Publications

pathways, but a complete picture of the complex interactions
could not be achieved because of the lack of comprehensive
genetic information. The scenario rapidly changed when
updated genome information as well as exciting bioinformatics
tools were generated at a tremendous pace.
Determining the genome size and establishing a genetic
and physical map is a prerequisite for any whole genome
–
sequencing process and early initiatives (
Bathe et al., 1996
)
revealed that the genome size of C. glutamicum was estimated
to be 3.1 megabase pairs (Mbp) and the C. glutamicum ATCC
13032 genome consisted of one circular chromosome. Later,
in a network research project led by the Degussa company and
the Department of Genetics of Bielefeld University, the 116
overlapping bacterial arti
ficial chromosome and cosmid clones
were sequenced individually by the shotgun method and
assembled by bioinformatics software and arrived to a whole
genome sequence of 3 282 708 base pairs (bp), harboring
3002 potential genes with an average G
þC content of 53.8%
(
Kalinowski et al., 2003
). In addition to this German effort,
a Japanese team
– consisting of the Kyowa-Hakko Company
and Kitasato University
– applied the whole genome shotgun
method based on plasmid and cosmid libraries (
Ikeda and
Nakagawa, 2003
) and presented a contiguous sequence of
3 309 401 bp and the identi
fication of 3099 genes. Sequencing
other corynebacterial genomes include that of C. ef
ficiens
(
Nishio et al., 2003
), a temperature-tolerant glutamate
producer that displays 3 147 090 bp for the main chromosome
with high G
þC content (63.4%) and around 2950 genes were
predicted. Similarly, C. diphtheriae, the causative agent of
diphtheria, is 2 488 635 bp long, with a G
þC content of 53.5
(
Cerdeno-Tarraga et al., 2003
). In a book chapter,
Kalinowski
(2005)
made a comparison table of signi
ficant features of
Corynebacterium genome sequences.
Some of the features of C. glutamicum include (1) a region of
20 kbp in size located at around 3150 kbp, which deviates
signi
ficantly to a high GþC content (66%), and named HGC1;
(2) in contrast to the HGC1 region, a number of genomic
regions were identi
fied as exceptionally deficient in GþC
(41
–49%) and referred to as LGC1; and (c) the presence of at
least 24 insertion elements, which could be responsible for
horizontal gene transfer are present in the C. glutamicum
genome (
Kalinowski et al., 2003
). These elements frequently
are found at the borders of HGC1 regions.
Integration of prophages into a bacterial genome generally
is recognizable by a discontinuity in the DNA composition
(mean G
þC, GC skew). Prophages are diverse in size and are
found in bacterial genomes in various stages of degeneration.
The potential prophages found in C. glutamicum are diverse in
size. The largest prophage region CGP3 spans more than
180 kbp. It covers approximately 200 coding regions, most of
which lack any signi
ficant similarities to known bacterial genes.
Corynebacterium glutamicum is able to synthesize all cell
constituents, including metabolites, cofactors, and vitamins
from simple precursors. One of the signi
ficant genes absent in
C. glutamicum includes the gene bioF, encoding the biotin
biosynthetic enzyme 7-keto-8-aminopelargonic acid synthetase
(
Hatakeyama et al., 1993
). Similarly, compared with other
C. glutamicum strains, the gene for the paracrystalline surface-
layer protein cspB (
Peyret et al., 1993
) from C. glutamicum
ATCC 17965, which is synthesized in extremely large amounts
and has a possible function in protecting the bacterium in soil
against rough conditions, is missing the C. glutamicum ATCC
13032 sequence. The conjunction of automated and manual
annotation of coding regions by similarities to known genes in
public databases helped to annotate 82% of the C. glutamicum
open reading frames. Annotated genes can be assigned to
functional classes with the widely used cluster of orthologous
groups system (
Tatusov et al., 2001
). Expert-manual annota-
tion already provided a deeper understanding of gene function
and helped to reconstruct most parts of the central metabolism,
starting from sugar consumption and ending with produced
amino acids (
Kalinowski et al., 2003
). A comparative study of
gene-order conservation revealed a high degree of similarity
between all three Corynebacterium species (C. glutamicum,
C. ef
ficiens, and C. diphtheriae). A possible reason that
Naka-
mura et al. (2003)
gave for this unique genome stability could
be the fact that corynebacteria did not contain recBCD genes,
encoding the recombinational repair system, and that the
absence of this system prevented gene shuf
fling and retained an
ancestral gene order in corynebacteria.
Proteome
The proteome is the total proteins present in a cell and is the
final result of transcription and translation regulation processes
as well as posttranslational regulatory mechanisms. Analysis of
the proteome is a potent tool for monitoring the adaptation
processes of cells in response to changing environmental
conditions.
Schaffer and Burkovski (2005)
wrote an excellent
chapter on the proteomics of C. glutamicum. Various protocols for
two-dimensional (2D) polyacrylamide gel electrophoresis of
C. glutamicum proteins have been established over the past few
years (
Hermann et al., 2000
;
Hermann et al., 2001
). For
C. glutamicum, a fractionation protocol according to cellular
compartments was established and submaps of cytoplasmic
proteins, membrane fraction proteins, cell wall
–associated
proteins, and secreted proteins are now available. A high-
resolution reference map of cytoplasmic and membrane-
associated proteins from C. glutamicum cells grown in minimal
medium with glucose as carbon source has been published
(
Schaffer et al., 2001
).
Shaffer and Burkovski (2005)
listed
a majority of C. glutamicum proteins that have been identi
fied on
2D gels in the course of the studies mentioned with their putative
functions and conserved domains indicated. Analysis of protein
modi
fications also were monitored in C. glutamicum and in this
connection a phosphoproteome map indicating the phosphor-
ylated proteins also was available (
Bendt et al., 2003
). A number
of C. glutamicum proteins were analyzed by N-terminal micro-
sequencing (
Hermann.T et al., 2001
;
Lichtinger et al., 2001
;
Matsushita et al., 2001
) and, in addition, the identity of
N-terminal peptides was determined by MALDI-TOF-MS
(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of
flight-mass
spectrometer)
–based postsource decay analysis (
Schaffer et al.,
2001
). Among them, nearly 70% proteins showed methionine
aminopeptidase-dependent processing of their N-termini.
Proteome analyses are especially suitable for the compar-
ison of a cell
’s protein pattern under different physiological
conditions, such as the effect of nitrogen limitation (
Nolden
et al., 2001
). It also is useful to characterize the mutant with
506
Corynebacterium glutamicum
Encyclopedia of Food Microbiology, Second Edition, 2014, 504–517

tải về 1 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: