Белки транспорта кремния SIT тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат биологических наук Петрова, Дарья Петровна

• Петрова, Дарья Петровна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Петрова, Дарья Петровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Роль кремния в живых организмах.

1.2. Общая характеристика диатомовых водорослей.

1.3. Систематика диатомей.

1.4. Общий план строения панцирей диатомей.

1.5. Морфогенез элементов панцирей.

1.6. Белки, предложенные на роль участников морфогенеза элементов кремнистых панцирей.

1.7. Белок транспорта кремния - 81Т.

1.8. Гипотеза макропиноцитоза.

1.9. Гипотеза транспортирующих частиц - БТУ.

1.10. Гипотеза об участии аквапоринов в морфогенезе кремнистых панцирей диатомей.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Объект исследования.

2.2. Выбор условий растворения панцирей диатомовых водорослей.

2.3. Выделение суммарной белковой фракции после удаления кремнистых панцирей 5 М МН4Г при рН 5,0.

2.4. Последовательная экстракция белков из клеток диатомовых водорослей.

2.5. Электрофорез в полиакриламидном геле с ДДС-№.

2.6. Использованные антисыворотки.

2.7. Иммуноблоттинг.

2.8. Иммунохроматография.

2.9. Дот-блот анализ.

2.10. Выделение ДНК.

2.11. Подготовка библиотеки ДНК и пиросеквенирование

2.12. Аннотация гена sit.

2.13. Оценка длины фрагментов трипсинового гидролиза белков диатомовых водорослей.

2.14. Анализ аминокислотных последовательностей белков

2.15. Филогенетический анализ.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Анализ аминокислотных последовательностей SIT, предсказанных по последовательностям нуклеотидов генов sit.

3.2. Обнаружение белка SIT в протеоме S. acus subsp. radians и его выделение.

3.3. Выявление и анализ гена sit! в геноме S. acus subsp. radians.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Белки транспорта кремния SIT»

Актуальность проблемы. Диатомовые водоросли (Bacillariophyta) -одноклеточные фотосинтезирующие эукариотические организмы, по некоторым данным число их видов может достигать 105-106 (Mann, 1994; Round,

1996). В современных водоемах разного типа диатомеи являются одной из наиболее распространенных групп микроводорослей. Морские диатомеи играют важную роль в биосфере, обеспечивая до 20% органического вещества Земли (Nelson et al., 1995), что сопоставимо с первичной продукцией тропических лесов (Field et al., 1998).

Отличительной чертой диатомей является их клеточная стенка, построенная из аморфного кремнезема. Кремнистый панцирь диатомовых водорослей - один из примеров микро- и наноструктурированного природного материала. Виды диатомей классифицируются согласно симметрии панцирей и их тонкой структуре, представленной порами, выростами, шипами. Формирование кремнистых панцирей диатомей происходит внутри клетки в специализированной органелле - везикуле отложения кремнезема (Silica Deposition Vesicle - SDV) (Drum, Pankratz, 1964; Reimann, 1964). Механизмы, регулирующие у диатомей процессы захвата кремния из водной среды, его внутриклеточного транспорта к SDV и отложения биогенного кремнезема, остаются неизвестными. Современная молекулярная биология пока не может объяснить, как диатомеи преобразуют закодированную в геномах информацию в конструкцию кремнистых панцирей. Важным достижением в молекулярной биологии диатомовых водорослей было открытие нового класса мембранных белков - транспортеров кремния (Silicon Transporters - SITs) (Hildebrand et al.,

1997)*.

Имеются два подхода, относящиеся к участию элементов в природных процессах. В геохимии принято обозначать именно элемент, который участвует в том или ином геохимическом цикле, например, говорить о круговороте кремния. Форма, в которой элемент участвует в процессе, зачастую точно не известна. В настоящей работе мы говорим о транспорте кремния, понимая, что в действительности из окружающей среды в клетку поступает не кремний, а свободная кремниевая кислота (Si(OH).»), а створка диатомей построена не из кремния, а из кремнезема (SiCVnl^O).

Первая работа была выполнена на морском центрическом виде Cylindrotheca fusiformis. Следующей диатомеей, у которой был обнаружен ген sit, была пресноводная пеннатная диатомея Synedra acus (Грачев и др., 2002). В дальнейшем гены sit изучали параллельно в нескольких лабораториях мира. Однако до настоящего времени ни один белок SIT не был выделен в чистом виде и не подвергнут экспериментальным структурно-функциональным исследованиям.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было исследование белков SIT.

