24 to 42 days for 19 days. The chicks of both groups were raised under the same management conditions. In order to measure the residual feed intake of each bird in individual cages and daily intake (FI) of the amount of feed consumed in 19 d (from day 24 to 42) divided by number of days, and daily gain (DG) of the weight difference 24. Using these figures, the amount of residual feed consumed will be calculated. Ten samples of liver tissue were then collected from each breed and immediately transferred to liquid nitrogen and transferred to the laboratory for total RNA extraction. Two pooled samples of every breed (each consisting of three extracted RNA sample) were prepared. Prior to Alignment, the quality of the raw readings sequence was evaluated using the Fastqc software. The reference genome for the chicken (Galgal4) and the annotated file were obtained from the Ensembl database. After controlling the quality and Trimming the reads, the Hisat2 software was used to mapping obtain reads from the genome of the reference. Analysis of differential gene expression was performed using Cufflinks.. To identify different isoform of the gene and to measure the expression of isoform, it is necessary to examine the position of microwave splicing between the exons. Cuff compare compares the transcripts that are assembled with a reference genome and categorizes each transcript into known, new, and potential new isoform.Results and DiscussionThe phenotypic results showed that the difference in the mean RFI values between the native (+13.430±5.393 g/day) and commercial (-11.212±4.435g/day) chickens was highly significant (P<0.001). About 83% of the sequenced fragments were matched to the reference genome and Duplex analysis of gene expression was performed..Differential expression analysis for more than 45070 isoform Related to 19003 genes using Cuffdiff showed that 28949 and 16121 isoform were up- and down-regulated (adjusted P≤0.05) in the native breed, respectively. 206 Isoform was identified as a change in expression between the native and commercial chickens. Moreover 21081 novel isoform were identified which have not been included in the gene annotation so far. Moreover, the functional enrichment analysis showed that the down-regulated isoform in the native chickens were mainly involved in the different response to stress،response to oxygen-containing compound،response to cytokine،response to nutrient،response to lipid،animal organ development ،single-organism biosynthetic process،regulation of multi-organism process response to nutrient level and lipid biosynthetic process. The Differentially Expressed Genes and their isoform explored between the chickens of the two breeds led to the identification of some important candidate genes for further breed improvement programs, including RSAD2, IL15, EGR1, and DUSP16. These genes could be related to the higher RFI of the native.ConclusionOur findings showed that a large number of related genes with metabolism (fat, amino acids, carbohydrates, and vitamins), growth, as well as oxidative stress and immunity, can make a difference in the RFI. Identification of the difference genes and their isoform between two breeds of chickens led to the identification of important candidate genes for breeding programs, including RSAD2, IL15, EGR1 and DUSP16.Keywords: Chicken, Isoform, Residual feed intake, RNA, Seq
-
استرپتوکوکوس بویس یکی از باکتری های مصرف کننده نشاسته و تولیدکننده اسید لاکتیک در شکمبه است. با توجه به نقش استرپتوکوکوس بویس در تولید اسید لاکتیک، اطلاعات زیستی وسیعی از این گونه منتشر شده است. اما تا به حال، خصوصیات و توانمندی های متابولیکی این باکتری در سطح یک سیستم تجزیه و تحلیل نشده است. در پژوهش حاضر، مدل متابولیکی مبتنی بر ژنوم باکتری استرپتوکوکوس بویس (iStr472) برای اولین بار بر اساس اطلاعات ژنومی بدست آمده از سویه استرپتوکوکوس بویس B315 ساخته شد. مدل iStr472 با اهداف مختلف نظیر استواری، توپولوژی و توانایی های مدل در مصرف سوبستراهای دیگر آنالیز گردید. مدل بازسازی شده تعداد 694 واکنش، 626 متابولیت و 472 ژن را شامل گردید. بیشترین واکنش ها در مسیر متابولیکی نوکلئوتیدها قرار داشتند. ژن های متابولیکی مدل 6/27 درصد از کل ژن های رمزگذارنده را شامل شد. مقایسه دو مدل (iStr472 و ModelSEED) نشان داد که مدل iStr472 از دقت و صحت بالاتری نسبت به مدل دیگر برخوردار است. شانزده متابولیت با درجه اتصال بالا در مدل شناسایی گردید. حذف واکنش ها نشان داد که مدل 126 واکنش حیاتی برای رشد را شامل می شود. بر اساس پیش بینی مدل، تولید زیست توده استرپتوکوکوس بویس تحت تاثیر لاکتات تولیدی قرار می گیرد. مدل همچنین قادر است از فروکتوز به عنوان منبع کربنی استفاده کند. روی هم رفته، از پیش بینی های مدل iStr472 می توان به عنوان ابزاری برای درک بهتر متابولیسم و همچنین مهندسی متابولیک استرپتوکوکوس بویس به منظور تولید لاکتات کمتر در محیط شکمبه بهره برد.کلید واژگان: استرپتوکوکوس بویس, مدل متابولیکی مبتنی بر ژنوم, iStr472, شکمبه, COBRAStreptococcus bovis has been considered to be one of the starch utilizers and lactate producers in the rumen. By considering the role of S. bovis as main lactic acid producer, a large amount of biological information about this strain has been published. But there has not been a systematic analysis of metabolic capabilities for S. bovis so far. In the present study, the first genome-scale metabolic model of S. bovis (iStr472) was reconstructed based on the genome annotation of S. bovis B315. The model was analyzed in terms of sensitivity, topology and capabilities for utilization of other substrates. Results revealed that iStr472 comprises 694 reactions, 626 metabolites and 472 genes. The majority of reactions were located on the nucleotides metabolic pathway. The metabolic genes of model estimated as 27.6 % of all coding genes. Comparison of two models (iStr472 and ModelSEED) indicated that iStr472 has a higher accuracy and validity than the ModelSEED. The 16 highly connected metabolites were found in the model. The results of reaction deletion presented that the model has 126 vital reactions essential for the organism's growth. According to the model prediction, production of biomass was inversely influenced by lactate production. The iStr472 is also capable of utilizing fructose as carbon source. Taken together, it would be possible to use the predictions of iStr472 as a tool for better understanding the metabolism and metabolic engineering of S. bovis for reduced lactate production in the rumen.Keywords: Streptococcus bovis, genome-scale metabolic model, iStr472, rumen, COBRA
-
سابقه و هدفبه طورکلی عوامل ایجادکننده ی ورم پستان به دو دسته ی عوامل واگیردار (نظیر: استافیلوکوکوس اورئوس) و عوامل محیطی نظیر (اشرشیاکلای) تقسیم بندی می شود. راه رایج درمان این بیماری استفاده از آنتی بیوتیک هاست که می تواند موجب بروز مشکلاتی مرتبط با سلامت انسان شود. پپتیدهایی که در محیط آزمایشگاهی یا در موجودات زنده از هضم ناقص پروتئین ها ایجاد و دارای عملکرد زیستی خاص باشند را اصطلاحا پپتیدهای زیست فعال نامیده می شوند. کازئین حاوی پپتیدهای ضد باکتریایی به نام ایزراکیدین می باشد که از طریق تخریب غشای سلولی یا غشای میتوکندری باعث نابودی سلول های باکتریایی می شود. هدف از انجام این پژوهش، شناسائی پروتئین و پپتیدهای زیست فعال ضدباکتریائی پروتئین آلفا s1 کازئین در هشت گونه مختلف از پستانداران و مقایسه خاصیت ضدباکتریائی این پپتید ها در این هشت گونه از پستاندران در مقابله با دو باکتر مهم مولد ورم پستان استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیاکلای می باشد. مواد وروشابتدا جمع آوری داده های ژنومی و پروتئینی برای هشت گونه مختلف پستانداران(گاو، گوسفند، شتر، اسب، انسان، گاو میش و خوک) از سایت مرکز ملی اطلاعات زیست فناوری(NCBI) صورت گرفت و پس از آن پیش بینی پپتیدهای زیست فعال پروتئین آلفا s1 کازئین و ساختار سه بعدی آن ها با کمک نرم افزارهای آنلاین ACCLUSTERServer ، I-TASSER و GalaxyWEB انجام شد. برای بررسی پایداری پروتئین و پپتیدها در شرایط دینامیکی (شرایط درون سلول) از نرم افزار های آنلاین 3Drefine و YASARA استفاده گردید. در نهایت شبیه سازی برهمکنش(داکینگ) پروتئین های آلفا s1 کازئین و پپتیدهای زیست فعال ایزراکیدین با باکتری های مولد ورم پستان در درون سلول با استفاده از نرم افزار آنلاینClusPro2.0 انجام شد.