microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2026-2-131-139microbe-2354Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESАнализ системы секреции 6-го типа нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор и их конкурентные особенностиStudy of Type 6 Secretion System in Non-Toxigenic Strains of Vibrio cholerae O1 Biovar El Tor and Their Competitive Featureshttps://orcid.org/0000-0001-9779-166XКураташвилиА. Ю.KuratashviliA. Yu.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-5759-3765ЧелдышоваН. Б.CheldyshovaN. B.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-7190-4427ФедоровА. В.FedorovA. V.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0009-0003-7525-9682СергутинД. А.SergutinD. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0002-9190-099XНарышкинаЕ. А.NaryshkinaE. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0002-4115-9486НикифоровК. А.NikiforovK. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0003-4366-0562ЗадноваС. П.ZadnovaS. P.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruРоссийский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation20262207202602131139Copyright © Кураташвили А.Ю., Челдышова Н.Б., Федоров А.В., Сергутин Д.А., Нарышкина Е.А., Никифоров К.А., Заднова С.П., 20262026Кураташвили А.Ю., Челдышова Н.Б., Федоров А.В., Сергутин Д.А., Нарышкина Е.А., Никифоров К.А., Заднова С.П.Kuratashvili A.Y., Cheldyshova N.B., Fedorov A.V., Sergutin D.A., Naryshkina E.A., Nikiforov K.A., Zadnova S.P.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/2354

Цель работы – изучение структуры генов системы секреции 6-го типа нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1-серогруппы биовара Эль Тор и выявление их конкурентных особенностей. Материалы и методы. Исследования проведены на нетоксигенных штаммах, выделенных на территории РФ от больных или из внешней среды с 1981 по 2017 г., хранящихся в Государственной коллекции патогенных бактерий ФКУН Российский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора. Для биоинформатического анализа применяли алгоритмы BLAST v.2.15.0 и BioEdit v.7.0.9.0. Использовали нуклеотидные последовательности полных геномов, представленные в NCBI GenBank. Конкурентную пробу ставили в автоклавированной речной воде по методу R. Freter et al. (1981). Результаты и обсуждение. Установлено, что состав кластеров системы секреции 6-го типа ctxA– tcpА+-изолятов идентичен токсигенным штаммам V. cholerae О1 Эль Тор и включает большой кластер и три дополнительных – Aux-1, 2, 3. При этом Aux-3 по размеру и составу генов соответствует типу Aux-3Р, характерному для токсигенных изолятов. Структура 88,9 % изученных локусов также является прототипной. Исключение составили три штамма, имеющие однонуклеотидную замену в гене, кодирующем эффектор VgrG-3. В штаммах ctxAB–tcpA– выявлен большой кластер и Aux-2. Кластер Aux-1 отсутствует в геноме 22 % штаммов, а в оставшихся присутствует только краевой ген, кодирующий гемолизин. Только два штамма ctxAB–tcpA– содержат Aux-3, который соответствует типу Aux-3Е, характерному для водных вибрионов. Выявлена вариабельность структуры большинства изученных генов данных штаммов. При совместном культивировании штаммов ctxAB–tcpA– и ctxAB–tcpA+ конкурентным преимуществом обладали практически все ctxAB–tcpA+-изоляты. Исключение составил ctxAB– tcpA–-штамм V. cholerae М1337, продуцирующий повышенное количество экзополисахарида, что усиливало его конкурентные свойства. Показано сосуществование ctxAB–tcpA+-изолятов и Aeromonas hidrofila 401, имеющего функциональную систему секреции 6-го типа.

