International conference on bioinformatics of genome regulation

Key words: proteomics, health, space flight
In order to determine the panel of proteins that may characterize the early stage of vas-
cular endothelial dysfunction, which develops under conditions of physical inactivity in 
healthy individuals, liquid chromatography-mass spectrometry analysis of urine protein 
composition of six healthy volunteers was performed. The study was conducted during 
the experiment with 105-day isolation of healthy volunteers in onground experimental 
complex. The volunteers were lived inside air chamber in controlled conditions with 
different levels of salt consumption (from 6 to 12 g/day). Food nutrients intake (electro-
lytes, water, calories, fat, carbohydrates, protein, vitamins, etc.) on each stage of experi-
ment was normalized per body weight. All obtained biological samples were analyzed 
using mass ion cyclotron resonance mass spectrometer with Fourier transformation LTQ 
FT  MS  (Thermo). After  proteomic  analysis  various  bioinformatics  possibilities  were 
used. Identification of proteins expressed in endothelial cells was performed by data 
base Bgee.
The total number of proteins identified in urine was 2037. Among them, it was found 164 
proteins expressed in endothelial cells. Of these, 3 proteins, namely osteopontin, pros-
taglandin D sinthase, protectin CD59 were detected in the urine constantly. The protein 
angiotensinogen (RAAS member) was present in the urine samples of the background 
period, but ceased to be detected in the experiment and the recovery period. Then, the 
correlation between proteins detection frequency and the level of salt consumption was 
revealed. It has been shown that amyloid beta protein, endosialin, CD90 protein, H sub-
unit of tetramer enzyme lactate dehydrogenase had a high and reliable level of linear 
correlation with the level of salt consumption. Manual annotation of the most significant 
proteins in terms of endothelial functions was performed. The data indicate a slight im-
pact of 105-day isolation factors on endothelial function.
We wish to thank “Bruker Daltonics“ for administrative and financial support. This work 
was supported by the Russian Academy of Sciences, Russian Foundation of Basic Re-
search (Grants 15-04-02463 A).

229
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE ROLE OF KINETOCHORE-DRIVEN MICROTUBULE 
FORMATION IN DROSOPHILA SPINDLE ASSEMBLY
G. Pavlova
1, 2
*, J. Popova
1, 3
*, A. Munzarova
1, 4
*, J. Galimova
1
*, A. Razuvaeva
1, 4
,  
F. Renda
5
, P. Somma
5
, A. Pindyurin
1, 4
, M. Gatti
5
1 
Institute of Molecular and Cellular Biology SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 Kazan Federal University, Kazan, Russia
3 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
4 
Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
5
 Department of Biology and Biotechnology, Sapienza, University of Rome, Rome, Italy
* equal contribution
Key words: mitosis, modeling
Mitotic catastrophe (MC) is a form of cell death caused by the disruption of the mitotic 
process. However, a clear definition of MC is still missing. The current view is that MC is 
not a specific mode of cell death, but rather a pre-stage that anticipates cell death through 
necrosis or apoptosis. It has been shown that this “pre-stage” is characterized by strong 
mitotic defects caused by either ionizing radiation or drugs that affect microtubule (MT) 
polymerization and/or dynamics. In addition, MC can be triggered by mutations in genes 
that disrupt fundamental steps of cell division. One this steps is kinetochore-driven MT 
formation (KDMF). We exploited the Drosophila system to investigate KDMF. In fly 
cells, KDMF is essential for spindle assembly, while MT nucleation from the centro-
somes is dispensable, as cells devoid of centrosomes form functional anastral spindles. 
To genetically dissect KDMF we used Drosophila S2 cells and determined their profi-
ciency in the process by analyzing spindle MT regrowth after cold- or colcemid-induced 
MT depolymerization. Specifically we examined KDMF in prometaphases/metaphases 
of cells depleted of specific spindle proteins by RNA interference (RNAi). We identified 
several factors that positively affect the process (Eb1, Mast/Orbit, Mars, Mei-38 and 
Dgt6), as well as factors that appear to delay KDMF (Asp and Patronin). These results 
provide novel insight into the molecular mechanisms of KDMF and suggest a model for 
the regulation of the process. 