Были поставлены следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ предсказанных аминокислотных последовательностей белков SIT.

2. Выявить консервативные мотивы и дать анализ имеющихся гипотез о связи структуры белков SIT с их функцией.

3. Обнаружить белок SIT в протеоме S. acus subsp. radians путем имму-ноблоттинга и разработать метод его выделения с помощью иммунохромато-графии.

4. Расшифровать последовательность нуклеотидов полноразмерного гена sit S. acus subsp. radians с использованием техники геномного пиросек-венирования.

Научная новизна. Методом иммуноблотинга белок SIT впервые обнаружен в протеоме диатомовой водоросли. В геноме S. acus subsp. radians впервые определена полная нуклеотидная последовательность гена sit2, для этого была использована техника пиросеквенирования. Впервые проведен биоинформационный анализ широкого круга аминокислотных последовательностей белков SIT диатомовых и некоторых хризофитовых водорослей, выявлены их консервативные особенности, которые, по-видимому, имеют значение для осуществления их функций.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты, полученные в работе, позволяют планировать ведение дальнейших исследований в двух направлениях:

1 - Эксперименты по химической модификации белков SIT в составе живой клетки, например, при воздействии алкилирующими агентами, про которые известно, что они ингибируют транспорт кремния и рост диатомей. Воспользовавшись этим методом, можно будет попытаться идентифицировать точку алкилирования, выделив для этих целей алкилированный белок в чистом виде; изучить действие бифункциональных реагентов для расшифровки взаимоположения элементов вторичной структуры белка SIT.

2 - Наработать расшифрованный в работе полный ген sitl для использования в бесклеточной системе, что позволит препаративно синтезировать белок SIT2, встроенный в мембрану и находящийся в нативном состоянии. Имея такой препарат, возможно будет получить информацию о белке SIT с помощью метода ЯМР, а также предпринять попытку кристаллизации белка для его рентгеноструктурного анализа. Подобные возможности являются принципиально важными в связи с тем, что белки SIT не имеют близких аналогов среди белков живых систем.

Разработанный метод выделения белков из биомассы S. actis subsp. radians может быть рекомендован для исследования протеомов других диатомовых водорослей. Полученные антисыворотки против белка SIT были использованы в нашей совместной работе с Бедошвилли Е.Д. и Лихошвай Е.В. и позволили впервые обнаружить белок SIT на ультратонких срезах диато-меи S. acus subsp. radians методом иммуноэлектронной микроскопии.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международном симпозиуме «Живая клетка диатомей» (Иркутск, 2004), Международном рабочем совещании по клеточной физиологии «Transport mechanisms across cell membranes: channels and pumps» (Санкт-Петербург, 2004), 2-ом Российском симпозиуме «Химия и биология пептидов» (Санкт-Петербург, 2005), 9-ой Школе диатомологов России и стран СНГ «Морфология, систематика, онтогенез, экология и биогеография диатомовых водорослей» (Борок, 2005), 1(9)-ой Международной конференции молодых ботаников (Санкт-Петербург, 2006), 19th International Diatom Symposium (Иркутск, 2006), 4-ом съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008) и 5-ой Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 2010).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе 6 статей в изданиях из Перечня ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав (обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов исследования и обсуждения), заключения, выводов, списка литературы, который включает 131 источник, и 4 приложений. Работа изложена на 137 страницах, содержит 26 рисунков и 9 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Петрова, Дарья Петровна

выводы

1. Установлено, что профили гидропатии предсказанных аминокислотных последовательностей у всех 119 исследованных белков SIT из 58 видов диатомовых и из 2 видов хризофитовых водорослей сходны по расположению максимумов, минимумов и интенсивности пиков на перекрывающихся участках. Во всех белках SIT, за двумя исключениями, имеется консервативный мотив CMLD либо его функциональный аналог.

2. Показано, что все белки SIT содержат протяженные участки длиной 42110 а.о. без остатков лизина и аргинина. Эти не содержащие положительно заряженных аминокислотных остатков участки могут быть частью транспортной поры, по которой молекулы кремниевой кислоты свободно перемещаются из окружающей среды внутрь клетки.

3. Разработан метод получения суммарного белка из биомассы диатомей, основанный на растворении кремнистых панцирей в 5 М NH4F при pH 5,0, который дает широкий спектр белков с молекулярными массами от 10 до 200 кДа.

