Published January 9, 2022 | Version v1
Publication

Identification of non-coding RNAs in the hyper thermophilic bacterium Thermotoga maritima MSB8 through comparative genomics and in-silico analyses

  • 1. King Abdulaziz University
  • 2. Government College University, Faisalabad
  • 3. Xiamen University

Description

Thermotoga maritima is a hyperthermophile with the potential to produce thermostable commercial enzymes which can be used for saccharification of plant biomass for subsequent fermentation to bioproducts.The molecular mechanism involved in the hyper thermostability in this bacterium is still not well-understood.It is known that small noncoding RNAs (ncRNAs) regulate and modulate the gene expression of various biological processes at transcriptional and post-transcriptional levels, hence coordinate the adaptation processes in response to environmental stimuli in both prokaryotes and eukaryotes.To understand the role of small ncRNAs in the hyper thermostability of T. maritima, an in silico-based approach was employed involving the identification of the ncRNAs in this bacterium on a genome-wide scale.A novel pipeline was constructed which involved a combination of various bioinformatics algorithms.In total, 20804 orthologous groups were predicted on the genome of T. maritima and 20 other bacteria (reference genomes) by the OrthoMCL tool.By using the "Perl" and "Bash" languages 258 orthologous IGR datasets were created.Among these datasets, small ncRNAs were identified by employing RNAz and RNA Infernal tools.Total 28 ncRNA candidates were predicted by the RNAz tool and 9 candidates were confirmed as novel cis-regulatory small ncRNAs in T. maritima MSB8 by Infernal tool and were named as Tmn (T.maritima ncRNAs).This work provides novel insights into the role of ncRNAs in the stress adaptability of MSB8 and can give a much better understanding of the lifestyle of this bacterium after validation of the data through wet-lab approaches.Having a clear understanding of the thermo-tolerance mechanism, the MSB8 can be exploited in the future for the commercial production of thermostable compounds and biohydrogen.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ثيرموتوجا ماريتيما هو فرط حرارة مع القدرة على إنتاج إنزيمات تجارية قابلة للحرارة والتي يمكن استخدامها لتسكير الكتلة الحيوية النباتية للتخمير اللاحق للمنتجات الحيوية. لا تزال الآلية الجزيئية المشاركة في فرط الحرارة في هذه البكتيريا غير مفهومة جيدًا. من المعروف أن الحمض النووي الريبوزي غير المشفر الصغير (ncRNAs) ينظم ويعدل التعبير الجيني للعمليات البيولوجية المختلفة على المستويين النسخي وما بعد النسخي، وبالتالي ينسق عمليات التكيف استجابة للمحفزات البيئية في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. لفهم دور الحمض النووي الريبوزي غير المشفر الصغير في فرط ثبات حرارة T. maritima، تم استخدام نهج قائم على السيليكو يتضمن تحديد ncRNAs في هذه البكتيريا على نطاق واسع على نطاق الجينوم. تم إنشاء خط أنابيب جديد يتضمن مزيجًا من خوارزميات المعلوماتية الحيوية المختلفة. في المجموع، تم التنبؤ بمجموعات 20804 متعامدة على جينوم T. maritima و 20 بكتيريا أخرى (الجينوم المرجعي) بواسطة أداة OrthoMCL. باستخدام مجموعات بيانات IGR "Perl" و "Bash" 258 متعامدة. من بين مجموعات البيانات هذه، تم تحديد ncRNAs الصغيرة من خلال استخدام أدوات RNAz و RNA Infernal .مجموع 28 ncRNA تم التنبؤ بالمرشحين من قبل أداة RNAz وتم تأكيد 9 مرشحين على أنهم ncRNAs صغيرة تنظيمية جديدة في T. maritima MSB8 بواسطة أداة Infernal وتم تسميتهم باسم Tmn (T.maritima ncRNAs). يوفر هذا العمل رؤى جديدة حول دور ncRNAs في القدرة على التكيف مع الإجهاد في MSB8 ويمكن أن يعطي فهمًا أفضل بكثير لنمط حياة هذه البكتيريا بعد التحقق من صحة البيانات من خلال مناهج المختبر الرطب. بعد فهم واضح لآلية التسامح الحراري، يمكن استغلال MSB8 في المستقبل للإنتاج التجاري للمركبات القابلة للحرارة والهيدروجين الحيوي.

