microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2019-3-75-80microbe-1172Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESMSHA-подобные пили нетоксигенных штаммов холерных вибрионовMSHA-like pili of non-toxigenic Vibrio cholerae strainshttps://orcid.org/0000-0002-9216-7777МонаховаЕ. В.MonakhovaE. V.

Ростов-на-Дону.

117/40, M.Gor'kogo St., Rostov-on-Don, 344002.

monakhova_ev@antiplague.ruАрхангельскаяИ. В.ArkhangelskayaI. V.

Ростов-на-Дону.

117/40, M.Gor'kogo St., Rostov-on-Don, 344002.

plague@aaanet.ruТитоваС. В.TitovaS. V.

Ростов-на-Дону.

117/40, M.Gor'kogo St., Rostov-on-Don, 344002.

plague@aaanet.ruПисановР. В.PisanovR. V.

Ростов-на-Дону.

117/40, M.Gor'kogo St., Rostov-on-Don, 344002.

plague@aaanet.ruРостовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институтРоссияRostov-on-Don Research Anti-Plague InstituteRussian Federation201912102019037580Copyright © Монахова Е.В., Архангельская И.В., Титова С.В., Писанов Р.В., 20192019Монахова Е.В., Архангельская И.В., Титова С.В., Писанов Р.В.Monakhova E.V., Arkhangelskaya I.V., Titova S.V., Pisanov R.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1172

Цель исследования состояла в идентификации гомологов генов msh-кластера в геномах нетоксигенных холерных вибрионов, биоинформационном анализе их продуктов и изучении адгезивных свойств штаммов, содержащих измененные гены. Материалы и методы. В работе использовано 17 клинических штаммов холерных вибрионов не О1/не О139 и 2 штамма О1 серогруппы, выделенные из водоемов. Гены msh-кластера идентифицировали в полных геномах с помощью программ BLASTN 2.2.29 и BioEdit 7.2.5; трансляцию генов, сравни-тельный анализ их нуклеотидных, аминокислотных последовательностей продуктов трансляции осуществляли с использованием пакета программ Vector NTI Advance 11 (Invitrogen). Результаты и обсуждение. В геномах 18 из 19 исследуемых штаммов идентифицированы кластеры генов, ответственных за продукцию пилей адгезии (mshH-Q), представленные разными аллелями, большинство из которых отличались по нуклеотидному составу от прототипных генов msh-кластера, однако имели такую же локализацию и порядок расположения. Лишь у одного штамма кластер был близок таковому у прототипа. Биоинформационный анализ продуктов их трансляции показал, что аминокислотная последовательность мажорной субъединицы пилей MshA лишь в небольшом N-концевом участке (1-41) гомологична таковой прототипа, тогда как остальная часть не имеет с ней ничего общего. Этот белок, сходный с описанным H. Kuroki et al. (2001) VcfA и обозначенный нами как MshA-like, тем не менее сохранил потенциальный домен пилина. Аналогичная картина наблюдалась и в минорных субъединицах, обозначенных как MshC-like. Другие минорные субъединицы также сохранили характерные для них домены. Все штаммы агглютинировали эритроциты человека I группы крови и куриные эритроциты, причем у содержащих измененные гены mshA-like и mshC-like реакция не ингибировалась маннозой. Поскольку большинство изученных штаммов выделено от госпитализированных клинических больных, не исключено, что у нетоксигенных холерных вибрионов, лишенных острова патогенности VPI, MSHA-подобные пили могут служить фактором колонизации кишечника человека, в отличие от VPI-позитивных. Полученные данные создают основу для экспериментальной проверки этого предположения.

Aim. In this study, we set out to identify the homologues of genes from the msh-cluster in the genomes of non-toxigenic V cholerae, to perform the bioinformatics analysis of their products, as well as to study the adhesive properties of strains containing altered genes. Materials and methods. We analysed 17 clinical strains of non-O1/non-O139 V cholerae and 2 strains of the O1 serogroup isolated from water bodies. Genes belonging to the msh-cluster were identified in the whole genomes using the BLASTN 2.2.29 and BioEdit 7.2.5 programs. Gene translation, comparative analysis of their nucleotide sequences and the amino acid sequences of deduced products were performed using the Vector NTI Advance 11 (Invitrogen). Results and discusssion. In 18 out of the 19 studied genomes we identified gene clusters responsible for production of adhesion pili (mshH-Q) represented by diverse alleles, the majority of which differed from the prototype genes of the msh-cluster in nucleotide composition but had the same localization and arrangement. Only one strain had a cluster that was close to that of the prototype. A bioinformatics analysis of their deduced products indicated that the amino acid sequence of the major MshA pilus subunit is homologous to the prototype only in a short N-terminal region (1-41) while sharing no similarities with the rest of the sequence. Nevertheless, this protein, similar to VcfA described by Kuroki H. et al. (2001) and designated by us as MshA-like, retained a putative pilus domain. A similar pattern was observed in the minor subunits designated as MshC-like. Other minor subunits also retained their characteristic domains. All of the strains agglutinated human erythrocytes (group O) and chicken erythrocytes, and in isolates harboring modified mshA-like and mshC-like genes the reaction was not inhibited by mannose. Since most of the studied strains were isolated from hospitalized patients, it is possible that in non-toxigenic V. cholerae lacking the pathogenicity island VPI, MSHA-like pili may serve as a colonization factor of the human intestine, in contrast to VPI-positive strains. The obtained information provides a basis for experimental verification of this assumption.