4. На предсказанной аминокислотной последовательности белка SaSITl Syn-edra acus были выбраны четыре потенциальные антигенные детерминанты. Кроличьи антитела против синтетических пептидов, мимикрирующих эти детерминанты, позволили впервые для диатомей обнаружить белок SIT в протеоме методом иммуноблоттинга и выделить его из суммарного белка методом иммунохроматографии.

5. С использованием техники геномного пиросеквенирования у S. acus subsp. radians впервые обнаружен ген нового белка SIT - SaSIT2 - массой 62,4 кДа с 12 трансмембранными доменами, консервативным мотивом CMLD, входящим в состав протяженного участка (75 а.о.), не содержащего остатков лизина и аргинина. Профиль гидропатии белка SaSIT2 аналогичен профилям гидропатии других белков SIT.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предсказанные по нуклеотидным последовательностям генов аминокислотные последовательности белков транспорта кремния (SIT) у различных видов диатомовых и хризофитовых водорослей при анализе различными компьютерными программами идентифицируются как мембранные. Во всех последовательностях белков транспорта кремния консервативный мотив CMLD и его гомологи (CMID, MMID, SMID, QMID и HMID) занимают одинаковое положение между двумя гидрофобными областями. Наличие в большинстве исследованных SIT мотива CMLD и его возможных функциональных аналогов MMID, SMID, QMID и HMID дает дополнительные доводы в пользу высказанной ранее гипотезы о роли этого мотива в поглощении кремниевой кислоты (Grachev et al., 2005).

Профили гидропатии 119 белков SIT из 58 видов диатомовых водорослей, а также SIT из двух видов хризофитовых водорослей оказались сходными, несмотря на значительное число аминокислотных замен. Во всех предсказанных аминокислотных последовательностях была обнаружена интересная особенность - CMLD или его аналоги расположены в протяженном участке длиной от 50 до 110 а.о., не содержащем остатков лизина (К) и аргинина (R). Эти данные говорят о том, что трансмембранные домены, между которыми располагается мотив CMLD, являются наиболее вероятными кандидатами на роль элементов, формирующих пору для транспорта кремниевой кислоты, поскольку положительно заряженные остатки К и R имеют высокое сродство к кремнезему и могли бы блокировать его транспорт.

По результатам пиросиквенирования библиотеки геномной ДНК в геноме S. acus subsp. radians идентифицирован полноразмерный ген Sas//2 длиной 1713 п.о., кодирующий белок массой 62,4 кДа, который по сходству предсказанной аминокислотной последовательности, профилей гидропатии и вторичной структуре сходен с SIT белками из 58 видов диатомей, в том числе, с белком S. actis subsp. radians SaSITl.

Таким образом, в геноме S. acus subsp. radians присутствует семейство, по крайней мере, из двух генов sit. Семейства из 2-5 генов sit известны для большинства исследованных видов диатомей (Hildebrand, Dahlin, Volcani, 1998; Alverson, 2007; Sapriel et al., 2009).

Методом иммуноблоттинга с помощью поликлональных антисывороток к предсказанным нами антигенным детерминантам белка SIT1 в протео-ме диатомовой водоросли S. acus идентифицирован белок молекулярной массой около 62-63 кДа. Выделение белка SIT методом иммунохроматографии делает возможным его изучение методами физико-химической биологии.

Расшифровка последовательности нуклеотидов полноразмерного гена Sasit2 открывает перспективу получения нативного очищенного белка SIT в бесклеточной системе белкового синтеза и его исследования с помощью методов молекулярной биологии, в том числе, методами ЯМР и рентгено-структурного анализа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Петрова, Дарья Петровна, 2012 год

1. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Удивительные элементы жизни. — Иркутск, 1983.- 107 с.

2. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. Новосибирск: Наука, 1984. - 157 с.

3. Захарова Ю.Р., Адельшин Р.В., Парфенова В.В., Бедошвили Е.Д., Лихошвай Е.В. Таксономическая характеристика микроорганизмов, ассоциированных с культивируемой диатомеей Synedra acus из озера Байкал // Микробиология. 2010.-Т. 79, №5. -С. 688-697.

4. Лихошвай Е.В., Масюкова Ю.А., Щербакова Т.А., Петрова Д.П., Грачев М.А. Обнаружение гена транспорта кремниевой кислоты у хризофитовых водорослей // Докл. АН. 2006. - Т. 408, №6. - С. 845-849.

5. Петрова Д.П. Выделение белков из клеточной стенки диатомовых водорослей Synedra acus и Aulacoseira baicalensis II Мат-лы 1-ой (9-ой) Междунар. конф. молодых ботаников (Санкт-Петербург, 21-26 мая, 2006). Санкт-Петербург, 2006. - С. 311.

6. Петрова Д.П. Идентификация белка транспорта кремниевой кислоты в белковых фракциях из диатомовой водоросли Synedra acus II Сб. трудов 4-го съезда Росс, об-ва биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, IIIS мая, 2007). Новосибирск, 2008. - С. 482.

7. Поповская Г.И., Генкал С.И., Лихошвай Е.В. Диатомовые водоросли планктона озера Байкал: Атлас-определитель. Новосибирск: Наука, 2011. -192 с.

8. Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии. М.: Мир, 1990. - 597 с.

9. Alverson A.J. Strong purifying selection in the silicon transporters of marine and freshwater diatoms // Limnol. Oceanogr. 2007. - Vol. 52, No. 4. - P. 14201429.

10. Agre P., Sasaki S., Chrispeels J. Aquaporins: a family of water channel proteins//Am. J. Physiol. 1993. - Vol. 265. - P. 461.

11. Agre P. Aquaporin Water Channels (Nobel Lecture) // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2004. - Vol. 24, No. 3. - P. 127-163.

12. Azam F., Hemmsingsen B.B., Volcani B.E. Role of silicon in diatom metabolism. V. Silicic acis transport and metabolism in the heterotrophic diatom Nitz-schia alba II Arch. Microbiol. 1974. - Vol. 97. - P. 103-114.

13. Becker В., Hoef-Emden K., Melkonian M. Clamydial genes shed light on the evolution of phototrophic eukaryots // BMC Evol. Biol. 2008. - Vol. 8. -Art. 203.-P. 1-18.

14. Bentley K., Cox E.J., Bentley PJ. Nature's Batik: a computer evolution model of diatom valve morphogenesis. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2005. - Vol. 5, No. l.-P. 25-34.

15. Braun E.L., Philips N. Phylogenomic and secondary plastids: a look back and a look ahead // J. Phycol. 2008. - Vol. 44. - P. 2-6.

16. Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. New York: Academic Press, 1990. - 908 p.

17. Bondarenko N.A., Timoshkin O.A., Ropstorf P., Melnik N.G. The under-ice and bottom periods in the life of Aulacoseira baicalensis (K. Meyer) Simonsen, a principal Lake Baikal alga // Hydrobiologia. 2006. - Vol. 568. - P. 107-109.

18. Brzezinski M.A., Olson R.J., Chisholm S.W. Silicon availability and cell-cycle progression in marine diatoms // Marine Ecology Progress Series. 1990. -Vol. 67.-P. 83-96.

19. Brzezinski M.A., Conley D.J. Silicon deposition during the cell cycle of Thalassiosira weissflogii (Bacillariophycea) determined using dual rhodamine 123 and propidium iodide staining // J. Physiology. 1994. - Vol. 30. - P. 45-55.

20. Cavalier-Smith T. Eukaryote kingdoms: seven or nine? // Biosystems. -1981.-Vol. 14.-P. 461-481.

21. Cavaler-Smith T. Principles of protein and lipid targeting in secondary sym-biogenesis: euglenoid, dinoflagellate, and sporozoan plastid origin and eukaryote family tree // J. Eukaryot. Microbiol. 1999. - Vol. 46. - P. 347-366.

22. Chisholm S.W., Azam R., Eppley R.W. Silicic acid incorporation in marine diatoms on lightrdark cycles: Use as an assay for phased cell division // Limnol. Oceanogr.- 1978.-Vol. 23, No. 3.-P. 518-529.

23. Darley W.M., Volcani B.E. Role of silicon in diatom metabolism. A silicon requirement for deoxyribonucleic acidsynthesis in the diatom Cylindrotheca fusiformis Reimann and Lewin // Exp. Cell Res. -1969. Vol. 58. - P. 334-343.

24. Denisova L.Ya., Befkova N.L., Tulokhonov 1.1., Zaichikov E.F. Bacterial diversity at various depths in the southern part of lake Baikal as revealed by 16S rDNA sequencing // Microbiology. 1999. - Vol. 68, No. 4. - P. 475-483.

25. Drum R.W., Pankratz S. Pyrenoids, raphes, and other fine structure in da-toms // Am. J. Bot. 1964. - Vol. 51. - P. 401-418.

26. Durbin R., Eddy S.R., Krogh A., Mitchison G.J. Biological sequence analysis: Probabilistic models of proteins and nucleic acids. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. - 356 p.

27. Epstein E. The anomaly of silicon in plant biology // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.-1994.-Vol. 91.-P. 11-17.

28. Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap//Evolution. 1985. -Vol. 39.-P. 783-791.

29. Field C.B., Behrenfeld M.J., Randerson J.T., Falkowski P. Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components // Science.1998.-Vol. 281.-P. 237-240.

30. Fischer H., Robl I., Sumper M., Kroger N. Targeting and covalent modification of cell wall andmembrane proteins heterologously expressed in the diatom Cy-lindrotheca fusiformis (Bacillariophyceae) // J. Phycology. 1999. - Vol. 35. - P. 113-120.

31. Frigeri L.G., Radabaugh T.R., Haynes P.A., Hildebrand M. Identification of proteins from a cell wall fraction of the diatom Thalassiosira pseudonana II Mol. Cell. Proteomics.-2006.-Vol. 5.-P. 182-193.

32. Grachev M., Sherbakova T., Masyukova Yu., Likhoshway Ye. A potentional Zinc-binding motif in silicic acid transport proteins of diatoms // Diatom Res. -2005. Vol. 20, No. 2. - P. 409-411.

33. Grachev M.A., Annenkov V.V., Likhoshway Ye.V. Silicon nanotechnolo-gies of pigmented heterokonts // BioEssays. 2008. - Vol. 30. - P. 328-337.

34. Gordon R., Aguda B.D. Diatom morphogenesis: natural fractal fabrication of a complex microstructure. // Proc. of Ann. Intern. Conf. of the IEEE, Engineering in Medicine and Biology Society. 1988. - Vol. 1. - P. 273-274.

35. Gordon R., Drum R.W. The chemical basis for diatom morphogenesis. Int. Rev. Cytol. 1994. - Vol. 150. - P. 243-372, 421-422.

36. Gordon R., Parkinson J. Potential roles for diatomists in nanotechnology // J. Nanosci. Nanotechnol. 2005. -Vol. 5.-P. 51-56.

37. Hall T.A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nucleic Acids Symposium Series.1999.-Vol. 41.-P. 95-98.

38. Hamm C.E., Merkel R., Springer O., Jurkojc P., Maier C., Prechtel K., Sme-tacek V. Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection // Nature. 2003. - Vol. 421. - P. 841 -843.

39. Hildebrand M., Yolcani B.E., Gassmann W., Schroeder J.I. A gene family of silicon transporters // Nature. 1997. - Vol. 385. - P. 688-689.

40. Hildebrand M., Dahlin K., Volcani B.E. Characterization of a silicon transporter gene family in Cylindrotheca fusiformis: sequences, expression analysis, and identification of homologs in other diatoms // Mol. Gen. Genet. 1998. - Vol. 260. - P. 480-486.

41. Hildebrand M. Diatoms, Biomineralization Processes, and Genomics // Chemical Reviews. 2008. - Vol. 108, No. 11. - P. 4855-4874.

42. Hofmann K., Stoffel W. TMbase A database of membrane spanning proteins segments //Biol. Chem. Hoppe-Seyler. - 1993. - Vol. 374. - 166 p.

43. Horner R.A., Ecology of sea ice microalgae. In: R.A. Horner (ed.) Sea ice biota. Boca Raton, Florida: CRC Press, 1985. - P. 83-103.

44. Kaluzhnaya Ol.V. Valve morphogenesis in the centric diatom Cyclotella baicalensis In: Ye.V. Likhoshway (ed.) Proceeding of the 19th International Diatom Symposium. Bristol: Biopress Limited, 2008. - P. 31-38.

45. Kaluzhnaya Ol.V., Likhoshway Ye.V. Valve morphogenesis in an araphid diatom Synedra acus subsp. radians II Diatom Res. 2007. - V. 22, No. 1. - P. 81-87.

46. Klammt C., Lohr F., Schäfer B., Haase W., Dötsch V., Rüterjans H., Glau-bitz C., Bernhard F. High level cell-free expression and specific labeling of integral membrane proteins // Eur. J. Biochem. 2004. - Vol. 271. - P. 568-580.

47. Klammt C., Schwarz D., Eifler N., Engel A., Piehler J., Haase W., Hahn S., Dötsch V., Bernhard F. Cell-free production of G-protein coupled receptors for functional and structural studies. // J. Struct. Biol. 2007. - Vol. 158. - P. 482493.

48. Kooistra W.H.C.F., Medlin L.K. Evolution of the diatoms (Bacillariophyta): IV. A reconstruction of their age from small subunit rRNA coding regions and the fossil record // Mol. Phylogenet. Evol. 1996. - Vol. 6. - P. 391-407.

49. Kozono D., Yasui M., King L.S., Agre P. Aquaporin water channels: atomic structure and molecular dynamics meet clinical medicine // J. Clin. Invest. 2002. -Vol. 109.-P. 1395-1399.

50. Krebs W.N., Gladenkov A.Yu., Jones G.D. Diatoms in oil and gas exploration In: J.P. Smol and E.F. Stoermer (eds.) The Diatoms. Applications for the Environmental and Earth Sciences. 2nd Edition. New York: Cambridge University Press, 2010.-P. 523-533.

51. Kröger N., Bergsdorf C., Sumper M. A new calcium binding glycoprotein family constitutes a major diatom cell wall component // The EMBO Journal. -1994. Vol. 13. - P. 4676-4683.

52. Kröger N., Bergsdorf C., Sumper M. Frustulin: domain conservation in a protein family associat with diatom cell walls // Eur. J. Biochem. 1996. - Vol. 239, No. 2.-P. 259-264.

53. Kröger N., Lehmann G., Rachel R., Sumper M. Characterization of a 200-kDa diatom protein that is specifically associated with a silica-based substructure of the cell wall // Eur. J. Biochem. 1997. - Vol. 250. - P. 99-105.

54. Kröger N., Deutzmann R., Bergsdorf C., Sumper M. Polycationic peptides from diatom biosilica that direct silica nanosphere formation // Science. 1999. -Vol. 286.-P. 1129-1132.

55. Kröger N., Deutzmann R., Bergsdorf C., Sumper M. Species-specific po-lyamines from diatoms control silica morphology // Proc. Nat. Acad. Sei. USA. -2000.-Vol. 97, No. 26.-P. 14133-14138.

56. Kröger N., Wetherbee R. Pleuralins are involved in theca differentiation in the diatom Cylindrotheca fusiformis H Protist. 2000. - Vol. 151. - P. 263-273.

57. Kröger N., Deutzmann R., Sumper M. Silica precipitating peptides from diatoms: The chemical structure of silaffin-lA from Cylindrotheca fusiformis II J. Biol. Chem. -2001. Vol. 276. - P. 26066-26070.

58. Kröger N., Lorenz S., Brunner E., Sumper M. Sell-assembly of highly phos-phorylated silaffins and their function in biosilica morphogenesis // Sience. 2002. -Vol. 298, No. 5593. - P. 584-586.

59. Kröger N., Poulsen N. Diatoms from cell wall biogenesis to nanotechnolo-gy // Annu. Rev. Genet. - 2008. - Vol. 42. - P. 83-107.

60. Krögh A., Larsson B., von Heijne G., Sonnhammer E.L. Predicting transmembrane protein topology with a hidden markov model: application to complete genomes // J. Mol. Biol. -2001. Vol. 305, No. 3. - P. 567-580.

61. Kruse E., Uehlein N., Kaldenhoff R. The aquaporins // Genome Biol. -2006. Vol. 7, Is 2. - Art. 206. - P. 1-7.

62. Mann D.G. The origins of shape and form in diatom: the interplay between morphogenetic studies and systematic: D.S. Ingram and A.J. Hudson (eds.) Shape and form in plants and fungi- London academic Press, 1994. P. 17-38.

63. Martin-Je' ze' quel V., Hildebrand M., Brzezinski M. A. Silicon metabolism in diatoms: Implications for growth // J. Phycol. 2000. - Vol. 36. - P. 821-840.

64. Medlin L.K. Why silica or better yet why not silica? Speculations as to why the diatoms utilize silica as their cell wall material // Diatom Res. 2002. - Vol. 17, No 2.-P. 453-459.

65. Medlin L.K., Kaczmarska I. Evolution of the diatoms: V. Morphological and cytological support for the major clades and a taxonomic revision // Phycologia. -2004.-Vol. 43.-P. 245-270.

66. Miller J.R., Koren S., Sutton G. Assembly Algorithms for Next-Generation Sequencing Data // Genomics. 2011. - Vol. 95. - P. 315-327.