یافته هانتایج آنالیز بیوانفورماتیکی برهمکنش مولکولی این پروتئین و پپتیدهای زیست فعال آن در هشت گونه مختلف از پستانداران با پروتئین های سطحی غشاء دو باکتری مهم مولد ورم پستان نشان می دهد که شیر "گوسفند و خوک" دارای بالاترین عملکرد در در نابودی باکتری استافیلوکوکوس ، شیر "انسان و گاو میش" نیز بهترین عملکرد در مقابله با باکتری اشرشیا کلای و جلوگیری از بیماری ماستیت (ورم پستان) را دارا هستند.نتیجه گیریبنابراین به نظر می رسد که می توان از پپتیدهای ایزراکیدین به عنوان عامل طبیعی و مواد جایگزین آنتی بیوتیک برای کاهش اثرات مخرب بیماری ورم پستان بر سلامت انسان از طریق امکان انتقال سویه های باکتریایی مقاوم شده به آنتی بیوتیک از دام به انسان و همچنین افزایش کیفیت شیر مصرفی (کاهش تعداد سلول های بدنی در شیر، افزایش تولید شیر و آسیب کمتر به بافت پستانی) استفاده کرد.کلید واژگان: ورم پستان, پروتئین آلفا s1 کازئین, پپتیدهای زیست فعال, برهمکنش مولکولیBackground and objectivesGenerally, the causes of mastitis classified into two types of infectious factores ( eg Staphylococcus aureus ) and environmental factors such as ( Escherichia coli ). The common method to treat this disease is to use antibiotics Which can cause problems related to human health. the Peptides created in the laboratory or In living organisms from incomplete digestion of proteins and have a specific biological function called bioactive peptides. Casein contains antibacterial peptides called israchidine, Which by destroying the cell membrane or mitochondria membrane, It causes the destruction of bacterial cells. The purpose of this study, was to identify the protein and bioactive anti-bacterial peptides of alpha-s1 casein in eight different species of mammals and Comparison of the antibacterial properties of these peptides in these eight species of mammals against two major bacteria producing Staphylococcus aureus and Escherichia coli.Materials and methodsfirst, genomic and protein data for eight different species of mammals ( cattle , sheep , camels, horses , humans , ewes and pigs ) was collected from the National Center for Bioinformatics Information Center ( NCBI ) And then, The prediction of bioactive peptide alpha s1 casein and its three-dimensional structure was done with the help of the online software ACCLUSTERServer, I-TASSER and Galaxy WEB. In order to evaluate protein and peptide stability under dynamic conditions ( intracellular conditions ), 3Drefine and YASARA software were used. Finally, the simulation of the interaction ( docking ) of alpha-s1 casein and the bioactive peptides of israchidine with mastitis producing bacteria inside the cell was done using ClusPro 2.0 software online.ResultsBioinformatics analysis on The molecular interaction of this protein and its bioactive peptides in eight different species of mammals with surface proteins in the membrane of two major mastitis producing bacteria shows that milk " sheep and pig " has the highest performance in destroying Staphylococcus bacteria , " Human and ewes "also have the best performance against Escherichia coli and prevent mastitis ( mastitis ).ConclusionTherefore, it seems that israchidine peptides can be used as natural factors and antibiotic substitute materials to reduce the destructive effects of mastitis on human health through the possibility of transferring resistant bacterial strains to antibiotics from livestock to humans and also increase the quality of milk consumed ( reducing the number of body cells in milk , increasing milk production and less damage to Mustache ).Keywords: mastitis, alpha s1 casein protein, bioactive peptides, molecular interactions
-