230
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MICROBIAL COMMUNITY OF THE OIL SITE  
OF THE UZON CALDERA (KAMCHATKA)
S.E. Peltek
1
, A.V. Bryanskaya
1
*, Y.E. Uvarova
1
, A.S. Rozanov
1
, T.V. Ivanisenko
1
, 
T.K. Malup
1
, V.A. Ivanisenko
1
, E.V. Lazareva
2
, O.V. Saik
1
, S.M. Zhmodik
2
, O.P. Taran
3
, 
N.M. Slynko
1
, S.V. Shekhovtsov
1
, V.N. Parmon
3
, N.L. Dobretsov
2
, N.A. Kolchanov
1
 
1 
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2 
V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, Novosibirsk, Russia
3 
Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: microbial community, Uzon caldera, oil site, hydrocarbon metabolism 
Uzon Caldera is a unique place of the Earth where natural oil and bitumen yields (naph-
thides) were discovered within the active hydrothermal fields. Some studies showed that 
hydrothermal naphthides (hydrothermal petroleum) are modern formations. Oil of the 
Uzon caldera is considered as the youngest oil in the world. The preliminary results have 
indicated that their age is about 1,000 years, whereas the later studies have shown that 
they are only 50 years old.
Our field studies in the Uzon caldera during 2010-2012 in spring and autumn describe 
the features of the Oil site in the caldera. The Oil site is a small part of the thermal field 
with two natural thermal vents, with significant gradients of temperature, Eh-pH, and 
geochemical parameters. Oil film or oil droplets were formed on the surface of the solu-
tion when digging test pits in almost every location site. 10 test pits and hydrothermal 
vents have been examined for Oil field and adjacent areas. 
More than 300 thousand sequences with the length of at least 250 base pairs were ana-
lyzed in the test samples by the high-throughput sequencing. We have determined more 
than 1 thousand of the individual taxons.
Detailed analysis of the microbial community composition showed that it contains mi-
croorganisms which are able to metabolize hydrocarbons. By correlation analysis in ac-
cordance with environmental factors and occupancy of metabolic pathways, the environ-
mental factors were grouped into 4 major clusters and pathways into 7 largest clusters, 
respectively. It was shown that the cluster of metabolic pathways including Lipid metab-
olism correlates positively with the temperature and negatively with the Ba concentra-
tion. For the cluster including the Lysine degradation pathway, Other types of O-glycan 
biosynthesis, Carotenoid biosynthesis, strong positive correlation between biodiversity 
and a strong negative correlation with the elements Re, Co, U were found. Maximum 
negative correlation with biodiversity was observed for the filling the pathways of Flu-
orobenzoate degradation and Naphthalene degradation. Maximum filling of pathways 
was observed for metabolic pathways involved in the metabolism of petroleum products. 
Thus, the Uzon caldera is a natural laboratory of modern petroleum formation from or-
ganic matter of sediments. The unique microbial communities were formed at high (up 
to 97 °C) and average temperatures, significant fluctuations in Eh-pH, and high content 
in solution and solid substance of sulphides, arsenic, antimony, and mercury. These com-
munities are adapted to living in hydrocarbon surroundings, so they could be viewed as 
the source of unique enzymes and metabolites.

231
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
PQ: A NEW PROGRAM FOR PHYLOGENETIC  
RECONSTRUCTION 
D. Penzar
1
*, M.S. Krivozubov
2
, S.A. Spirin
3
 
1
 Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, Russia
2
 Gamaleya Center of Epidemiology and Microbiology, Moscow, Russia
3
 Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology of Moscow State University, and Institute of System 
Studies, Moscow, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: Molecular phylogeny, algorithm, software, web interface
Motivation and Aim. Programs for protein phylogenetic reconstruction are widely used 
by evolutionists and molecular biologists. A recent study [1] show that distance meth-
ods of phylogenetic reconstruction (such as minimum evolution) outperforms symbol-
oriented ones (such as maximum likelihood). The aim of the work is to elaborate and 
implement a new symbol-oriented method that could compete with distance methods.
Methods and Algorithms. With a given protein multiple sequence alignment and a given 
tree on sequences of the alignment, the PQ (position-quartets) score is calculated by the 
following formulas: W = ∑
pq
 ∑
pq
 where p runs over all positions of the alignment and 
q over all quartets (forths) of sequences of the alignment; W
pq
 = max(S(a
ip
, a
jp
) – M, 0)+ 
+ max(S(a
lp
,a
kp
) – M, 0) , where M = max(S(a
ip
, a
kp
), S(a
ip
, a
lp
), S(
ajp
, a
kp
), S(a
jp
, a
lp
)), a
ip
 
is the letter of i-th sequence in p-th position of the alignment, S(a, b) is a scoring matrix 
(e.g., BLOSUM62), and i, j, k, l are sequences of the quartet q such that {i, j} is sepa-
rated from {k, l} by at least one branch of the tree. The search for the tree with maximal 
W is performed with standard protocols: tree growing, nearest-neighbor interchange, and 
subtree pruning and regrafting.
Results. The program PQ is implemented and tested on a number of sets of alignments 
of protein evolutionary domains. PQ outperforms maximum likelihood and maximum 
parsimony programs for all tested sets. For some sets PQ outperforms distance-oriented 
programs, too. We also investigate effectiveness of different search strategies.
Conclusion. The new program PQ can be a good alternative to phylogenetic programs 
based on maximum likelihood and distance methods, especially for small (<30 
sequences) protein alignments. 
Availability. The  program code in plain C is available on request from the authors. The 
web interface is available without registration at http://mouse.belozersky.msu.ru/tools/pq.
Acknowledgements: the work is supported by the Russian Scientific Foundation, grant 
No. 16-14-10319.
References:
1.  G.Gonnet (2012) Surprising results on phylogenetic tree building methods based on 
molecular sequences, BMC Computational Biology, 13: 148

232
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
THE BIOINFORNATIONAL COMPARISON OF CRISPR/CAS 
SYSTEM STRUCTURE OF YERSINIA PSEUDOTUBERCU-
LOSIS STRAINS ISOLATED FROM DIFFERENT REGIONS
N.P. Peretolchina
1
*, Y.P. Dzhioev
1, 2 
, A.Y. Borisenko
1
, E.A. Voskresenskaya
3
, 
 A.I. Paramonov
2
,
 
L.A. Stepanenko
1
, V.I. Zlobin
1
1
 Irkutsk State Medical University, Irkutsk, Russia
2
 Scientific Center of family health problems and human reproduction, Irkutsk, Russia
3
 Institut Pasteur, Saint Petersburg, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: CRISPR, Yersinia pseudotuberculosis, bioinformatics
Motivation and Aim. CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic 
Repeats/CRISPR-associated  proteins)  system  is  a  specific  and  adaptive  protection  of 
bacteria against alien nucleic acids. CRISPR locus usually consists of cas-genes, leader 
sequence and spacers interspaced by short palindromic repeats. New spacer is incorpo-
rated at the beginning of CRISPR locus from bacteriophages and plasmids when bacte-
rium meets them. Furthermore, bacterium with such spacers could be tolerant to phage 
or plasmid invasion. The aim of the research is a comparison of CRISPR/Cas systems of 
Yersinia pseudotuberculosis IP32953 and IP31758. 
Materials and Methods.  Objects  of  research  were  complete  genome  sequences  of Y. 
pseudotuberculosis IP32953 and Y. pseudotuberculosis IP31758 presented in GenBank: 
CP000720 and CP009712. Structural and functional characteristics of cas-genes were 
studied by MacSyFinder (ver. 1.0.2) and accessory programs (makeblastdb ver. 2.2.28 
and HMMER ver. 3.0). Three algorithms of CRISPR locus identification were used for 
more precise and accurate CRISPR-locus interpretation. Phages and plasmids screening 
was carried out by online-tool «CRISPR Target: a tool to explore targets of CRISPRR-
NAs»,  phage  and  plasmid database ACLAME,  and  BLAST.  «PHAST: A  Fast  Phage 
Search Tool» was used for prophage region search.
Results. Y. pseudotuberculosis IP32953 and IP31758, both have CRISPR/Cas system 
referred to the type IF. Systems consist of two loci with different sizes. YP1 locus of 
Y. pseudotuberculosis IP31758 is specific for infectious agent circulation area. At the 
same time spacers of YP1 locus of Y. pseudotuberculosis IP32953 and spacers of YP3 
loci of both strains are found in different strains of Y. pseudotuberculosis circulated in 
different continents. Y. pseudotuberculosis IP32953 interacted with Escherichia phage, 
Salmonella phage and Enterobacteria phage. Also this strain has protospacer in its own 
plasmid. Y. pseudotuberculosis IP31758 interacted with Vibrio phage, Enterobacteria 
phage  and Yersinia  phage  during  strain  evolution. Also  the  strain  has  protospacer  in 
transfer plasmid of Y. frederikssenii Y225. 
Conclusion. Both strains have active CRISPR/Cas system. CRISPR/Cas systems of Y. 
pseudotuberculosis IP32953 and IP31758 have different origin. They do not have simi-
lar spacers. Strains could be resistant to phages action or to new plasmid acquiring. The 
results of the research could be used in developing of new typing methods of Yersinia 
based on the CRISPR system, and in selection of specific bacteriophages for target strain 
treatment.