67. Noll F., Sumper M., Ilampp N. Nanostructure of diatom silica surface and biomimetic analogues // Nano Lett. 2002. - Vol. 2, No. 2. - P. 91-95.

68. Parker M.S., Mock T., Armbrust E.V. Genomic insights into marine micro-algae//Annu. Rev. Genet.-2008.-Vol. 42.-P. 619-645.

69. Parkinson J., Brechet Y., Gordon R. Centric diatom morphogenesis: a model based on a DLA algorithm investigating the potential role of microtubules //Biochim. Biophys. Acta. 1999. - Vol. 1452, No. l.-P. 89-102.

70. Pickett-Heaps J., Schmid A-M., Edgar L.A. The cell biology of diatom valve formation // In: F.E. Round and DJ. Chapman (ed.) Progress in Phycological Research. 1990.-Vol. 7.-P. 1-168.

71. Poulsen N., Sumper M., Kröger N. Biosilica formation in diatoms: Characterization of native silaffin-2 and its role in silica morfogénesis // PNAS. 2003. -Vol. 100, No 21.-P. 12075-12080.

72. Poulsen N., Kröger N. Silica Morphogenesis by alternative processing of si-laffms in the diatom Thalassiosira pseudonana II J. Biol. Chem. 2004. - Vol. 279, No. 41. - P. 42993-42999.

73. Reimann B.E.F. Deposition of silica inside a diatom cell // Exp. Cell. Res. -Vol. 34.-P. 605-608.

74. Richthammer P., Bormel M., Brunner E., van Pie K.-H. Biomineralization in diatoms: The role of silacidines // ChemBioChem. 2011. - Vol. 12. - P. 13621366.

75. Riley J.P., Skirrow G. Chemical Oceanography. New York: Academic Press, 1965.-Vol. 1,- 169 p.

76. Round F.E., Crawford R.M., Mann D.G. The diatom: morphology and biology of the genera. Bristol: Cambridge University Press, 1990. - 747 p.

77. Round F. What characters define diatom genera, species and infra-specific taxa? // Diatom Res. 1996. - Vol. 11, No. 1. - P. 203-218.

78. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: A new method for reconstructing phylogenetic trees // Mol. Biol. Evol. 1987. - Vol. 4. - P. 406-425.

79. Safonova T.A., Aslamov I.A., Basharina T.N., Chenski A.G., Vereschagin A.L., Glyzina O.Yu., Grachev M.A. Cultivation and automatic counting of diatom algae cells in multi-well plastic plates // Diatom Res. 2007. - Vol. 22, No. 1. -P. 189-195.

80. Scala S., Carels N., Falciatore A., Chiusano M.L., Bowler C. Genome properties of the diatom Phaeodactylum tricornutum II Plant Physiol. 2002. - Vol. 129.-P. 993-1002.

81. Scheffel A., Poulsen N., Shian S., Kröger N. Nanopatterned protein microrings from a diatom that direct silica // PNAS. 2011. - Vol. 108, No. 8. - P. 3175-3180.

82. Schkoda P., Hechler A., Kessler H.G. Effect of minerals and pH on rheolog-ical properties and syneresis of milk-based acid gels // Intern. Dairy J. 1999. -Vol. 9.-P. 269-273.

83. Schmid A., Schulz D. Wall morphogenesis in diatom: depositions of silica by cytoplasmic vesicles // Protoplasma. 1979. - Vol. 10. - P. 268-288.

84. Simpson T.L., Volcani B.E. (eds.) Silicon and Siliceous Structures in Biological Systems. New York: Springer-Verlag New York, Inc., 1981. - p. 587.

85. Sims P. A., Mann D.G., Medlin L.K. Evolution of the diatoms: insights from fossil, biological and molecular data // Phycologia. 2006. - Vol. 45, No. 4. - P. 361-402.

86. Sorhannus U. A nuclear-encoded small-subunit ribosomal RNA timescale for diatom evolution // Mar. Micropaleontol. 2007. - Vol. 65. - P. 1-12.

87. Spirin A. High-throughput cell-free systems for synthesis of functionally active protein // Trenda Biotechnol. 2004. - Vol. 22. - P. 538-545.

88. Sullivan C.W. Diatom mineralization of silicic acid. II. Regulation of Si(OH)4 transport rates during the cell cycle of Navicula pelliculosa II J. Phycol. -1977.-Vol. 13.-P. 86-91.

