Анализ генетических особенностей структурной организации интегративных конъюгативных элементов штаммов Vibrio cholerae различного происхождения

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Интегративные конъюгативные элементы (integrative conjugating element, ICE) вносят существенный вклад в распространение бактериальных генов антибиотикорезистентности среди штаммов возбудителя холеры. Однако на данный момент отсутствуют унифицированные методы типирования ICE-элементов, позволяющие проводить анализ большого количества геномов.

Цель исследования — провести сравнительный анализ последовательностей ICE-элементов штаммов Vibrio cholerae различного происхождения и разработать алгоритм их типирования.

Материалы и методы. В работе использованы данные полногеномного секвенирования 120 штаммов токсигенных (ctxAB+tcpA+) V. cholerae О1 El Tor, полученных на платформах MiSeq (Illumina, США) и MinIon (Oxford Nanopore, Великобритания), а также из баз данных NCBI (1886 геномов) и European Nucleotide Archive (441 штамм). Программное обеспечение для выявления и типирования ICE-элемента разработано на языке программирования Java (версии 11.0.13) и расположено по адресу http://antiplague.ru/ice-genotyper/.

Результаты. Проведён сравнительный анализ ICE-элементов у токсигенных штаммов холерных вибрионов. Предложен алгоритм типирования ICE-элементов на основе их генного состава. Анализ коллекции геномов штаммов V. cholerae позволил выявить три ранее не описанных ICE-элемента, обозначенных как ICEVchRus1, ICEVchHai3 и ICEVchLaos.

Заключение. В результате проведённого анализа обнаружены три не описанных ранее ICE-элемента и показано их распространение в России и мире. Установлено, что во время вспышки холеры в Дагестане в 1994 году зарегистрирована одновременная циркуляция как штаммов, содержащих ICEVchBan11, так и штаммов с ICEVchBan9.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Сергеевич Водопьянов

Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: vodopyanov_as@antiplague.ru
ORCID iD: 0000-0002-9056-3231
SPIN-код: 7319-3037

канд. мед. наук

Россия, Ростов-на-Дону

Руслан Вячеславович Писанов

Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт

Email: plague@aaanet.ru
ORCID iD: 0000-0002-7178-8021
SPIN-код: 4270-3091

канд. биол. наук

Россия, Ростов-на-Дону

Сергей Олегович Водопьянов

Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт

Email: serge100v@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4336-0439
SPIN-код: 4672-9310

д-р мед. наук

Россия, Ростов-на-Дону

Алексей Кимович Носков

Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт

Email: noskov-epid@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0550-2221
SPIN-код: 5378-3729