233
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
SEARCH OF GENETIC SEQUENCES OF POTATOES  
IN DATABASES
A.I. Perfileva
Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, SB RAS, Irkutsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: databases, potatoes, NCBI, Spud DB
The potato genome is interesting object of research because potatoes is impotent for 
agriculture. However, now there is an insufficient numgunber of the works devoted to 
research of a genome of potatoes. The problem consists in complexity of definition of 
the necessary gene of potatoes because of a large number of databases, and also ambigu-
ity of information provided in them, sequence considerably differ. The most widespread 
databases, containing gene sequences of potatoes are: GenBank (http://www.ncbi.nlm.
nih.gov/genbank/),  UniProt  (http://www.uniprot.org/),  Spud  DB  (http://solanaceae.
plantbiology.msu.edu/).  Most  of  scientists-biologists  actively  uses  the  BLAST  NCBI 
base, however, it contains information on a wide range of biological objects of various 
kingdoms therefore not all genes of potatoes are present at her. Some works refer to the 
UniProt base, however, of information in her less, than in BLAST NCBI.
Most of researchers in the works refer to the Spud DB base (http://solanaceae.plantbi-
ology.msu.edu/). The real base is characterized by what contains data not only on po-
tatoes genes, and also on tomato genes. All base consists of these two research groups 
which have carried out a genome sequencing. One group of researchers has carried out 
a sequencing of a genome of a tomato and potatoes (designation of a gene begins "S. 
tuberosum group Phureja DM1-3-ITAG"), and other group potatoes sequencing (desig-
nation of a gene begins "S. tuberosum group Phureja DM1-3-PGSC"). The base contains 
information on a gene, his transcript, proteinaceous sequence, and also allows to carry 
out search of homologous genes.
Potatoes belong to family Solanacea therefore for search of genes of potatoes it is pos-
sible to use homologous genes of a tomato, and also other organisms. More truly to pick 
up the necessary sequence of a gene it is possible to bring sequence of the interesting 
gene in a search box of the Spud DB base and to find a potato homolog (with the indica-
tion of a protsentn of identity). Further the found sequence can be checked in Blast NCBI 
GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/), at her existence in this base.
Distinctions in the found genetic povtornost can be connected with high-quality features, 
various techniques of research groups. However the main part of a gene at various se-
quencings is identical that allows to carry out work with these sequences.
The work has been conducted with the support of Russian Foundation for Basic Re-
search, Grant mol_a No. 16-34-00806.

