microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2018-3-73-77microbe-988Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОсобенности первичной структуры цитотоксина MARTX нетоксигенных штаммов Vibrio Cholerae разных серогруппPeculiarities of Primary MARTX Cytotoxin Structure in Non-Toxigenic Vibrio cholerae strains of Different serogroupsМонаховаЕ. В.MonakhovaE. V.

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

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

monakhova_ev@antiplague.ruАрхангельскаяИ. В.Arkhangel’skayaI. V.

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

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

ПисановР. В.PisanovR. V.

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

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

ТитоваС. В.TitovaS. V.

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

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

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт», Ростов-на-ДонуРоссияRostov-on-Don Research Anti-Plague Institute, Rostov-on-DonRussian Federation201804102018037377Copyright © Монахова Е.В., Архангельская И.В., Писанов Р.В., Титова С.В., 20182018Монахова Е.В., Архангельская И.В., Писанов Р.В., Титова С.В.Monakhova E.V., Arkhangel’skaya I.V., Pisanov R.V., Titova S.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/988

Целью исследования явился сравнительный биоинформационный анализ продуктов трансляции генов rtxa штаммов V. Cholerae разных серогрупп, выделенных от больных и из объектов окружающей среды. Материалы и методы. Использовано 32 штамма из коллекции Ростовcкого противочумного института. Секвенирование ДНК проводили на платформе Miseq (Illumina), для анализа и идентифицации генов использовали программы BioEdit 7.2.5, BLASTN 2.2.29, Blastp, Vector NTI Advance 11. Результаты и обсуждение. Гены rtxa изученных штаммов представлены множеством аллелей. AlignX-анализ продуктов их трансляции позволил разделить 32 белка на три отдельных кластера. Первый включал близкие прототипу белки штаммов О1 и неО1/неО139, второй – только неО1/неО139, третий – О139. Blastp-анализ показал, что белки первого кластера сохранили все характерные для MARTX домены – ACD (актин-связывающий), RID (инактивирующий ГТФазу), CPD (цистеиновой протеазы) и ABH (альфа-бета гидролаз), что свидетельствует о вероятности проявления ими типичной активности. У трех штаммов обнаружен новый домен Hia (предполагаемого фактора адаптации). В белках второго кластера отсутствовал ACD, но сформировался дополнительный RID; в двух из них отсутствовал и ABH, но у одного появился домен VIP2 (модификатора G-актина), а у второго – Hia. Эти данные согласуются с предположением J. Dolores, K.J.F.Satchell (2013) о возможном «преображении» актимодулятора MARTX в токсины с иными механизмами действия. Белки вибрионов О139 серогруппы имели все специфичные домены, кроме ACD. Для ряда выявленных нами измененных белков в NCBI найдены полные гомологи, принадлежащие штаммам из других регионов мира. Присутствие сходных детерминант в геномах штаммов различного происхождения указывает на неслучайный характер их сохранения. Не исключено, что отдельные штаммы «специально» изменяют эти гены либо полностью выключают синтез высокомолекулярного токсина в целях энергосбережения.

Objective of the investigation was a comparative bioinformatics analysis of rtxA gene translation products  of Vibrio  cholerae strains  isolated  from  patients  and  environmental  objects. Materials and methods. 32 Vibrio cholerae strains from the Rostov-on-Don Research Anti-Plague Institute collection were used. DNA sequencing was conducted  on  the  MiSeq  platform  (Illumina),  gene  identification  and  analysis  was  carried  out  by  means  of  BioEdit 7.2.5, BLASTN 2.2.29, Blastp, Vector NTI Advance 11 software programs. Results and conclusions. The rtxA genes of the studied strains were represented by multiple alleles. AlignX-analysis of their deduced products divided 32 proteins into 3 separate clusters. The first one included proteins of O1 and nonO1/nonO139 strains similar to the prototype, the second – nonO1/nonO139 only, the third – O139. Blastp-analysis revealed that the proteins of the first cluster retained all  domains  characteristic  of  MARTX  – ACD  (actin  cross-linking),  RID  (Rho  GTFase  inactivation),  CPD  (cysteine protease) and ABH (alpha-beta hydrolase) which evidences the probability of manifestation of the typical activity. In 3 strains a new Hia domain (of putative adaptation factor) was detected. The proteins of the second cluster lacked ACD but formed an additional RID; two of which lacked ABH too, but in one, VIP2 domain (of actin modification) appeared and in another – Hia. These data are in accordance with the presumption of J. Dolores, K.J.F. Satchell (2013) on the possible converting of actinomodulator MARTX into toxins with other mechanisms of action. The proteins of O139 vibrios shared all specific domains except from ACD. For a number of altered proteins revealed by us full homologues were found in NCBI gene bank, belonging to isolates from other regions of the world. The presence of similar determinants in the genomes of strains of different origin points to non-occasional character of their conservation. It is possible that certain strains “deliberately” alter those genes or switch off the synthesis of the high-molecular toxin completely with a view to energy-saving.