هدف از این پژوهش بررسی اثر ضد باکتریایی پپتید نوترکیب لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین شتری بر روی رشد باکتری استافیلوکوکوس اورئوس مولد ورم پستان گاو شیری است. پپتید نوترکیب لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین شتری که از مطالعات قبلی در آزمایشگاه بیوتکنولوژی گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد تهیه شده بود مورد استفاده قرار گرفت. اثر ضدباکتریایی این پپتید به روش شمارش کلونی بر روی باکتری های استافیلوکوکوس اورئوس (25923 ATCC) و استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین (1764PTCC ) انجام گرفت. همچنین بررسی اثر حرارت 100 درجه سانتی گراد و لئوفلایز کردن این پپتید بر فعالیت ضد باکتریایی آن به روش انتشار از دیسک انجام شد. نتایج نشان داد که پپتید نوترکیب تولیدی در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس اثر ضد باکتریایی داشت )0001/0(p < ولی بر روی باکتری استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین بی تاثیر بود. همچنین بررسی اثر حرارت نشان داد که اعمال حرارت 100 درجه سانتی گراد تا مدت زمان 40 دقیقه تاثیر معنی داری بر میزان فعالیت این پپتید نداشت ولی در زمان های 70 و 100 دقیقه کاهش معنی داری در فعالیت ضد باکتریایی این پپتید مشاهده شد )0001/0(pکلید واژگان: استافیلوکوکوس اورئوس, پپتید نوترکیب, لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین, ورم پستانThe aim of this study was to investigate the antibacterial effect of the recombinant camel Lactoferrampin-Lactoferricin on the growth rate of Staphylococcus aureus bacteria, one of the causes of mastitis in dairy cows. This peptide, which was prepared through a previous study in Biotechnology Laboratory of Animal Science Department, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad. Antibacterial effects of this peptide was assessed by Count Colonies on Methicillin-resistant Staphylococcus aureus )PTCC 1764( and Staphylococcus aureus )ATCC 25923(. Heat resistance properties and freeze drying process of the peptide were evaluated by disk diffusion method in triplicate. The results showed that this recombinant peptide had an antibacterial effect on Staphylococcus aureus (p<0/0001), but had no effect on methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Heat resistant of the recombinant peptide also showed that 100 °C temperature for 40 minutes had no significant effect on the anti-bacterial properties of this protein (p<0/0001). This protein showed no loss of activity after freeze drying process. The results obtained from this study proved the stable activity of natural peptides as well as antibacterial properties. This recombinant peptide can be used as an alternative to antibiotics or a therapeutic supplement to cure mastitis in dairy
cows.Keywords: Camel, Lactoferrampin-Lactoferricin, Lyophilizing, Mastitis, Recombinantpeptide, Staphylococcus aureus -
این آزمایش به منظور بررسی و شناسایی تفاوت های ژنتیکی و مسیرهای متابولیکی مرتبط با میتوکندری بین توده مرغ بومی اصفهان و یک سویه جوجه تجاری راس 708 با سرعت رشدهای متفاوت، انجام شد. بدین منظور از روش توالی یابی RNA-seq با استفاده از چهار نمونه ماهیچه سینه 28 روزگی استفاده شد. مقایسه آماری بیان ژن های توالی یابی شده در مرغ بومی و جوجه تجاری، 606 ژن با تفاوت معنی دار را مشخص نمود و از این تعداد 249 ژن در مرغ بومی و 357 ژن در جوجه تجاری افزایش بیان داشتند. بر اساس نتایج بیان ژن ها در مرغ بومی، فاکتور رونویسی FoxO3 موجب فعال شدن مسیر آتروفی لیگازهای یوبیکویتینی E3 و افزایش شکست پروتئین و در نتیجه کاهش حجم ماهیچه اسکلتی در مقایسه با جوجه تجاری شده است. هیپوکسی و تنظیم فرآیند متابولیکی گونه های اکسیژن فعال (ROS) از مهم ترین فرآیندهای بیولوژیکی فعال در مرغ بومی بودند. بررسی و مقایسه ژن های مرتبط با پروتئوم میتوکندریایی نشان داد در این مرغ تغییرات معنی داری در بیان بسیاری از پروتئین های وابسته به رشد و تنظیم کننده رونویسی وجود دارد. این تغییرات نشان دهنده برنامه سازگاری پیچیده ای است که شکست پروتئین را تسهیل نموده و سوخت گلوکز در ماهیچه را کاهش می دهد. این مسیرهای متابولیسمی در جهت کاستن سطح نیازمندی های مرغ بومی به گونه ای تکامل یافته اند تا توان این مرغ را در غلبه بر شرایط و تنش های محیطی و تحمل کمبودهای غذایی تقویت نمایند.