The aim of the work was to study the structure of the genes of type 6 secretion system in non-toxigenic strains of Vibrio cholerae O1 serogroup, biovar El Tor and to identify their competitive features. Materials and methods. The studies were conducted on non-toxigenic strains isolated in the Russian Federation from patients or environment between 1981and 2017, stored in the State Collection of Pathogenic Bacteria of the Russian Anti-Plague Institute “Microbe” of the Rospotrebnadzor. For bioinformatics analysis, the BLAST v.2.15.0 and BioEdit v.7.0.9.0 algorithms were applied. The nucleotide sequences of complete genomes presented in NCBI GenBank were utilized. The competitive test was set in autoclaved river water according to the method of R. Freter et al. (1981). Results and discussion. It has been established that the composition of type 6 secretion system clusters of in ctxA–tcpA+ isolates is identical to that of toxigenic V. cholerae O1 El Tor strains and includes a large cluster and three additional – Aux-1, 2, and 3. Moreover, Aux-3 corresponds to the Aux-3P type, characteristic of toxigenic isolates, in terms of size and gene composition. The structure of 88.9 % of the studied loci is also prototypical. The exception is three strains with a single nucleotide substitution in the gene encoding the VgrG-3 effector. A large cluster and Aux-2 have been detected in ctxAB–tcpA– strains. The Aux-1 cluster is absent in the genome of 22 % of the strains, and in the remaining ones only the marginal gene encoding hemolysin is present. Only two ctxAB–tcpA– strains contain Aux-3, which corresponds to the Aux-3E type, characteristic of aquatic vibrios. Variability in the structure of the majority of the studied genes of these strains has been revealed. When ctxAB–tcpA– and ctxAB–tcpA+ strains were co-cultivated, almost all ctxAB–tcpA+ isolates exhibited a competitive advantage. The exception was the ctxAB–tcpA– strain of V. cholerae M1337, which produced increased amounts of exopolysaccharide, enhancing its competitive properties. The coexistence of ctxAB– tcpA+ isolates and Aeromonas hidrophila 401, which has a functional type 6 secretion system, has been demonstrated.

нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae О1 Эль Торсистема секреции 6-го типаконкурентная пробаnon-toxigenic strains of Vibrio cholerae O1 El Tortype 6 secretion systemcompetitive testReferencesЗубкова Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б., Водопьянов С.О. Генетические особенности штаммов холерных вибрионов О1 серогруппы сtхA-tcpA+, выделенных из водных объектов Российской Федерации, охарактеризованные с помощью новой геоинформационной системы. Здоровье населения и среда обитания. 2014; (9):32–4.Zubkova D.A., Kruglikov V.D., Arkhangel’skaya I.V., Vodop’yanov A.S., Nepomnyashchaya N.B., Vodop’yanov S.O. [Genetic features of strains of cholera vibrios O1 serogroup ctxA– tcpA+ isolated from water bodies of the Russian Federation, characterized using a new geographic information system]. Zdorovie Naseleniya i Sreda Obitaniya [Public Health and Life Environment]. 2014; (9):32–4.Агафонова Е.Ю., Смирнова Н.И., Альхова Ж.В., Краснов Я.М., Ливанова Л.Ф., Лозовский Ю.В., Кутырев В.В. Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae биовара Эль Тор, выделенные на территории России: молекулярно-генетические особенности и патогенные свойства. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; (2):13–24. DOI: 10.36233/0372-9311-2019-2-13-24.Agafonova E.Yu., Smirnova N.I., Al’khova Zh.V., Krasnov Ya.M., Livanova L.F., Lozovsky Yu.V., Kutyrev V.V. [Non-toxigenic strains of Vibrio cholerae biovar El Tor isolated in Russia: molecular-genetic features and pathogenic properties]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2019; (2):13–24. DOI: 10.36233/0372-9311-2019-2-13-24.Левченко Д.А., Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б. Фенои генотипические особенности нетоксигенных штаммов холерных вибрионов различного происхождения, изолированных на территории России. Проблемы особо опасных инфекций. 