Изучение структуры липополисахаридного кластера в геномах штаммов Vibrio cholerae R-вариантов

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. 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. 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.

1. Cabral J.P. Water microbiology. Bacterial pathogens and water. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2010; 7(10):3657–703. DOI: 10.3390/ijerph7103657.

2. Подосинникова Л.С., Черепахина И.Я. Изменчивость холерных вибрионов. Проблемы особо опасных инфекций. 1998; 4:9–12.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.