کلید واژگان: ماهیچه سینه, مرغ بومی, میتوپروتئوم, RNA-SeqIntroduction Native chicken breeds are important genetic resource and well adapted to the local environmental conditions. However, growth rate and feed efficiency of these breeds are not appropriate. On the other hand modern broilers grow faster and offer a higher nutritional efficiency than the indigenous chicken breeds. This advantage is the result of the severe genetic selection programs, which were designed to increase production. In this study, a systematic identification of mitoProteome genes and new pathways related to growth rate of pectoralis muscle in chicken has been made using gene expression profiles of two distinct breeds: Isfahan native, a slow-growing Iranian breed possessing low growth rate and Ross 708, a commercial fast-growing broiler line.
Materials and Methods All the birds were reared under the same management, environmental and nutritional conditions. The diet was the same throughout the whole experiment and formulated to contain 20% CP and 3000 kcal ME/kg. The birds received feed and water freely (ad libitum). On day 28 post-hatch, six birds were randomly selected from each breed, weighed and sacrificed. From each bird, 1 to 2 g of tissue was excised from the posterior region of the left pectoralis major muscle. Total RNA was isolated from breast muscle samples. Using Truseq Stranded RNA Prep kit (Illumina), each sample was converted to a uniquely indexed cDNA library, and the resulting cDNA libraries were pooled and sequenced on an Illumina Hiseq 2000 sequencer. An average of 70 million paired end reads (150 bp) were produced from all sample, 70% of which were properly mapped to the reference genome (EnsemblGalgal4). We analyzed the sequence data using bioinformatics tools Hisat2 and Cufflinks. Using Hisat2 aligner, more than 72% of clean reads (in average) were mapped back to the Galgal4 reference genome. In addition, about 90% of reads were aligned concordantly.
Results and Discussion On the first day after hatching, the weight of commercial chicks were heavier than native. This process continued until the end of the test, 28 days. The commercial chickens have a heavier weight, higher growth rate, and lower feed conversion rates than native chickens. The RNA-Seq of four muscle samples yielded around 131, 590, 636 million of raw 150 bp paired end reads, of which 94, 483, 431 and 37, 107, 205 reads were for native and commercial breeds, respectively. We identified 606 differentially expressed genes (DEGs) between two breeds with at least 2-fold differences (P-adjusted (Benjamini) ≤ 0. 05, log2FC ≥ 2). Of these, 249 and 357 genes were up-regulated in native and commercial broilers, respectively. In the native chickens, FoxO3 transcription factor activated the atrophy pathway related to E3 ubiquitin ligases and led to increased proteolysis and reduced the skeletal muscle size as compared to the commercial broilers. Hypoxia and regulation of the metabolic process of the reactive oxygen species (ROS) were among the most important significant biological processes in native chickens. The analysis of the genes associated with the mitoProteome revealed significant changes in the expression of many genes involved in transcription regulation and growth. Also the increased expression of FoxO3 gene and the releasing of amino acids caused by the degradation of proteins, increased the expression of amino acid catabolism enzyme's (such as MCCC2 and TDH), as well increased expression of pyruvate dehydrogenase kinases (PDK4 and PDK3). This led to reducing of the aerobic oxidation of pyruvate and increasing gluconeogenesis. Increasing the UCP3 gene expression in native chickens can partly reduce mitochondrial efficiency and inappropriate feed conversion ratio compared to commercial chickens. These changes were also reflective of a complicated adaptation program that facilitates proteolysis and reduces oxidative metabolism of glucose and pyruvate in the muscles. These metabolic pathways have evolved to reduce the requirements of indigenous chickens and increase the ability of these strains to overcome the circumstances and environmental stress and resist nutritional deficits.
