microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2023-3-118-122microbe-1863Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESИзучение структуры липополисахаридного кластера в геномах штаммов Vibrio cholerae R-вариантовInvestigation of the Lipopolysaccharide Cluster Structure in the Genomes of Vibrio cholerae Rough Variantshttps://orcid.org/0000-0002-9996-4189ПодойницынаО. А.PodoinitsynaO. A.

Подойницына Оксана Андреевна

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

Oksana A. Podoinitsyna

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

podoynitcina_oa@antiplague.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6540-2778КругликовВ. Д.KruglikovV. D.

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4676-0377ЛевченкоД. А.LevchenkoD. A.

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9056-3231ВодопьяновА. С.Vodop’yanovA. S.

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4254-3313ЕжоваМ. И.EzhovaM. I.

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0550-2221НосковА. К.NoskovA. K.

Российская Федерация, 344002, Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002, Russian Federation

plague@aaanet.ruФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт»РоссияRostov-on-Don Research Anti-Plague InstituteRussian Federation20230410202303118122Copyright © Подойницына О.А., Кругликов В.Д., Левченко Д.А., Водопьянов А.С., Ежова М.И., Носков А.К., 20232023Подойницына О.А., Кругликов В.Д., Левченко Д.А., Водопьянов А.С., Ежова М.И., Носков А.К.Podoinitsyna O.A., Kruglikov V.D., Levchenko D.A., Vodop’yanov A.S., Ezhova M.I., Noskov A.K.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/1863

При определении способности штаммов Vibrio cholerae агглютинироваться диагностическими холерными сыворотками возможны затруднения при отнесении вибрионов к той или иной серогруппе в случае отклонения культуры от типичных по агглютинабельности признаков. Изучение генетических детерминант, позволяющих установить серогруппу, является актуальной задачей при проведении мониторинга контаминации холерными вибрионами поверхностных водоемов.

Целью данной работы явилось сравнительное изучение структурной организации липополисахаридных кластеров (O-LPS) штаммов холерных вибрионов R-вариантов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Полногеномное секвенирование проведено на приборе Illumina MiSeq. Cборка осуществлялась de novo программой-сборщиком SPAdes (v. 3.11.1). Для поиска генов использовали программу blastn 2.5.0, для аннотирования входящих в кластеры генов – программу GeneMarkS. Поиск гомологичных участков проводили с помощью программы nucmer. Визуализация O-LPS-кластеров выполнена в программе SnapGene Viewer.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Кластеры генов, ответственных за биосинтез О-антигена, различались у разных штаммов V. Cholerae R-вариантов. Определено три типа O-LPS-кластеров, отличающихся размером и количеством входящих в их состав генов. Уникальных участков ДНК, общих для всей группы штаммов V. cholerae R-вариантов, обнаружить не удалось. Определены два гена, встречавшиеся у всех R-вариантов, но они не являются уникальными для этой группы штаммов и присутствуют также у представителей других серогрупп. Для двух типов кластеров обнаружен общий с V. cholerae O1 участок, содержащий IS-элемент.

Determination of Vibrio cholerae affiliation to one or another serogroup may meet some difficulties in cases of atypical agglutination with diagnostic cholera sera. The study of genetic determinants that allows for identifying a serogroup is a relevant task in monitoring of surface water body contamination with cholera vibrios.

The aim of the work was to compare the structural organization (quantitative and qualitative gene composition) of LPS clusters in V. cholerae rough variants.

Materials and methods

Materials and methods. We used Illumina MiSeq for the whole genome sequencing; SPAdes software (version 3.11.1) for de novo assembly; and blastn (v. 2.5.0) for gene searching. GeneMarkS software was deployed for annotation of the genes incorporated in the clusters; nucmer – for searching homologous sites. Visualization of O-LPS clusters was carried out by means of SnapGene Viewer.

Results and discussion

Results and discussion. Strains of V. cholerae rough variants had diverse gene clusters responsible for O-antigen biosynthesis. We have identified three types of O-LPS clusters with different size and number of genes. Unique DNA sites, common to the whole group of V. cholerae rough variants, have not been detected. Two genes present in all rough strains have been defined, but they are not unique for this group of strains and can be found in representatives of other serogroups. For two types of clusters, a region containing the IS‑element, common with V. cholerae O1, has been revealed.

Vibrio choleraeR-вариантлипополисахаридный кластерсерогруппаwberfb.Vibrio choleraeR-variantlipopolysaccharide clusterserogroupwberfbReferencesCabral J.P. Water microbiology. Bacterial pathogens and water. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2010; 7(10):3657–703. DOI: 10.3390/ijerph7103657.Cabral J.P. Water microbiology. Bacterial pathogens and water. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2010; 7(10):3657–703. DOI: 10.3390/ijerph7103657.Подосинникова Л.С., Черепахина И.Я. Изменчивость холерных вибрионов. Проблемы особо опасных инфекций. 1998; 4:9–12.Podosinnikova L.S., Cherepakhina I.Ya. [Variability of Vibrio cholerae]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 1998; (4):9–12.Mitra R.K., Nandy R.K., Ramamurthy T., Bhattacharya S.K., Yamasaki S., Shimada T., Takeda Y., Nair G.B. Molecular characterization of rough variants of Vibrio cholerae isolated from hospitalized patients with diarrhoea. J. Med. Microbiol. 2001; 50(3):268–76. DOI: 10.1099/0022-1317-50-3-268.Mitra R.K., Nandy R.K., Ramamurthy T., Bhattacharya S.K., Yamasaki S., Shimada T., Takeda Y., Nair G.B. Molecular characterization of rough variants of Vibrio cholerae isolated from hospitalized patients with diarrhoea. J. Med. Microbiol. 2001; 50(3):268–76. DOI: 10.1099/0022-1317-50-3-268.Rashid M.H., Rajanna C., Ali A., Karaolis D.K. Identification of genes involved in the switch between the smooth and rugose phenotypes of Vibrio cholerae. FEMS Microbiol. Lett. 2003; 227(1):113–9. DOI: 10.1016/S0378-1097(03)00657-8.Rashid M.H., Rajanna C., Ali A., Karaolis D.K. Identification of genes involved in the switch between the smooth and rugose phenotypes of Vibrio cholerae. FEMS Microbiol. Lett. 2003; 227(1):113–9. DOI: 10.1016/S0378-1097(03)00657-8.Sozhamannan S., Yildiz F.H. Diversity and genetic basis of polysaccharide biosynthesis in Vibrio cholerae. In: Ramamurthy T., Bhattacharya S.K., editors. Epidemiological and Molecular Aspects on Cholera. Infectious Disease Series. New York: Springer; 2011. P. 129–60.Sozhamannan S., Yildiz F.H. Diversity and genetic basis of polysaccharide biosynthesis in Vibrio cholerae. In: Ramamurthy T., Bhattacharya S.K., editors. Epidemiological and Molecular Aspects on Cholera. Infectious Disease Series. New York: Springer; 2011. P. 129–60.Алексеева Л.П., Черепахина И.Я., Сальникова О.И., Бурлакова О.С. Изучение антигенных взаимосвязей типичных и R-форм холерных вибрионов на основе моноклональных антител. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1998; 4:9–12.Alekseeva L.P., Cherepakhina I.Ya., Sal’nikova O.I., Burlakova O.S. [Investigation of antigenic interrelations of typical and rough forms of Vibrio cholerae based on monoclonal antibodies]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1998; (4):9–12.De K., Ramamurthy T., Faruque S.M., Yamasaki S., Takeda Y., Nair G.B., Nandy R.K. Molecular characterisation of rough strains of Vibrio cholerae isolated from diarrhoeal cases in India and their comparison to smooth strains. FEMS Microbiol. Lett. 2004; 232(1):23–30. DOI: 10.1016/S0378-1097(04)00013-8.De K., Ramamurthy T., Faruque S.M., Yamasaki S., Takeda Y., Nair G.B., Nandy R.K. Molecular characterisation of rough strains of Vibrio cholerae isolated from diarrhoeal cases in India and their comparison to smooth strains. FEMS Microbiol. Lett. 2004; 232(1):23–30. DOI: 10.1016/S0378-1097(04)00013-8.Yildiz F.H., Schoolnik G.K. Vibrio cholerae O1 El Tor: identification of a gene cluster required for the rugose colony type, exopolysaccharide production, chlorine resistance, and biofilm formation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1999; 96(7):4028–33. DOI: 10.1073/pnas.96.7.4028.Yildiz F.H., Schoolnik G.K. Vibrio cholerae O1 El Tor: identification of a gene cluster required for the rugose colony type, exopolysaccharide production, chlorine resistance, and biofilm formation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1999; 96(7):4028–33. DOI: 10.1073/pnas.96.7.4028.Beyhan S., Yildiz F.H. Smooth to rugose phase variation in Vibrio cholerae can be mediated by a single nucleotide change that targets c-di-GMP signaling pathway. Mol. Microbiol. 