Translated Description (French)

Thermotoga maritima est un hyperthermophile ayant le potentiel de produire des enzymes commerciales thermostables qui peuvent être utilisées pour la saccharification de la biomasse végétale pour la fermentation ultérieure en bioproduits.Le mécanisme moléculaire impliqué dans l'hyper thermostabilité de cette bactérie n'est toujours pas bien compris.On sait que les petits ARN non codants (ARNnc) régulent et modulent l'expression génique de divers processus biologiques aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel, coordonnant ainsi les processus d'adaptation en réponse aux stimuli environnementaux chez les procaryotes et les eucaryotes.Pour comprendre le rôle des petits ARNnc dans le hyper thermostabilité de T. maritima, une approche in silico a été employée impliquant l'identification des ARNnc dans cette bactérie à l'échelle du génome. Un nouveau pipeline a été construit qui impliquait une combinaison de divers algorithmes bioinformatiques. Au total, 20804 groupes orthologues ont été prédits sur le génome de T. maritima et 20 autres bactéries (génomes de référence) par l'outil OrthoMCL. En utilisant les langues « Perl » et « Bash », 258 ensembles de données IGR orthologues ont été créés. Parmi ces ensembles de données, de petits ARNnc ont été identifiés en utilisant des outils ARNz et ARN Infernal. Total 28 ARNnc Les candidats ont été prédits par l'outil RNAz et 9 candidats ont été confirmés comme de nouveaux petits ARNnc cis-régulateurs dans T. maritima MSB8 par l'outil Infernal et ont été nommés Tmn (T.maritima ncRNAs). Ce travail fournit de nouvelles informations sur le rôle des ARNnc dans l'adaptabilité au stress de MSB8 et peut donner une bien meilleure compréhension du mode de vie de cette bactérie après validation des données par des approches en laboratoire humide. Ayant une compréhension claire du mécanisme de thermo-tolérance, le MSB8 peut être exploité à l'avenir pour la production commerciale de composés thermostables et de biohydrogène.

Translated Description (Spanish)

Thermotoga maritima es un hipertermófilo con el potencial de producir enzimas comerciales termoestables que se pueden utilizar para la sacarificación de la biomasa vegetal para su posterior fermentación en bioproductos. El mecanismo molecular involucrado en la hipertermoestabilidad en esta bacteria aún no se comprende bien. Se sabe que los ARN pequeños no codificantes (ARNnc) regulan y modulan la expresión génica de diversos procesos biológicos a nivel transcripcional y postranscripcional, por lo que coordinan los procesos de adaptación en respuesta a estímulos ambientales tanto en procariotas como en eucariotas. Para comprender el papel de los ARNnc pequeños en el hipertermoestabilidad de T. maritima, se empleó un enfoque in silico que implicaba la identificación de los ARNnc en esta bacteria a escala de todo el genoma.Se construyó un nuevo pipeline que implicaba una combinación de varios algoritmos bioinformáticos. En total, se predijeron 20804 grupos ortólogos en el genoma de T. maritima y otras 20 bacterias (genomas de referencia) mediante la herramienta OrthoMCL. Mediante el uso de los lenguajes "Perl" y "Bash" se crearon 258 conjuntos de datos IGR ortólogos. Entre estos conjuntos de datos, se identificaron ARNnc pequeños mediante el empleo de herramientas RNAz y RNA Infernal.Total 28 ARNnc candidatos fueron predichos por la herramienta RNAz y 9 candidatos fueron confirmados como nuevos ARNnc pequeños reguladores cis en T. maritima MSB8 por la herramienta Infernal y fueron nombrados como Tmn (ARNnc de T. maritima). Este trabajo proporciona nuevos conocimientos sobre el papel de los ARNnc en la adaptabilidad al estrés de MSB8 y puede dar una comprensión mucho mejor del estilo de vida de esta bacteria después de la validación de los datos a través de enfoques de laboratorio húmedo. Teniendo una comprensión clara del mecanismo de termotolerancia, el MSB8 puede ser explotado en el futuro para la producción comercial de compuestos termoestables y biohidrógeno.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد الحمض النووي الريبوزي غير المشفر في البكتيريا شديدة الميل للحرارة Thermotoga maritima MSB8 من خلال علم الجينوم المقارن والتحليلات داخل السيليكو
Translated title (French)
Identification des ARN non codants dans la bactérie hyper thermophile Thermotoga maritima MSB8 par génomique comparative et analyses in-silico
Translated title (Spanish)
Identificación de ARN no codificantes en la bacteria hipertermófila Thermotoga maritima MSB8 mediante genómica comparativa y análisis in silico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4253188452
DOI
10.35495/ajab.2021.05.224

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan