microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2016-4-75-78microbe-352Research ArticleМИКРОБИОЛОГИЯMICROBIOLOGYСтруктурно-функциональный анализ генов, кодирующих биосинтез маннозочувствительных гемагглютинирующих пилей адгезии у различных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль ТорStructural-Functional Analysis of the Genes, Encoding Biosynthesis of Mannose-Sensitive Hemagglutinating Pili of Adhesion in Different Vibrio cholerae El Tor StrainsПлехановН. А.PlekhanovN. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruЗадноваС. П.ZadnovaS. P.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruФКУЗ «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», СаратовРоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”, SaratovRussian Federation201620122016047578Copyright © Плеханов Н.А., Заднова С.П., 20162016Плеханов Н.А., Заднова С.П.Plekhanov N.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/352

Цель работы. Провести сравнительный структурный и функциональный анализ генов, кодирующих биосинтез маннозочувствительных гемагглютинирующих пилей у типичных штаммов и геновариантов V. cholerae биовара Эль Тор. Материалы и методы. В работе использовали типичные и генетически измененные штаммы холерного вибриона биовара Эль Тор, выделенные на территории Российской Федерации в период с 1970 по 2012 год из объектов внешней среды и от больных. Были применены микробиологические и молекулярно-генетические методы, анализ данных полногеномного секвенирования. Результаты и выводы. Методом ПЦР установлено присутствие гена mshA, кодирующего основную субъединицу MSHA пилей, у всех исследуемых штаммов. При сравнительном анализе нуклеотидной последовательности генов, входящих в msh кластер, у типичных штаммов и геновариантов V. cholerae биовара Эль Тор, установлена идентичность нуклеотидной последовательности гена mshA у всех исследованных штаммов. При этом у штаммов геновариантов, изолированных в период их появления (1988, 1993, 1994 гг.), структура остальных генов msh оперона идентична типичным Эль Тор вибрионам. В то же время, начиная с 1997 г., в штаммах геновариантов V. cholerae биовара Эль Тор в последовательности генов, участвующих в сборке и секреции MSHA пилей, выявлены SNP, которые не оказывают влияния на биосинтез данных пилей адгезии, но их появление, возможно, явилось следствием адаптации штаммов геновариантов к разным условиям существования. 

Objective of the study is to conduct comparative structural and functional analysis of the genes, encoding biosynthesis of man-nose-sensitive hemagglutinating pili in typical V. cholerae El Tor strains and genovariants. Materials and methods. Utilized were typical and genetically altered strains of cholera vibrio, biovar El Tor, isolated in the territory of the Russian Federation between 1970 and 2012 from ambient environment objects and from patients. Applied were microbiological and molecular-genetic methods, as well as analysis of the data on the whole genome sequencing. Results and conclusions. Using PCR assay the presence of mshA gene, encoding basic sub-unit of MSHA pili, has been detected in all of the tested strains. Comparative analysis of the nucleotide sequence of the genes, included into msh cluster, has revealed identity of the nucleotide sequence of mshA gene, both in typical V. cholerae strains and genovariants. Thereat, in strains of genovariants, isolated at the time of their emergence (1988, 1993, 1994), the structure of the other genes in msh operon is identical to typical El Tor vibrios. At the same time, since 1997, in strains of V. cholerae El Tor genovariants, in the sequence of the genes, involved in the assembly and secretion of MSHA pili, identified have been the SNPs, which do not influence biosynthesis of these pili, but their occurrence, probably, was due to adaptation of the genovariant strains to varying living conditions. 