89. Tesson B., Hildebrand M. Dynamics of silica cell wall morphogenesis in the diatom Cyclotella criptica: substructure formation and the role of microfilaments // J. Struct. Biol. 2010. - Vol. 169. - P. 62-74.

90. Thamatrakoln K., Hildebrand M. Approaches for functional characterization of diatom silicic acid transporters // J. Nanosci. Nanotechnol. 2005. - Vol. 5. - P. 1-9.

91. Thamatrakoln K., Alverson A., Hildebrand M. Comparative sequence analysis of diatom silicon transporter: toward a mechanistic model of silicon transport // J. Phycol. 2006. - Vol. 42. - P. 822-834.

92. Thamatrakoln K., Hildebrand M. Analysis of Thalassiosira pseudonana silicon transporters indicates distinct regulatory levels and transport activity through the cell cycle // Eucaryot. Cell. 2007. - Vol. 6, No. 2. - P. 271-279.

93. Thamatrakoln K., Hildebrand M. Silicon uptake in diatoms: a model for saturable and nonsaturable uptake kinetitics and the role of silicon transporters // Plant Physiol.-2008.-Vol. 146.-P. 1397-1407.

94. Thamatrakoln K., Kustka A.B. When to say when: can excessive drinking explain silicon uptake in diatoms? // BioEssays. 2009. - Vol. 31. - P. 322-327.

95. Thompson A.S., Rhodes J.C., Pettman I. Culture collection of algae and protozoa. Catalogue of strains. England: Natural Environment Research and Council, 1988.- 164 p.

96. Tiffany M.A. Valve morphogenesis in the marine araphid diatom Gephyria media (Bacillariophyceae) // Diatom Res. 2002. - Vol. 17. - P. 391-400.

97. Treguer P., Nelson D.M., Van Bennekom A.J., DeMaster D.J., Leynaert A., Queguiner B. The silica balance in the world ocean: A reestimate // Science. -1995.-Vol. 268.-P. 375-379.

98. Tusnady G.E., Simon I. Principles governing amino acid composition of integral membrane proteins: applications to topology prediction // J. Mol. Biol. -1998-Vol. 283.-P. 489-506.

99. Van de Poll W.H., Vrieling E.G., Gieskes W.W.C. Location and expression of frustulins in the Cylindrotheca fusiformis, Navicida pelliculosa, and Navicula salinarum (Bacillariophyceae) // J. Phycology. 1999. - Vol. 35. - P. 1044-1053.

100. Volcani B.E., Simpson T.L. Cell wall formation in diatoms: morphogenesis and biochemistry. In: Silicon and Siliceous Structures in Biological Systems. -Berlin: Springer-Verlag, 1981.-P. 157-200.

101. Vrieling E.G., Beelen T.P.M., Santen R.A.V., Gieskes W.W.C. Diatom silicon biomineralization as an inspirational source of new approaches to silica production // J. Biotechnol. 1999. - Vol. 70. - P. 39-51.

102. Vrieling E.G., Sun Q., Tian M., Kooyman P.J., Gieskes W.W.C., van Santen R.A., Sommerdijk N.A. Salinity-dependent diatom biosilicification implies an important role of external ionic strength // PNAS. 2007. - Vol. 104. - P. 1044110446.

103. Wernersson R. Virtual Ribosome a comprehensive DNA translation tool with support for integration of sequence feature annotation // Nucl. Acids Res. -2006.-Vol. 34.-P. 385-388.

104. Wilkins M.R., Lindskog I., Gasteiger E., Bairoch A., Sanchez J.-C., Hoch-strasser D.F., Appel R.D. Detailed peptide characterisation using PEPTIDEMASS- a World-Wide Web accessible tool //Electrophoresis. 1997. - Vol. 18. - P. 403-408.

105. Wistrand M., Sonnhammer E.L. Improved profile HMM performance by assessment of critical algorithmic features in SAM and HMMER // BMC Bioinfor-matics. 2005. - Vol. 6. - P. 1-10.

106. Zuckerkandl E., Pauling L. Evolutionary divergence and convergence in proteins: V. Bryson and H.J. Vogel (eds.) Edited in evolving genes and proteins by -New York: Academic Press, 1965. P. 97-166.

107. Zurzolo C., Bowler C. Exploring bioinorganic pattern formation in diatoms. A story of polarized trafficking // Plant Physiol. 2001. - Vol. 127. - P. 13391345.