2007; 63(4): 995–1007. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05568.x.Beyhan S., Yildiz F.H. Smooth to rugose phase variation in Vibrio cholerae can be mediated by a single nucleotide change that targets c-di-GMP signaling pathway. Mol. Microbiol. 2007; 63(4): 995–1007. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05568.x.Yang X., Liu D., Liu F., Wu J., Zou J., Xiao X., Zhao F., Zhu B. HTQC: a fast quality control toolkit for Illumina sequencing data. BMC Bioinformatics. 2013; 14:33. DOI: 10.1186/1471-2105-14-33.Yang X., Liu D., Liu F., Wu J., Zou J., Xiao X., Zhao F., Zhu B. HTQC: a fast quality control toolkit for Illumina sequencing data. BMC Bioinformatics. 2013; 14:33. DOI: 10.1186/1471-2105-14-33.Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014; 30(15):2114–20. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu170.Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014; 30(15):2114–20. DOI: 10.1093/bioinformatics/btu170.Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., Lesin V.M., Nikolenko S.I., Pham S., Prjibelski A.D., Pyshkin A.V., Sirotkin A.V., Vyahhi N., Tesler G., Alekseyev M.A., Pevzner P.A. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5):455–77. DOI: 10.1089/cmb.2012.0021.Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., Lesin V.M., Nikolenko S.I., Pham S., Prjibelski A.D., Pyshkin A.V., Sirotkin A.V., Vyahhi N., Tesler G., Alekseyev M.A., Pevzner P.A. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5):455–77. DOI: 10.1089/cmb.2012.0021.Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990; 215(3):403–10. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990; 215(3):403–10. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.Besemer J., Lomsadze A., Borodovsky M. GeneMarkS: a self-training method for prediction of gene starts in microbial genomes. Implications for finding sequence motifs in regulatory regions. Nucleic Acids Research. 2001; 29(12):2607–18. DOI: 10.1093/nar/29.12.2607.Besemer J., Lomsadze A., Borodovsky M. GeneMarkS: a self-training method for prediction of gene starts in microbial genomes. Implications for finding sequence motifs in regulatory regions. Nucleic Acids Research. 2001; 29(12):2607–18. DOI: 10.1093/nar/29.12.2607.Marçais G., Delcher A.L., Phillippy A.M., Coston R., Salzberg S.L., Zimin A. MUMmer4: A fast and versatile genome alignment system. PLoS Comput. Biol. 2018; 14(1):e1005944. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005944.Marçais G., Delcher A.L., Phillippy A.M., Coston R., Salzberg S.L., Zimin A. MUMmer4: A fast and versatile genome alignment system. PLoS Comput. Biol. 2018; 14(1):e1005944. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005944.Krzywinski M., Schein J., Birol I., Connors J., Gascoyne R., Horsman D., Jones S.J., Marra M.A. Circos: an information aesthetic for comparative genomics. Genome Res. 2009; 19(9):1639–45. DOI: 10.1101/gr.092759.109.Krzywinski M., Schein J., Birol I., Connors J., Gascoyne R., Horsman D., Jones S.J., Marra M.A. Circos: an information aesthetic for comparative genomics. Genome Res. 2009; 19(9):1639–45. DOI: 10.1101/gr.092759.109.Kahl L.J., Endy D. A survey of enabling technologies in synthetic biology. J. Biol. Eng. 2013; 7(1):13. DOI: 10.1186/1754-1611-7-13.Kahl L.J., Endy D. A survey of enabling technologies in synthetic biology. J. Biol. Eng. 2013; 7(1):13. DOI: 10.1186/1754-1611-7-13.Dumontier S., Trieu-Cuot P., Berche P. Structural and functional characterization of IS1358 from Vibrio cholerae. J. Bacteriol. 1998; 180(23):6101–6. DOI: 10.1128/JB.180.23.6101-6106.1998.Dumontier S., Trieu-Cuot P., Berche P. Structural and functional characterization of IS1358 from Vibrio cholerae. J. Bacteriol. 1998; 180(23):6101–6. DOI: 10.1128/JB.180.23.6101-6106.1998.

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