Vibrio choleraeпили MSHAбиоинформационный анализадгезиягемагглютинацияVibrio choleraeMSHA pilibioinformatics analysisadhesionhaemagglutinationReferencesChiavelli D.A., Marsh J.W., Taylor R.K. The mannose-sensitive hemagglutinin of Vibrio cholerae promotes adherence to zooplankton. Appl. Environ. Microbiol. 2001; 67(7):3220-5.Chiavelli D.A., Marsh J.W., Taylor R.K. The mannose-sensitive hemagglutinin of Vibrio cholerae promotes adherence to zooplankton. Appl. Environ. Microbiol. 2001; 67(7):3220-5.Wang J., Yan M., Gao H., Lu X., Kan B. Vibrio cholerae colonization of soft-shelled turtles. Appl. Environ. Microbiol. 2017; 83(14):e00713-17. DOI: 10.1128/AEM.00713-17.Wang J., Yan M., Gao H., Lu X., Kan B. Vibrio cholerae colonization of soft-shelled turtles. Appl. Environ. Microbiol. 2017; 83(14):e00713-17. DOI: 10.1128/AEM.00713-17.List C., Grutsch A., Radler C., Cakar F., Zingl F.G., Schild-Prufert K., Schild S. Genes activated by Vibrio cholerae upon expo-sure to Caenorhabditis elegans reveal the mannose-sensitive hemag-glutinin to be essential for colonization. mSphere 2018; 3(3):e00238-18. DOI: 10.1128/mSphereDirect.00238-18.List C., Grutsch A., Radler C., Cakar F., Zingl F.G., Schild-Prufert K., Schild S. Genes activated by Vibrio cholerae upon expo-sure to Caenorhabditis elegans reveal the mannose-sensitive hemag-glutinin to be essential for colonization. mSphere 2018; 3(3):e00238-18. DOI: 10.1128/mSphereDirect.00238-18.Attridge S.R., Manning P.A., Holmgren J., Jonson G. Relative significance of mannose-sensitive hemagglutinin and toxin-coregulated pili in colonization of infant mice by Vibrio cholerae El Tor. Infect. Immun. 1996; 64(8):3369-73.Attridge S.R., Manning P.A., Holmgren J., Jonson G. Relative significance of mannose-sensitive hemagglutinin and toxin-coregulated pili in colonization of infant mice by Vibrio cholerae El Tor. Infect. Immun. 1996; 64(8):3369-73.Thelin K.H., Taylor R.K. Toxin-coregulated pilus, but not mannose-sensitive hemagglutinin, is required for colonization by Vibrio cholerae O1 El Tor biotype and O139 strains. Infect. Immun. 1996; 64f7):2853—6.Thelin K.H., Taylor R.K. Toxin-coregulated pilus, but not mannose-sensitive hemagglutinin, is required for colonization by Vibrio cholerae O1 El Tor biotype and O139 strains. Infect. Immun. 1996; 64f7):2853—6.Tacket C.O., Taylor R.K., Losonsky G., Lim Y, Nataro J.P., Kaper J.B., Levine M.M. Investigation of the roles of toxin-coregulated pili and mannose-sensitive hemagglutinin pili in the patho-genesis of Vibrio cholerae о139 infection. Infect. Immun. 1998; 6б(2):692-5.Tacket C.O., Taylor R.K., Losonsky G., Lim Y, Nataro J.P., Kaper J.B., Levine M.M. Investigation of the roles of toxin-coregulated pili and mannose-sensitive hemagglutinin pili in the patho-genesis of Vibrio cholerae о139 infection. Infect. Immun. 1998; 6б(2):692-5.Dalsgaard A., Albert M.J., Taylor D.N., Shimada T., Meza R., Serichantalergs O., Echeverria P. Characterization of Vibrio cholerae non-O1 serogroups obtained from an outbreak of diarrhea in Lima, Peru. J. Clin. Microbiol. 1995; 33(10):27l5-22.Dalsgaard A., Albert M.J., Taylor D.N., Shimada T., Meza R., Serichantalergs O., Echeverria P. Characterization of Vibrio cholerae non-O1 serogroups obtained from an outbreak of diarrhea in Lima, Peru. J. Clin. Microbiol. 1995; 33(10):27l5-22.Eroshenko G.A., Osin A.V., Shchelkanova E.Yu., Smirnova N.I. [A comparative analysis of genomes of virulent and avirulent strains of Vibrio cholerae 0139]. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2004; (2):11—6.Eroshenko G.A., Osin A.V., Shchelkanova E.Yu., Smirnova N.I. [A comparative analysis of genomes of virulent and avirulent strains of Vibrio cholerae 0139]. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2004; (2):11—6.Marsh J.W., Taylor R.K. Genetic and transcriptional analyses of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin type 4 pilus gene locus. J. Bacteriol. __1999; 18(4):1110—7.Marsh J.W., Taylor R.K. Genetic and transcriptional analyses of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin type 4 pilus gene locus. J. Bacteriol. __1999; 18(4):1110—7.Hsiao A., Toscano K., Zhu J. Post-transcriptional cross-talk between pro- and anti-colonization pili biosynthesis systems in Vibrio cholerae.Mol. Microbiol. 2008; 67(4):849—60. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2007.06091.xHsiao A., Toscano K., Zhu J. Post-transcriptional cross-talk between pro- and anti-colonization pili biosynthesis systems in Vibrio cholerae.Mol. Microbiol. 