Vibrio choleraMARTXбиоинформационный анализаллели гена rtxAактивные доменыVibrio choleraeMARTXbioinformatics analysisrtxAgene allelesactive domainsReferencesЛевченко Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Ежова М.И. Анализ динамики выделения штаммов холерных вибрионов из объектов окружающей среды на территории Российской Федерации с 1989 по 2016 гг. с помощью авторской гис. Вестник Пермского университета. Серия: Биология. 2017; 1:112–7.Levchenko D.A., Kruglikov V.D., Arkhangel’skaya I.V., Ezhova M.I. [Analysis of the dynamics of Vibrio cholerae strain isolation from environmental objects in the territory of the Russian Federation between 1989 and 2015 using the author’s GIS]. Vestnik Permskogo Universiteta, Seriya: Bioligia. (Perm University Bulletin. Biology Series) 2017; 1:112–7.Монахова Е.В., Архангельская И.В. Холерные вибрионы нео1/нео139 серогрупп в этиологии острых кишечных инфекций: современная ситуация в России и в мире. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; 2:14–23. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-14-23.Monakhova E.V., Arkhangel’skaya I.V. [Cholera vibrios of nonO1/nonO139 serogroups in etiology of acute intestinal infections: current situation in Russia and around the world]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2016; 2:14–23. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-14-23.Монахова Е.В., Писанов Р.В., Титова С.В., Ежова М.И., Иванов С.А. Вариабельность генов cef токсигенных и нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae о1. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 4:50–5. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-4-50-55.Monakhova E.V., Pisanov R.V., Titova S.V., Ezhova M.I., Ivanov S.A. [Variability of cef genes in toxigenic and non-toxigenic Vibrio cholerae O1 Strains]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2017; 4:50–5. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-4-50-55.Титова С.В., Москвитина Э.А., Кругликов В.Д., Самородова А.В., Тюленева Е.Г., Монахова Е.В., Писанов Р.В., Водопьянов А.С., Архангельская И.В., Иванова С.М., Ковалева Т.В., Водопьянов С.О. Холера: оценка эпидемиологической обстановки в мире и России в 2006–2015 гг. Прогноз на 2016 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; 1:20–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-1-20-27.Titova S.V., Moskvitina E.A., Kruglikov V.D., Samorodova A.V., Tyuleneva E.G., Monakhova E.V., Pisanov R.V., Vodop’yanov A.S., Arkhangel’skaya I.V., Ivanova S.M., Kovaleva T.V., Vodop’yanov S.O. [Cholera: Analysis of epidemiological situation across the world and in Russia within a period of 2006–2015. Prognosis for 2016].Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2016; 1:20–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2016.Dolores J.S., Agarwal S., Egerer M., Satchell K.J.F.Vibrio cholerae MARTX toxin heterologous translocation of beta-lactamase and roles of individual effector domains on cytoskeleton dynamics. Mol. Microbiol. 2015; 95(4):590–604. DOI: 10.1111/mmi.12879.Dolores J.S., Agarwal S., Egerer M., Satchell K.J.F. Vibrio cholerae MARTX toxin heterologous translocation of beta-lactamase and roles of individual effector domains on cytoskeleton dynamics. Mol. Microbiol. 