ارزيابي تكامل و كيفيت توالي كربنيك انيدراز زتا در ميكروبيوم هاي محيطي

Evaluating evolution and quality of ζ -Carbonic anhydrase sequences in environmental microbiomes

آنزيم كربنيك انهيدراز (CA) براي سلول‌هاي زنده ضروري است. اين مطالعه با استفاده از روش‌هاي بيوانفورماتيكي، فرآيندهاي تكاملي و كيفيت توالي‌هاي ζ-CA را ارزيابي مي‌كند و حضور ζ-CA در هر دو ميكروارگانيسم‌هاي يوكاريوتي و پروكاريوتي را نشان مي‌دهد.  تا پيش از اين، ζ-CA تنها در موجودات يوكاريوتي مانند ميكروجلبك‌ها شناسايي شده بود، اما نتايج اين مطالعه نشان مي‌دهد كه توالي‌هاي ζ-CA همچنين در برخي انواع پروكاريوتي (باكتري‌ها) مانند Nitrosomonas ureae نيز وجود دارد. اين حضور دوگانه و موتيف‌هاي جديد آمينو اسيدي نشان‌دهنده اعضاي جديد احتمالي زيرخانواده ζ-CA است كه به كمبود روي در اكوسيستم‌هاي آبي تطبيق يافته‌اند. نتايج اين مطالعه نشان داد كه توالي هاي ζ-CA را در هر دو ميكروارگانيسم‌هاي يوكاريوتي مانند ميكروجلبك ها و انواع پروكاريوتي (باكتري ها) شناسايي كرد كه نشان‌دهنده توزيع گسترده آنها در محيط‌هاي مختلف است. هم‌زيستي β- و ζ-CAها در برخي ميكروارگانيسم‌ها مشاهده شد كه نشان‌دهنده رابطه تكاملي احتمالي به ويژه در محيط هاي آبي با كمبود روي است. موتيف‌هاي جديد يافته شده در توالي هاي آمينواسيدي نيز زيرخانواده‌هاي احتمالي خانواده ζ-CA هستند. تحليل تكاملي، بينش‌هاي مهمي در مورد تنوع و تطبيق ζ-CAها ارائه داد. شباهت بين β- و ζ-CAها به پيوند تكاملي اشاره دارد كه با توجه به توانايي ζ-CA از كادميوم يا روي به عنوان كوفاكتور، توسط فشارهاي محيطي مانند دسترسي محدود به روي هدايت مي‌شود. ζ-CAها در مكانيسم‌هاي غلظت CO2 و فتوسنتز، به‌ويژه در فيتوپلانكتون‌ها نقش حياتي دارند و اهميت اكولوژيكي آنها را برجسته مي‌كند. اين مطالعه تحليل تكاملي جامع و ارزيابي كيفيت توالي‌هاي ζ-CA از ميكروبيوم‌هاي محيطي را ارائه مي‌دهد. حضور گسترده و موتيف‌هاي جديد ζ-CAها، اهميت تكاملي و تنوع عملكردي آنها را تأكيد مي‌كند.

The carbonic anhydrase (CA) enzyme is essential for living cells. This study utilizes bioinformatics methods to evaluate the evolutionary processes and sequence quality of ζ-CAs, demonstrating the presence of ζ-CA in both eukaryotic and prokaryotic microorganisms. Until now, ζ-CA had only been identified in eukaryotic organisms such as microalgae; however, the results of this study indicate that ζ-CA sequences also exist in certain prokaryotic types (bacteria), such as Nitrosomonas ureae. This dual presence and the newly identified amino acid motifs suggest the potential existence of new members of the ζ-CA subfamily that have adapted to zinc deficiency in aquatic ecosystems. The findings of this study reveal that ζ-CA sequences have been identified in both eukaryotic microorganisms, such as microalgae, and various prokaryotic types (bacteria), indicating their widespread distribution across different environments. The co-existence of β- and ζ-CA in some microorganisms suggests a potential evolutionary relationship, particularly in aquatic environments with limited zinc availability. The novel motifs discovered in the amino acid sequences may also represent potential subfamilies of the ζ-CA family. Evolutionary analysis provided important insights into the diversity and adaptability of ζ-CAs. The similarities between β- and ζ-CA indicate an evolutionary link driven by environmental pressures, such as limited access to zinc, given ζ-CA s ability to utilize cadmium or zinc as a cofactor. ζ-CAs play a critical role in CO2 concentration mechanisms and photosynthesis, especially in phytoplankton, highlighting their ecological significance. This study offers a comprehensive evolutionary analysis and quality assessment of ζ-CA sequences from environmental microbiomes, emphasizing their evolutionary importance and functional diversity.