Vibrio choleraeгеновариантыMSHASNPVibrio choleraegenovariantsMSHASNPReferencesОсин А.В., Нефедов К.С., Ерошенко Г.А., Смирнова Н.И. Сравнительный анализ геномов холерных вибрионов эльтор, выделенных до начала и в разные периоды седьмой пандемии холеры. Генетика. 2005; 41:53–62.Osin A.V., Nefedov K.S., Eroshenko G.A., Smirnova N.I. [Comparative analysis of El Tor cholera vibrios, isolated before and in differ- ent periods of the seventh cholera pandemic]. Genetika. 2005; 41:53–62.Смирнова Н.И., Горяев А.А., Заднова С.П., Краснов Я.М., Лозовский Ю.В., Кутырев В.В. Генетическая характеристика клинических штаммов Vibrio cholerae, завезенных на территорию Российской Федерации в разные периоды 7-й пандемии холеры. Журн. микробиол. эпидемиол. и иммунобиол. 2011; 3:3–10.Smirnova N.I., Goryaev A.A., Zadnova S.P., Krasnov Ya.M., Lozovsky Yu.V., Kutyrev V.V. [Genetic characteristics of clinical Vibrio chol- erae strains, imported into the territory of the Russian Federation in different periods of the 7th cholera pandemic]. Zh. Mikrobiol. Epidemiol. Immunobiol. 2011; 3:3–10.Смирнова Н.И., Челдышова Н.Б., Горяев А.А., Лозовский Ю.В., Кутырев В.В. Эволюция генома Vibrio cholerae: пути формирования атипичных штаммов. Пробл. особо опасных инф. 2008; 3(97):5–11.Smirnova N.I., Cheldyshova N.B., Goryaev A.A., Lozovsky Yu.V., Kutyrev V.V. [Vibrio cholerae genome evolution: ways of atypical strains for- mation]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2008; 3(97):5–11.Hanne L.F., Finkelstein R.A. Characterization and distribu- tion of the hemagglutinins produced by Vibrio cholerae. J. Infect. Immun. 1982; 36(1):209–14.Hanne L.F., Finkelstein R.A. Characterization and distribution of the hemagglutinins produced by Vibrio cholerae. J. Infect. Immun. 1982; 36(1):209–14.Lutz C., Erken M., Noorian P., Sun S., McDougald D. Environmental reservoirs and mechanism of persistence of Vibrio cholerae. Frontiers Microbiol. 2013; 4(00375):1–15. DOI: 10.3389/ fmicb.2013.00375.Lutz C., Erken M., Noorian P., Sun S., McDougald D. Environmental reservoirs and mechanism of persistence of Vibrio cholerae. Frontiers Microbiol. 2013; 4(00375):1–15. DOI: 10.3389/fmicb.2013.00375.Marsh J.W., Taylor R.K. Genetic and transcriptional analy- ses of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin type 4 pilus gene locus. J. Bacteriol. 1999; 181(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; 181(4):1110–7.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 se- quence. J. 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. J. Infect. Immun. 1996; 64(2):460–5.Nair G.B., Faruque L.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 bio- type El Tor with attributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diarrhea in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2002; 40(9):3296–9. DOI: 10.1128/JCM.40.9.3296-3299.2002.Nair G.B., Faruque L.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor with at- tributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diar- rhea in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2002; 40(9):3296–9. DOI: 10.1128/ JCM.40.9.3296-3299.2002.Safa A., Nair G.B., Kong R.Y. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol. 2010; 18(1):46–54. DOI: 10.1016/j.tim.2009.10.003.Safa A., Nair G.B., Kong R.Y. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol. 2010; 18(1):46–54. DOI: 10.1016/j. tim.2009.10.003.Schild S., Tamayo R., Nelson E.J., Qadri F., Calderwood S.B., Camilli A. Genes induced late in infection increase fitness of Vibrio cholerae after release into the environment. Cell. Host. Microbe. 2007; 2(4):64–77. DOI: 10.1016/j.chom.2007.09.004Schild S., Tamayo R., Nelson E.J., Qadri F., Calderwood S.B., Camilli A. Genes induced late in infection increase fitness of Vibrio cholerae after release into the environment. Cell. Host. Microbe. 2007; 2(4):64–77. DOI: 10.1016/j.chom.2007.09.004Sealfon R., Gire S., Ellis C., Caladerwood S., Qadri F., Hensley L., Kellis M., Ryan E.T., LaRocque R.C., Harris J.B., Sabeti P.C. High depth, whole-genome sequencing of cholera isolates from Haiti and Dominican Republic. BMC Genomics. 2012; 13:468. DOI: 10.1186/1471-2164-13-468.Sealfon R., Gire S., Ellis C., Caladerwood S., Qadri F., Hensley L., Kellis M., Ryan E.T., LaRocque R.C., Harris J.B., Sabeti P.C. High depth, whole-genome sequencing of cholera isolates from Haiti and Dominican Republic. BMC Genomics. 2012; 13:468. DOI: 10.1186/1471-2164-13-468.Teschler J.K., Zamorano-Sanchez D., Utada A.S., Warner C.J., Wong G.C., Wong R.G., Linington R.G., Yildiz F.H. Living in the matrix. Assembly and control of Vibrio cholerae biofilms. J. Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13(5):255–68. DOI: 10.1038/nrmicro3433.Teschler J.K., Zamorano-Sanchez D., Utada A.S., Warner C.J., Wong G.C., Wong R.G., Linington R.G., Yildiz F.H. Living in the matrix. Assembly and control of Vibrio cholerae biofilms. J. Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13(5):255–68. DOI: 10.1038/nrmicro3433.Watnick P.L., Fullner K.J., Kolter R. A role for the man- nose-sensitive hemagglutinin in biofilm formation by Vibrio chol- erae El Tor. J. Bacteriol. 1999; 181(11): 606–9.Watnick P.L., Fullner K.J., Kolter R. A role for the mannosesensitive hemagglutinin in biofilm formation by Vibrio cholerae El Tor. J. Bacteriol. 1999; 181(11): 606–9.Yildiz F.H., Visick K.L. Vibrio biofilms: so much the same yet so different. J. Trends Microbiol. 2009; 17(3):109–18. DOI: 10.1016/j.tim.2008.12.004.Yildiz F.H., Visick K.L. Vibrio biofilms: so much the same yet so different. J. Trends Microbiol. 2009; 17(3):109–18. DOI: 10.1016/j. tim.2008.12.004.

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