2015; 95(4):590–604. DOI: 10.1111/mmi.12879.Dolores J., Satchell K.J.F. Analysis of Vibrio choleraegenome sequences reveals unique rtxA variants in environmental strains and an rtxA null-mutation in recent altered El Tor isolates. MBio2013; 4(2):e00624. DOI: 10.1128/mBio.00624-12.Dolores J., Satchell K.J.F. Analysis of Vibrio choleraegenome sequences reveals unique rtxA variants in environmental strains and an rtxA null-mutation in recent altered El Tor isolates. M Bio 2013; 4(2):e00624. DOI: 10.1128/mBio.00624-12.Gavin H.E., Satchell K.J.F. MARTX toxins as effector delivery platforms. Pathog. Dis. 2015; 73(9):ftv092. DOI: 10.1093/femspd/ftv092.Gavin H.E., Satchell K.J.F. MARTX toxins as effector delivery platforms. Pathog. Dis. 2015; 73(9):ftv092. DOI: 10.1093/femspd/ftv092.Hoiczyk E., Roggenkamp A., Reichenbecher M., Lupas A., Heesemann J. Structure and sequence analysis of YersiniaYadA and Moraxella UspAs reveal a novel class of adhesins. EMBO J. 2000; 19(22):5989–99. DOI: 10.1093/emboj/19.22.5989.Hoiczyk E., Roggenkamp A., Reichenbecher M., Lupas A., Heesemann J. Structure and sequence analysis of YersiniaYadA and Moraxella UspAs reveal a novel class of adhesins. EMBO J. 2000; 19(22):5989–99. DOI: 10.1093/emboj/19.22.5989.Kachwamba Y., Mohammed A.A., Lukupulo H., Urio L., Majigo M., Mosha F., Matonya M., Kishimba R., Mghamba J., Lusekelo J., Nyanga S., Almeida M., Li S., Domman D., Massele S.Y., Stine O.C. Genetic characterization of Vibrio cholerae O1 isolates from outbreaks between 2011 and 2015 in Tanzania. BMC Infect. Dis. 2017; 17(1):157. DOI: 10.1186/s12879-017-2252-9.Kachwamba Y., Mohammed A.A., Lukupulo H., Urio L., Majigo M., Mosha F., Matonya M., Kishimba R., Mghamba J., Lusekelo J., Nyanga S., Almeida M., Li S., Domman D., Massele S.Y., Stine O.C. Genetic characterization of Vibrio cholerae O1 isolates from outbreaks between 2011 and 2015 in Tanzania. BMC Infect. Dis. 2017; 17(1):157. DOI: 10.1186/s12879-017-2252-9.Kudryashov D.S., Durer Z.A.O., Ytterberg A.J., Sawaya M.R., Pashkov I., Prochazkova K., Yeates T.O., Loo R.R., Loo J.A., Satchell K.J., Reisler E. Connecting actin monomers by iso-peptide bond is a toxicity mechanism of the Vibrio choleraeMARTX toxin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.2008; 105(47):18537–42. DOI: 10.1073/pnas.0808082105.Kudryashov D.S., Durer Z.A.O., Ytterberg A.J., Sawaya M.R., Pashkov I., Prochazkova K., Yeates T.O., Loo R.R., Loo J.A., Satchell K.J., Reisler E. Connecting actin monomers by iso-peptide bond is a toxicity mechanism of the Vibrio choleraeMARTX toxin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.2008; 105(47):18537–42. DOI: 10.1073/pnas.0808082105.Olivier V., Salzman N.H., Satchell K.J.F. Prolonged colonization of mice by El Tor O1 depends on accessory toxins. Infect. Immun. 2007; 75(10):5043–51. DOI: 10.1128/IAI.00508-07.Olivier V., Salzman N.H., Satchell K.J.F. Prolonged colonization of mice by El Tor O1 depends on accessory toxins. Infect. Immun. 2007; 75(10):5043–51. DOI: 10.1128/IAI.00508-07.Satchell K.J.F. Multifunctional-autoprocessing repeats-intoxin (MARTX) Toxins of Vibrios. Microbiol. Spectr. 2015;3(3). DOI: 10.1128/microbiolspec.VE-0002-2014.Satchell K.J.F. Multifunctional-autoprocessing repeats-intoxin (MARTX) Toxins of Vibrios. Microbiol. Spectr. 2015;3(3). DOI: 10.1128/microbiolspec.VE-0002-2014.

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