канд. мед. наук

Россия, Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Рыбальченко Д.А., Щелканова Е.Ю., Лозовский Ю.В., и др. Распространённость разных типов интегративного конъюгативного элемента SXT/R391, кодирующего множественную резистентость к антибиотикам, среди клинических штаммов возбудителя холеры // Проблемы особо опасных инфекций. 2022. № 1. С. 137–147. doi: 10.21055/0370-1069-2022-1-137-147
  2. Смирнова Н.И., Рыбальченко Д.А., Щелканова Е.Ю., и др. Вариабельность множественной резистентности к антибиотикам возбудителя холеры, связанная с разными типами мобильного SXT элемента и спонтанными хромосомными мутациями // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2022. Т. 40, № 2. С. 28–36. doi: 10.17116/molgen20224002128
  3. Das B., Verma J., Kumar P., et al. Antibiotic resistance in Vibrio cholerae: Understanding the ecology of resistance genes and mechanisms // Vaccine. 2020. Vol. 38, Suppl. 1, N 29. P. A83–A92. doi: 10.1016/j.vaccine.2019.06.031
  4. Селянская Н.А., Водопьянов С.О., Рыкова В.А., Соколова Е.П. Трансмиссивная антибиотикоустойчивость, обусловленная SXT-элементом, у холерных вибрионов, выделенных на территории России // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. Т. 97, № 3. С. 258–264. doi: 10.36233/0372-9311-2020-97-3-8
  5. Pant A., Bag S., Saha B., et al. Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae // Proc Natl Acad Sci U S A. 2020. Vol. 117, N 38. P. 23762–23773. doi: 10.1073/pnas.2006283117
  6. Wang P., Zhao Y., Wang W., et al. Mobile genetic elements used by competing coral microbial populations increase genomic plasticity // ISME J. 2022. Vol. 16, N 9. P. 2220–2229. doi: 10.1038/s41396-022-01272-1
  7. Wozniak R.A., Fouts D.E., Spagnoletti M., et al. Comparative ICE genomics: insights into the evolution of the SXT/R391 family of ICEs // PLoS Genet. 2009. Vol. 5, N 12. P. e1000786. doi: 10.1371/journal.pgen.1000786
  8. Marin M.A., Fonseca E.L., Andrade B.N., et al. Worldwide occurrence of integrative conjugative element encoding multidrug resistance determinants in epidemic Vibrio cholerae O1 // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 9. P. e108728. doi: 10.1371/journal.pone.0108728
  9. Ceccarelli D., Spagnoletti M., Hasan N.A., et al. A new integrative conjugative element detected in Haitian isolates of Vibrio cholerae non-O1/non-O139 // Res Microbiol. 2013. Vol. 164, N 9. P. 891–893. doi: 10.1016/j.resmic.2013.08.004
  10. Burrus V., Quezada-Calvillo R., Marrero J., Waldor M.K. SXT-related integrating conjugative element in New World Vibrio cholerae // Appl Environ Microbiol. 2006. Vol. 72, N 4. P. 3054–3057. doi: 10.1128/AEM.72.4.3054-3057.2006
  11. Taviani E., Grim C.J., Chun J., et al. Genomic analysis of a novel integrative conjugative element in Vibrio cholerae // FEBS Lett. 2009. Vol. 583, N 22. P. 3630-3636. doi: 10.1016/j.febslet.2009.10.041
  12. Taviani E., Spagnoletti M., Ceccarelli D., et al. Genomic analysis of ICEVchBan8: An atypical genetic element in Vibrio cholerae // FEBS Lett. 2012. Vol. 586, N 11. P. 1617–1621. doi: 10.1016/j.febslet.2012.03.064
  13. Wang R., Yu D., Yue J., Kan B. Variations in SXT elements in epidemic Vibrio cholerae O1 El Tor strains in China // Sci Rep. 2016. Vol. 6. P. 22733. doi: 10.1038/srep22733
  14. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing // J Comput Biol. 2012. Vol. 19. N 5. P. 455–477. doi: 10.1089/cmb.2012.0021
  15. Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Мишанькин Б.Н., Олейников И.П. Алгоритм компьютерного VNTR-типирования на основе неполных сиквенсов ДНК -штаммов Vibrio cholerae, выделенных на Гаити в 2010 г. // Здоровье населения и среда обитания. 2013. № 3. С. 28–30. EDN: PXLUAZ
  16. Delcher A.L., Bratke K.A., Powers E.C., Salzberg S.L. Identifying bacterial genes and endosymbiont DNA with Glimmer // Bioinformatics. 2007. Vol. 23, N 6. P. 673–679. doi: 10.1093/bioinformatics/btm009
  17. Camacho C., Coulouris G., Avagyan V., et al. BLAST+: architecture and applications // BMC Bioinformatics. 2009. Vol. 10. P. 421. doi: 10.1186/1471-2105-10-421
  18. Shimoyama Y. pyGenomeViz: A genome visualization python package for comparative genomics [Computer software]. 2022. Режим доступа: https://github.com/moshi4/pyGenomeViz Дата обращения: 15.06.2024.
  19. Liu M., Li X., Xie Y., et al. ICEberg 2.0: an updated database of bacterial integrative and conjugative elements // Nucleic Acids Research. 2019. Vol. 47, N D1. P. D660–D665. doi: 10.1093/nar/gky1123
  20. Spagnoletti M., Ceccarelli D., Colombo M.M. Rapid detection by multiplex PCR of Genomic Islands, prophages and Integrative Conjugative Elements in V. cholerae 7th pandemic variants // J Microbiol Methods. 2012. Vol. 88, N 1. P. 98–102. doi: 10.1016/j.mimet.2011.10.017
  21. Hochhut B., Beaber J.W., Woodgate R., Waldor M.K. Formation of chromosomal tandem arrays of the SXT element and R391, two conjugative chromosomally integrating elements that share an attachment site // J Bacteriol. 2001. Vol. 183, N 4. P. 1124–1132. doi: 10.1128/JB.183.4.1124-1132.2001
  22. Gladkikh A.S., Feranchuk S.I., Ponomareva A.S., et al. Antibiotic resistance in Vibrio cholerae El Tor strains isolated during cholera complications in Siberia and the Far East of Russia // Infect Genet Evol. 2020. Vol 78. P. 104096. doi: 10.1016/j.meegid.2019.104096
  23. Chaguza C., Chibwe I., Chaima D., et al. Genomic insights into the 2022–2023 Vibrio cholerae outbreak in Malawi // Nat Commun. 2024. Vol. 15, N 1. P. 6291. doi: 10.1038/s41467-024-50484-w
  24. Spagnoletti M., Ceccarelli D., Rieux A., et al. Acquisition and evolution of SXT-R391 integrative conjugative elements in the seventh-pandemic Vibrio cholerae lineage // mBio. 2014. Vol. 5, N 4. P. e01356-14. doi: 10.1128/mBio.01356-14
  25. Kutar B.M., Rajpara N., Upadhyay H., et al. Clinical isolates of Vibrio cholerae O1 El Tor Ogawa of 2009 from Kolkata, India: preponderance of SXT element and presence of Haitian ctxB variant // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 2. P. e56477. doi: 10.1371/journal.pone.0056477
  26. Weill F.X., Domman D., Njamkepo E., et al. Genomic history of the seventh pandemic of cholera in Africa // Science. 2017. Vol. 358, N 6364. P. 785–789. doi: 10.1126/science.aad5901
  27. Sarkar A., Morita D., Ghosh A., et al. Altered Integrative and Conjugative Elements (ICEs) in Recent Vibrio cholerae O1 Isolated From Cholera Cases, Kolkata, India // Front Microbiol. 2019. Vol. 10. P. 2072. doi: 10.3389/fmicb.2019.02072
  28. Monir M.M., Hossain T., Morita M., et al Genomic Characteristics of Recently Recognized Vibrio cholerae El Tor Lineages Associated with Cholera in Bangladesh, 1991 to 2017 // Microbiol Spectr. 2022. Vol. 10, N 2. P. e0039122. doi: 10.1128/spectrum.00391-22

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сравнительный анализ ICE-элементов ICEVchRus1 и ICEVchInd5.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнительный анализ ICE-элементов ICEVchLaos и ICEVchCHN4210.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнительный анализ ICE-элементов ICEVchInd5 и ICEVchHai3.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Места и годы выделения штаммов холерных вибрионов, содержащих ICEVchRus1.

Скачать (868KB)
Метаданные

© Эко-вектор, 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ЭЛ № ФС 77 - 80652 от 15.03.2021 . Учредитель ООО "Эко-Вектор Ай-Пи" (ОГРН 1157847215338).