2020; (3):89–96. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-3-89-96.Levchenkо D.A., Kruglikov V.D., Gaevskaya N.E., Vodop’yanov A.S., Nepomnyashchaya N.V. [Pheno- and genotypic features of non-toxigenic strains of cholera vibrios of different origins, isolated in the territory of Russia]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2020; (3):89–96. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-3-89-96.Крицкий А.А., Смирнова Н.И., Каляева Т.Б., Оброткина Н.Ф., Грачева И.В., Катышев А.Д., Кутырев В.В. Сравнительный анализ молекулярно-генетических свойств нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 биовара Эль Тор, изолированных в России и на эндемичных по холере территориях. Проблемы особо опасных инфекций. 2021; (3):72–82. DOI: 10.21055/0370-1069-2021-3-72-82.Kritsky A.A., Smirnova N.I., Kalyaeva T.B., Obrotkina N.F., Gracheva I.V., Katyshev A.D., Kutyrev V.V. [Comparative analysis of molecular-genetic properties in non-toxigenic Vibrio cholerae O1 strains biovar El Tor, isolated in Russia and on cholera endemic territories]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2021; (3):72–82. DOI: 10.21055/0370-1069-2021-3-72-82.Banerjee R., Das B., Nair G.B., Basak S. Dynamics in genome evolution of Vibrio cholerae. Infect. Genet. Evol. 2014; 23:32–41. DOI: 10.1016/j.meegid.2014.01.006.Banerjee R., Das B., Nair G.B., Basak S. Dynamics in genome evolution of Vibrio cholerae. Infect. Genet. Evol. 2014; 23:32–41. DOI: 10.1016/j.meegid.2014.01.006.Pukatzki S., Ma A.T., Sturtevant D., Krastins B., Sarracino D., Nelson W.C., Heidelberg J.F., Mekalanos J.J. Identification of a conserved bacterial protein secretion system in Vibrio cholerae using the Dictyostelium host model system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006; 103(5):1528–33. DOI: 10.1073/pnas.0510322103.Pukatzki S., Ma A.T., Sturtevant D., Krastins B., Sarracino D., Nelson W.C., Heidelberg J.F., Mekalanos J.J. Identification of a conserved bacterial protein secretion system in Vibrio cholerae using the Dictyostelium host model system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006; 103(5):1528–33. DOI: 10.1073/pnas.0510322103.Santoriello F.J., Michel1 L., Unterweger D., Pukatzki S. Pandemic Vibrio cholerae shuts down site-specific recombination to retain an interbacterial defence mechanism. Nat. Commun. 2020; 11(1):6246. DOI: 10.1038/s41467-020-20012-7.Santoriello F.J., Michel1 L., Unterweger D., Pukatzki S. Pandemic Vibrio cholerae shuts down site-specific recombination to retain an interbacterial defence mechanism. Nat. Commun. 2020; 11(1):6246. DOI: 10.1038/s41467-020-20012-7.Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microbial. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microbial. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.Unterweger D., Miyata S.T., Bachmann V., Brooks T.M., Mullins T., Kostiuk B., Provenzano D., Pukatzki S. The Vibrio cholerae type VI secretion system employs diverse effector modules for intraspecific competition. Nat. Commun. 2014; 5:3549. DOI: 10.1038/ncomms4549.Unterweger D., Miyata S.T., Bachmann V., Brooks T.M., Mullins T., Kostiuk B., Provenzano D., Pukatzki S. The Vibrio cholerae type VI secretion system employs diverse effector modules for intraspecific competition. Nat. Commun. 2014; 5:3549. DOI: 10.1038/ncomms4549.Crisan C.V., Chande A.T., Williams K., Raghuram V., Rishishwar L., Steinbach G., Watve S.S., Yunker P., Jordan I.K., Hammer B.K. Analysis of Vibrio cholerae genomes identifies new type VI secretion system gene clusters. Genome Biol. 2019; 20(1):163. DOI: 10.1186/s13059-019-1765-5.Crisan C.V., Chande A.T., Williams K., Raghuram V., Rishishwar L., Steinbach G., Watve S.S., Yunker P., Jordan I.K., Hammer B.K. Analysis of Vibrio cholerae genomes identifies new type VI secretion system gene clusters. Genome Biol. 2019; 20(1):163. DOI: 10.1186/s13059-019-1765-5.Crisan C.V., Hammer B.K. The Vibrio cholerae type VI secretion system: toxins, regulators and consequences. Environl. Microbiol. 