2008; 67(4):849—60. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2007.06091.xNakasone N., Iwanaga M. Pili of Vibrio cholerae non-01. Infect. Immun. 1990; 58(6):1640—6.Nakasone N., Iwanaga M. Pili of Vibrio cholerae non-01. Infect. Immun. 1990; 58(6):1640—6.Yamashiro T., Nakasone N., Iwanaga M. Purification and characterization of pili of a Vibrio oholerae non-01 strain. Infect. Immun. 1993; 61(12):5398—400.Yamashiro T., Nakasone N., Iwanaga M. Purification and characterization of pili of a Vibrio oholerae non-01 strain. Infect. Immun. 1993; 61(12):5398—400.Yamashiro T., Iwanaga M. Purification and characterization of a pilus of a Vibrio cholerae strain: a possible colonization factor. Infect. Immun. 1996; 64(12):5233-8.Yamashiro T., Iwanaga M. Purification and characterization of a pilus of a Vibrio cholerae strain: a possible colonization factor. Infect. Immun. 1996; 64(12):5233-8.Kuroki H., Toma C., Nakasone N., Yamashiro T., Iwanaga M. Gene analysis of Vibrio cholerae NAGV14 pilus and its distribution. Microbiol. Immunol. 2001; 45(6):417—24. DOI: 10.1111/j.1348-0421.2001.tb02640.xKuroki H., Toma C., Nakasone N., Yamashiro T., Iwanaga M. Gene analysis of Vibrio cholerae NAGV14 pilus and its distribution. Microbiol. Immunol. 2001; 45(6):417—24. DOI: 10.1111/j.1348-0421.2001.tb02640.xToma C., Kuroki H., Nakasone N., Ehara M., Iwanaga M. Minor pilin subunits are conserved in Vibrio cholerae type IV pili. FEMSImmunol. Med. Microbiol. 2002; 33(1):35—40.Toma C., Kuroki H., Nakasone N., Ehara M., Iwanaga M. Minor pilin subunits are conserved in Vibrio cholerae type IV pili. FEMSImmunol. Med. Microbiol. 2002; 33(1):35—40.Miyazato T., Toma C., Nakasone N., Yamamoto K., Iwanaga M. Molecular analysis of VcfQ protein involved in Vibrio cholerae type IV pilus biogenesis. J. Med. Microbiol. 2003; 52(Pt 4):283—8. DOI: 10.1099/jmm.0.04967-0.Miyazato T., Toma C., Nakasone N., Yamamoto K., Iwanaga M. Molecular analysis of VcfQ protein involved in Vibrio cholerae type IV pilus biogenesis. J. Med. Microbiol. 2003; 52(Pt 4):283—8. DOI: 10.1099/jmm.0.04967-0.Titova S.V., Monakhova E.V., Alekseeva L.P., Pisanov R.V [Molecular genetic basis of biofilm formation as a component of Vibrio cholerae persistence in the water reservoirs of Russian Federation]. Ecological Genetics 2018; 16(4):23—32. DOI: 10.17816/ecogen16423-32.Titova S.V., Monakhova E.V., Alekseeva L.P., Pisanov R.V [Molecular genetic basis of biofilm formation as a component of Vibrio cholerae persistence in the water reservoirs of Russian Federation]. Ecological Genetics 2018; 16(4):23—32. DOI: 10.17816/ecogen16423-32.Arkhangelskaya I.V., Nepomnyaschaya N.B., Monakhova E.V., Vodopyanov A.S., Vodopyanov S.O., Kruglikov VD. [Genetic diversity of the population of Vibrio cholerae non-O1/non-O139 circulating in Rostov region]. Public Health and Life Environment 2015; 3(264):25—8.Arkhangelskaya I.V., Nepomnyaschaya N.B., Monakhova E.V., Vodopyanov A.S., Vodopyanov S.O., Kruglikov VD. [Genetic diversity of the population of Vibrio cholerae non-O1/non-O139 circulating in Rostov region]. Public Health and Life Environment 2015; 3(264):25—8.Hsiao A., Xu X., Kan B., Kulkarni R. V, Zhu, J. Direct regulation by the Vibrio cholerae regulator ToxT to modulate colonization and anticolonization pilus expression. Infect. Immun. 2009; 77(4):1383—8. DOI: 10.1128/iai.01156-08.Hsiao A., Xu X., Kan B., Kulkarni R. V, Zhu, J. Direct regulation by the Vibrio cholerae regulator ToxT to modulate colonization and anticolonization pilus expression. Infect. Immun. 2009; 77(4):1383—8. DOI: 10.1128/iai.01156-08.Marsh J.W., Sun D., Taylor R.K. Physical linkage of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin secretory and structural subunit gene loci: identification of the mshG coding sequence. Infect. Immun. 1996; 64(2):460—5.Marsh J.W., Sun D., Taylor R.K. Physical linkage of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin secretory and structural subunit gene loci: identification of the mshG coding sequence. Infect. Immun. 1996; 64(2):460—5.Hsiao A., Liu Z., Joelsson A., Zhu J. Vibrio cholerae virulence regulator-coordinated evasion of host immunity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006(39); 103:14542—7. DOI: 10.1073/pnas.0604650103.Hsiao A., Liu Z., Joelsson A., Zhu J. Vibrio cholerae virulence regulator-coordinated evasion of host immunity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006(39); 103:14542—7. DOI: 10.1073/pnas.0604650103.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.