234
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
HEAT SHOCK PROTEINS OF POTATO IN VITRO UNDER HEAT 
AND BIOTIC STRESS 
A.I. Perfileva*, E.G. Rikhvanov
Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, SB RAS, Irkutsk, Russia
* Corresponding author: [e-mail]
Key words: heat shock proteins, Clavibacter michiganensis spp. sepedonicus, stress
Motivation and Aim. Under soft heat shock synthesized are heat shock proteins (HSP), which 
protect the cell from cell death under stronger heat shock. It is known that in a number of 
cases HSP is individuated in case of introduction of pathogens in plants. At the same time, 
there is no information in the literature on both the role of HSP in the response reaction of 
potato to its infecting with the ring rot pathogen Clavibacter michiganensis spp. sepedonicus 
(Cms) and the HSP content potato tissues under hyperthermia. In our work, investigated was 
the effect of infecting potato Cms and their processing with iodide acetic sodium salt (IASS) 
on the content of HSP in them. 
Methods and Algorithms. To the end of defining the influence of pathogenesis on the content 
of HSP, the plants of resistant (Lugovskoy) and susceptible (Lukyanovsky) potato varieties 
were infected with Cms, underwent heat shock, and the quantity of HSP 101, HSP60 and 
HSP17,6 was measured. For the purpose of understanding of the role mitochondria in the 
process of HSP synthesis regulation, in a series of the following experiments we investi-
gated the influence of processing IASS on the content of HSP in potato plants in vitro. IASS 
specifically inhibits of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (the key enzyme of gly-
colysis), therefore, sodium salt irreversibly suppresses cellular respiration. The plants were 
infected with Cms; after 48 h of cultivating, these were processed with IASS; nest, the plants 
underwent heat shock. After all these processes, the content of HSP was determined by the 
Western-Blotting.
Results. It has been experimentally ascertained that the maximum content of HSP is observed 
in case of heating the plants at 39 °C. So, the temperature of 39 °C is seen as tempering for 
potato plants. No difference has been revealed in the level of synthesis of this protein at 26 °C 
for these varieties. Consequently, stability of the Lugovskoy variety to infecting with Cms is 
not bound up with synthesis of HSP. The content of HSP60 did not change in all the samples. 
This may be considered to be natural, no wonder that this protein has been attributed to the 
group of “house keeping proteins”. As it has been verified experimentally, heat stress leads 
to the increase in the content of HSP17.6 and to substantial increase in content of HSP101 
in tissues of both varieties of potato. Infecting in our experiments induced some increase 
in the content of HSP101 and HSP17.6 for the susceptible Lukyanovsky variety and some 
decrease in the content of these proteins in tissues of resistant Lugovskoy variety. Processing 
with IASS provoked a decrease in the content of HSP in potato tissues of both the varieties 
indicated under all the variants of processing the plants with IASS. Probably, this is a result 
of suppressing the functioning of mitochondria with IASS. 
Conclusion. Probably, there are differently directed protective programs realized in plants 
under biotic and abiotic stresses. It may be supposed that HSP gene expression activation 
under heat stress is normally accompanied by suppression of expression of the genes protect-
ing the cell under pathogenesis. So, decrease in the synthesis of HSP in infected plants under 
heat stress may be explained via the hypothesis stating that increase in the temperature sup-
presses expression of protective potato genes activated in response to biological stress. The 
work has been conducted with the support of Russian Foundation for Basic Research, Grant 
mol_a No. 16-34-00806.

235
THE TENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON BIOINFORMATICS OF GENOME REGULATION AND STRUCTURE\SYSTEMS BIOLOGY
MOSAIC GENE NETWORK MODELLING IDENTIFIED 
NEW REGULATORY MECHANISMS IN HCV INFECTION
O.V. Petroskaya
1
*, E.D. Petrovskiy
1, 2
, E.L. Mishchenko
1
, I.N. Lavrik
1, 4
, 
 V.A. Ivanisenko
1, 2
1
 The Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia
2
 PB-soft, LLC, Novosibirsk, Novosibirsk, Russia
3
 International Tomography Center SB RAS, Novosibirsk, Russia
4
 Otto von Guericke University Magdeburg, Medical Faculty, Department Translational Inflammation 
Research, Magdeburg, Germany
* The corresponding author: [e-mail]