2020; 22(10):4112–22. DOI: 10.1111/1462-2920.14976.Crisan C.V., Hammer B.K. The Vibrio cholerae type VI secretion system: toxins, regulators and consequences. Environl. Microbiol. 2020; 22(10):4112–22. DOI: 10.1111/1462-2920.14976.Zheng J., Ho B., Mekalanos J.J. Genetic analysis of antiamoebae and anti-bacterial activities of the type VI secretion system in Vibrio cholerae. PLoS One. 2011; 6(8):e23876. DOI: 10.1371/journal.pone.0023876.Zheng J., Ho B., Mekalanos J.J. Genetic analysis of anti-amoebae and anti-bacterial activities of the type VI secretion system in Vibrio cholerae. PLoS One. 2011; 6(8):e23876. DOI: 10.1371/journal.pone.0023876.Kirchberger P.C., Unterweger D., Provenzano D., Pukatzki S., Boucher Y. Sequential displacement of type VI secretion system effector genes leads to evolution of diverse immunity gene arrays in Vibrio cholerae. Sci. Rep. 2017; 7:45133. DOI: 10.1038/srep45133.Kirchberger P.C., Unterweger D., Provenzano D., Pukatzki S., Boucher Y. Sequential displacement of type VI secretion system effector genes leads to evolution of diverse immunity gene arrays in Vibrio cholerae. Sci. Rep. 2017; 7:45133. DOI: 10.1038/srep45133.Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microb. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microb. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.Freter R., O’Brien P.C., Macsai M.S. Role of chemotaxis in the association of motile bacteria with intestinal mucosa: in vivo studies. Infect. Immun. 1981; 34(1):234–40. DOI: 10.1128/iai.34.1.234-240.1981.Freter R., O’Brien P.C., Macsai M.S. Role of chemotaxis in the association of motile bacteria with intestinal mucosa: in vivo studies. Infect. Immun. 1981; 34(1):234–40. DOI: 10.1128/iai.34.1.234-240.1981.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259): 680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259): 680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Гаевская Н.Е. Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae O1, вызвавшие гастроэнтероколиты в Запорожской и Херсонской областях: описание случаев и молекулярно-генетическая характеристика возбудителей. Инфекция и иммунитет. 2025; 15(3):575– 81. DOI: 10.15789/2220-7619-NVC-17787.Monakhova E.V., Kruglikov V.D., Vodop’yanov A.S., Gaevskaya N.E. [Non-toxigenic strains of Vibrio cholerae O1 that caused gastroenterocolitis in the Zaporozhe and Kherson Regions: description of cases and molecular-genetic characteristics of pathogens]. Infektsiya i Immunitet [Infection and Immunity]. 2025; 15(3):575–81. DOI: 10.15789/2220-7619-NVC-17787.Куличенко А.Н., Гаевская Н.Е., Васильева О.В., Манин Е.А., Кругликов В.Д., Волынкина А.С., Русанова И.А., Юничева Ю.В., Бодрая П.В., Махова В.В., Водопьянов А.С., Леншин С.В., Заикина И.Н., Казьмина В.С., Егиазарян Л.А., Савина И.В., Потемкина М.А., Ваниева Д.С. Результаты эпидемиологического мониторинга холерных вибрионов О1-серогруппы в поверхностных водоемах г. Сочи в 2024 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2025; (3):122–31. DOI: 10.21055/0370-1069-2025-3-122-131.Kulichenko A.N., Gaevskaya N.E., Vasil’eva O.V., Manin Е.А., Kruglikov V.D., Volynkina A.S., Rusanova I.A., Yunicheva Yu.V., Bodraya P.V., Makhova V.V., Vodop’yanov A.S., Lenshin S.V., Zaikina I.N., Kaz’mina V.S., Egiazaryan L.A., Savina I.V., Potemkina M.A., Vanieva D.S. [Results of epidemiological monitoring of cholera vibrios, serogroup O1 in surface water bodies of Sochi in 2024]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2025; (3):122–31. DOI: 10.21055/0370-1069-2025-3-122-131.Заднова С.П., Плеханов Н.А., Спирина А.Ю., Крицкий А.