Conclusion Our results suggested that different expression patterns of some genes including SGK1, FBXO32, FBX030, IRS2 ، SP3, CUL, PIK3IP1 and FoxO3 in native breed might represent a cause for the poor growth performance for this breed than commercial breed. Hence, evaluation of native chicken based on these candidate genes would accelerate the efficient native chicken breed in near future. These results expand our knowledge of the genes transcribed in the breast muscle of two breeds and provide a basis for future research of the molecular mechanisms underlying the chicken breed differences.Keywords: Breast muscle, Native chicken, Mitoproteome, RNA-seq -
زمینهبروسلوز یا تب مالت (تب مدیترانه ای) به واسطه رشد و تکثیر باکتری کوکوباسیل گرم منفی بروسلا در سلول های پستانداران رخ می دهد. این بیماری به عنوان یک بیماری مشترک بین انسان و دام شناخته شده است. تا به حال 6 گونه بروسلا شناسایی شده اند بطوریکه مهمترین آنها که در انسان ایجاد بیماری می کند، بروسلا ملیتنسیس می باشد. اولین قدم در رسیدن به واکسن نوترکیب انتخاب بهترین آنتی ژن هایی است که بیشترین نقش را در ایجاد بالاترین سطح ایمنی داشته باشد.روش کاراین پژوهش با هدف خالص سازی دو عدد از بهترین آنتی ژن های محرک بیماری بروسلوز و ساخت کایمر ترکیبی متشکل از این دو آنتی ژن، بواسطه جداسازی و کلونینگ آنتی ژن های Omp31 وOmp25 از باکتری کوکوباسیل بروسلا و هم چنین انجام فعالیت های بیوانفورماتیک و تهیه وکتور بیانی کایمر شده از این آنتی ژن ها و کایمر ساخته شده آنها، توسط روش های مهندسی ژنتیک با هدف تولید واکسن نوترکیب به منظور پیشگیری از این بیماری خواهد بود.یافته هاتوالی های آنتی ژنی مورد نظر با استفاده از آغازگرهای اختصاصی تکثیر و توالی یابی شدند. عمل اتصال و تولید کایمر دو آنتی ژن با استفاده از لینکر EAAAK)2) بدون وجود جهش و تغییر در ساختار پروتئین آن انجام شد. قطعه کایمر ساخته شده مورد نظر به داخل میزبان بیانی BL21 (DE3) بعد از عمل کلون، در وکتور بیانی Pet32 a انتقال داده شد.نتیجه گیریامکان اتصال دو آنتی ژن با لینکر مورد نظر بدون جهش وجود داشت. و علاوه بر آن امکان انتقال توالی کایمری ساخته شده به درون وکتور بیانی و میزبان بیانی امکان پذیر بود. علاوه بر این نتایج بیوانفورماتیکی درخت فیلوژنتیکی نشان داد که سویه ملیتنسیس Rev1 بیشترین همولوژی را برای آنتی ژن Omp25 با سویه ملیتنسیس M16 و همچنین بیشترین همولوژی را در بررسی ها برای آنتی ژن Omp31 بعد از ملیتینسیس با گونه بروسلا Ovis دارا می باشد.کلید واژگان: بروسلوز, وکتور, بروسلا ملیتنسیس, OMPs, لینکرBackgroundBrucella is gram-negative intracellular bacterial pathogens of both humans and animals. Among the six recognized Brucella species, Brucella melitensis is the main etiologic agent involved in ovine and caprine brucellosis and is also the most pathogenic species of humans.MethodsWe amplified by specific primers, two of the best outer membrane antigens Omp31 and Omp25 for this disease, and the construction of recombinant chimeric Omp31-Omp25 combination of them, with using the (EAAAK)2 linker.ResultsThe sequence analysis results showed that strain Rev1 of melitensis for Omp25 antigen has most homology with the strains melitensis M16 and also Omp31 antigen showed the most homology with of B. Ovis melitensis species.ConclusionThen recombinant chimera Omp31-Omp25 was cloned into Pet32a vector and transform into BL21 (DE3) host cell for expressionKeywords: Brucella melitensis, Vector, OMPs, Linker, Chimera