А. Сравнительный анализ структуры и экспрессии регуляторного гена vasH системы секреции 6-го типа токсигенных и нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022; 99(6):682–91. DOI: 10.36233/0372-9311-255.Zadnova S.P., Plekhanov N.A., Spirina A.Yu., Kritsky A.A. [Comparative analysis of the structure and expression of the vasH regulatory gene of the type 6 secretion system of toxigenic and non-toxigenic Vibrio cholerae strains]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2022; 99(6):682–91. DOI: 10.36233/0372-9311-255.Toska J., Ho B.T., Mekalanos J.J. Exopolysaccharide protects Vibrio cholerae from exogenous attacks by the type 6 secretion system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(31):7997–8002. DOI: 10.1073/pnas.1808469115.Toska J., Ho B.T., Mekalanos J.J. Exopolysaccharide protects Vibrio cholerae from exogenous attacks by the type 6 secretion system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(31):7997–8002. DOI: 10.1073/pnas.1808469115.Flaugnatti N., Isaac S., Lemos Rocha L.F., Stutzmann S., Rendueles O., Stoudmann C., Vesel N., Garcia-Garcera M., Buffet A., Sana T.G., Rocha E.P.C., Blokesch M. Human commensal gut Proteobacteria withstand type VI secretion attacks through immunity protein-independent mechanisms. Nat. Commun. 2021; 12(1):5751. DOI: 10.1038/s41467-021-26041-0.Flaugnatti N., Isaac S., Lemos Rocha L.F., Stutzmann S., Rendueles O., Stoudmann C., Vesel N., Garcia-Garcera M., Buffet A., Sana T.G., Rocha E.P.C., Blokesch M. Human commensal gut Proteobacteria withstand type VI secretion attacks through immunity protein-independent mechanisms. Nat. Commun. 2021; 12(1):5751. DOI: 10.1038/s41467-021-26041-0.Lin H.H., Yu M., Sriramoju M.K., Hsu S.T.D., Liu C.T., Lai E.M. A high-throughput interbacterial competition screen identifies ClpAP in enhancing recipient susceptibility to type VI secretion system-mediated attack by Agrobacterium tumefaciens. Front. Microbiol. 2020; 10:3077. DOI: 10.3389/fmicb.2019.03077.Lin H.H., Yu M., Sriramoju M.K., Hsu S.T.D., Liu C.T., Lai E.M. A high-throughput interbacterial competition screen identifies ClpAP in enhancing recipient susceptibility to type VI secretion system-mediated attack by Agrobacterium tumefaciens. Front. Microbiol. 2020; 10:3077. DOI: 10.3389/fmicb.2019.03077.Mariano G., Trunk K., Williams D.J., Monlezun L., Strahl H., Pitt S.J., Coulthurst S.J. A family of type VI secretion system effector proteins that form ion-selective pores. Nat. Commun. 2019; 10(1):5484. DOI: 10.1038/s41467-019-13439-0.Mariano G., Trunk K., Williams D.J., Monlezun L., Strahl H., Pitt S.J., Coulthurst S.J. A family of type VI secretion system effector proteins that form ion-selective pores. Nat. Commun. 2019; 10(1):5484. DOI: 10.1038/s41467-019-13439-0.Gude S., Pinçe E., Taute K.M., Seinen A.B., Shimizu T.S., Tans S.J. Bacterial coexistence driven by motility and spatial competition. Nature. 2020; 578(7796):588–92. DOI: 10.1038/s41586-020-2033-2.Gude S., Pinçe E., Taute K.M., Seinen A.B., Shimizu T.S., Tans S.J. Bacterial coexistence driven by motility and spatial competition. Nature. 2020; 578(7796):588–92. DOI: 10.1038/s41586-020-2033-2.Li J., Wu Z., Wu C., Chen D.D, Zhou Y., Zhang Y.A. VasH contributes to virulence of Aeromonas hydrophila and is necessary to the T6SS-mediated bactericidal effect. Front. Vet. Sci. 2021; 8:93458. DOI: 10.3389/fvets.2021.793458.Li J., Wu Z., Wu C., Chen D.D, Zhou Y., Zhang Y.A. VasH contributes to virulence of Aeromonas hydrophila and is necessary to the T6SS-mediated bactericidal effect. Front. Vet. Sci. 2021; 8:93458. DOI: 10.3389/fvets.2021.793458.Wang H., Liu Y., Wang Z., Xia P.Y., Li Z., Liu M., Fu Y. Mechanistic insights into the T6SS of multi-drug-resistant Aeromonas hydrophila and its role in competition and pathogenesis. mLife. 2025; 4(4):363–77. DOI: 10.1002/mlf2.70018.Wang H., Liu Y., Wang Z., Xia P.Y., Li Z., Liu M., Fu Y. Mechanistic insights into the T6SS of multi-drug-resistant Aeromonas hydrophila and its role in competition and pathogenesis. mLife. 2025; 4(4):363–77. DOI: 10.1002/mlf2.70018.

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