-
این آزمایش به منظور بررسی و شناسایی همریخت (ایزوفرم) های RNA مرتبط با ساختار پروتئین های ماهیچه ای بین مرغ بومی اصفهان و جوجه تجاری راس با سرعت رشدهای متفاوت، انجام شد. بدین منظور و پس از استخراج کل RNA از نمونه های ماهیچه سینه مرغان یادشده در سن 28 روزگی، توالی یابی جفتی با استفاده از پلاتفرم illumine Hiseq 2000 انجام شد. برای همترازی خوانش ها به ژنگان (ژنوم) مرجع مرغ اهلی، از نرم افزار Hisat2 و برای اسمبلی ترانسکریپت ها و شناسایی بیان ژن های با تفاوت معنی دار از بسته Cufflinks استفاده شد. مقایسه آماری همریخت های توالی یابی شده بین دو گروه، 259 همریخت (161 همریخت در جوجه تجاری و 98 همریخت در مرغ بومی) با تفاوت بیان معنی دار را مشخص کرد. در بین همریخت های جوجه تجاری، 4 ژن ACTC1، ATF3، CYR61 و FABP4 هر یک با دو همریخت مختلف افزایش بیان داشتند. در جوجه تجاری فراوانی همریخت های مرتبط به ماهیچه کالبدی (اسکلتی) با انقباضات آهسته بیشتر از همریخت های ماهیچه اسکلتی با انقباض سریع بود. بررسی عملکردی نشان داد، همریخت ها در جوجه تجاری در ارتباط با افزونش و تمایز یاخته ای، پررشدی (هایپرتروفی) و ساخت پروتئین های ساختمانی ماهیچه ای بوده درحالی که در مرغ بومی مرتبط به فرآیندهای ایمنی، حاملان یون ها و فلزها، نوار (باند) شونده های به فلزها، DNA و RNA، و عامل های شرکت کننده در شکست پروتئین های ماهیچه ای بودند. نتایج این بررسی نشان داد، چنین تغییرهایی به احتمال توانسته با کاهش دادن سطح نیازهای مرغ بومی و افزایش توان ایمنی و سازگاری، امکان تداوم و چیره شدن بر شرایط سخت محیطی و غذایی را در طول دوره تکاملی این مرغ تقویت کند.کلید واژگان: بیان ژن, جوجه تجاری راس, مرغ بومی اصفهانThis experiment was conducted to investigate and identify the isoforms related to the structure of muscular proteins between Isfahani native and Ross commercial chickens with different growth rates. We extracted total RNA from breast muscle samples of two groups at end of 4 weeks of age. After paired-end sequencing of samples using the Illumina Hiseq 2000 platform, Hisat2 was applied to align clean reads to chicken reference genome. Then, Cufflinks package was used to assemble transcripts and identify significantly differentially expressed genes. The statistical comparison of the isoforms between two groups revealed 259 isoforms with significant difference in expression, of which 161 isoforms were up-regulated and 98 isoforms were downregulated in commercial chickens. Among the commercial chicken isoforms, four genes (ACTC1, ATF3, CYR61 and FABP4) were upregulated with two different isoforms. In addition, in commercial chicks, the frequency of isoforms associated with slow contraction fibers was greater than that of rapid contraction fibers. Functional study showed that the isoforms in commercial chickens were more related to cell proliferation and differentiation, hypertrophy growth and biosynthesis of muscle proteins, whereas in native chickens, mainly they were associated to immune processes, carriers of ions and metals, binding to metals, DNA and RNA, and factors contributing to degradation of muscle proteins. The results of this study showed that such changes may have been able to strengthen the ability to maintain and overcome the severe environmental and nutritional conditions during the developmental period of the chicken by reducing the level of requirements and enhancing immunity and adaptability in native chicken.Keywords: gene expression, Isfahan native chicken, Ross broiler chickens
-
بیماری بروسلوز به عنوان یک بیماری مشترک بین انسان و دام به واسطه تکثیر باکتری بروسلا در داخل سلول های پستانداران اتفاق می افتد. Omp31 یکی از پروتئین های غشای خارجی این باکتری می باشد که به واسطه نقش مهمی که در تحریک سلول های CD8+ T و CD4+ T دارد می تواند سبب مهار بیماری بروسلوز گردد. در این بررسی ژن Omp31 به عنوان یکی از ژن های موثر در بیماری بروسلا مورد بررسی مولکولی از نظر آنالیز فیلوژنی و همچنین مستعد بودن پروتئین نوترکیب این ژن جهت طراحی واکسن بر علیه بیماری بروسلوز مورد مطالعه قرار گرفته است. از آغازگرهای اختصاصی به منظور تکثیر DNA مستخرج از باکتری بروسلا ملیتنسیس سویه Rev1 و تایید مراحل مطالعه استفاده گردید. جهت تکثیر این ژن از وکتور کلونینگ pMB57R/T و جهت بیان از وکتور pET32a که دارای ساختار trx جهت افزایش بیان می-باشد استفاده گردید. پس از تکثیر قطعه bp 723 ،قطعه مورد نظر به روش TA کلونینگ درون وکتور کلونینگ منتقل و به روش شوک حرارتی وارد میزبان کلونینگ گردید. سپس نمونه تایید شده به درون وکتور بیانی ساب کلون گردید. القا بیان با IPTG صورت گرفت و آنالیز پروتئین های تولید شده با ژل نشاندهنده بیان موفقیت آمیز پروتئین نوترکیب می باشد. نتایج مفید حاصل از این مطالعه بیانگر این است که این آنتی ژن می تواند به عنوان یه کاندید مناسب در پژوهش های آتی به منظور طراحی واکسن نوترکیب بر علیه بیماری بروسلا استفاده گردد.کلید واژگان: بروسلا, Omp31, همسانه سازی, بیان ژنBrucellosis is a well-known infection among domestic animals which caused by Brucella bacterium. Omp31 is an outer membrane protein that play important roles in simulate CD4 T and CD8 T cells. In current study molecular, cloning and also phylogenic analysis of Omp31 gene as a candidate for designing subunit vaccine against brucella was investigated. Amplifying performed using specific primers. Cloning of this gene performed using pMB57R/T vector in TOP10F`strain of E.coli as host. Also, pET32a vector used for expression. Omp31 gene with 723 bp amplified successfully. After that clone using TA cloning approach within cloning vector. Expression of this gene has done in pET32a vector by inducing IPTG. Results confirmed with sequencing and SDS PAGE showed 48 KD protein band correctly. According this results we can propose this gene as a candidate for designing subunit vaccine against brucella in future study.According this results we can propose this gene as a candidate for designing subunit vaccine against brucella in future study.Keywords: Brucella, Omp31, cloning, expression
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.