Генетическое разнообразие и филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae R-варианта

Среди холерных вибрионов, выделяемых из поверхностных водоемов в процессе мониторинга, встречаются штаммы, отклоняющиеся от типичных по признаку агглютинабельности диагностическими холерными сыворотками, что затрудняет отнесение их к той или иной серогруппе. Поэтому актуальной задачей представляется выявление причин этих отклонений путем изучения структуры генетических детерминант, ответственных за синтез О-антигена (wb* кластеров). Цель работы – идентификация wb* кластеров в геномах Vibrio cholerae R-варианта, изучение их структуры и проведение филогенетического анализа данных штаммов. Материалы и методы. Проведено полногеномное секвенирование (платформы Illumina MiSeq и MinION). Cборка осуществлялась de novo программой-сборщиком SPAdes (v.3.11.1). Манипуляции с последовательностями кластеров и визуализация данных проводились с помощью программы BLAST из пакета ncbi-blast-suite версии 2.13.0, скриптов на языке Python и пакетов pyGenomeViz, Biopython. Филогенетическое дерево построено с использованием программы roary (v.3.13.0). Полногеномное выравнивание проводилось программами nucmer и promer из пакета MUMmer 4 версии 4.0. Результаты и обсуждение. У штаммов холерного вибриона R-варианта установлено наличие в геноме wb* кластеров разных типов, среди которых наиболее часто встречались О23 и О59. Проведено сравнение транслированных аминокислотных последовательностей wb* регионов штаммов R-варианта с аминокислотными последовательностями представленных в базе данных NCBI референсных штаммов. Часть рассмотренных кластеров полностью совпадала с референсными. Для других установлена высокая вариабельность. Филогенетически штаммы группировались преимущественно в соответствии с типом wb* кластера, вне зависимости от S/R-фенотипа. Штаммы V. cholerae R-варианта сложно систематизировать по признаку агглютинабельности, и для определения их патогенного потенциала необходимо использовать молекулярные методы исследования, в частности полимеразную цепную реакцию.

1. Левченко Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Якушева О.А., Алексеева Л.П., Водопьянов С.О., Ежова М.И., Носков А.К. Изучение диапазона изменчивости по агглютинабельности штаммов Vibrio cholerae, выделенных при мониторинговых исследованиях. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; 3:107–14. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-3-107-114.

2. Chatterjee S.N., Chaudhuri K. Lipopolysaccharides of Vibrio cholerae. I. Physical and chemical characterization. Biochim. Biophys. Acta. 2003; 1639(2):65–79. DOI: 10.1016/j.bbadis.2003.08.004.

3. Blokesch M., Schoolnik G.K. Serogroup conversion of Vibrio cholerae in aquatic reservoirs. PLoS Pathog. 2007; 3(6):e81. DOI: 10.1371/journal.ppat.0030081.

4. Aydanian A., Tang L., Morris J.G., Johnson J.A., Stine O.C. Genetic diversity of O-antigen biosynthesis regions in Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77(7):2247–53. DOI: 10.1128/AEM.01663-10.

5. Xu J., Zhang J., Lu X., Liang W., Zhang L., Kan B. O antigen is the receptor of Vibrio cholerae serogroup O1 El Tor typing phage VP4. J. Bacteriol. 2013; 195(4):798–806. DOI: 10.1128/JB.01770-12.

6. Li M., Shimada T., Morris J.G. Jr, Sulakvelidze A., Sozhamannan S. Evidence for the emergence of non-O1 and non-O139 Vibrio cholerae strains with pathogenic potential by exchange of O-antigen biosynthesis regions. Infect. Immun. 2002; 70(5):2441–53. DOI: 10.1128/IAI.70.5.2441-2453.2002.

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. Алексеева Л.П., Черепахина И.Я., Сальникова О.И., Бурлакова О.С. Изучение антигенных взаимосвязей атипичных R-форм холерного вибриона на основе моноклональных антител. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1998; (4):9–12.

9. Mitra R.K., Nandy R.K., Ramamurthy T., Bhattacharya S.K., Yamasaki S., Shimada T., Takeda Y., Nair G.B. Molecular characterisation of rough variants of Vibrio cholerae isolated from hospitalised patients with diarrhoea. J. Med. Microbiol. 2001; 50(3):268–76. DOI: 10.1099/0022-1317-50-3-268.

10. Заднова С.П., Смирнова Н.И. Роль внеклеточного экзополисахарида в адаптации возбудителя холеры во внешней среде. Проблемы особо опасных инфекций. 2010; 3:13–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2010-3(105)-13-19.

11. Shimada T., Sakazaki R. R antigen of Vibrio cholerae. Jpn. J. Med. Sci. Biol. 1973; 26(4):155–60. DOI: 10.7883/yoken1952.26.155.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Gurevich А., Saveliev V., Vyahhi N., Tesler G. QUAST: quality assessment tool for genome assemblies. Bioinformatics. 2013; 29(8):1072–5. DOI: 10.1093/bioinformatics/btt086.

16. Slater G.S., Birney E. Automated generation of heuristics for biological sequence comparison. BMC Bioinformatics. 2005; 6:31. DOI: 10.1186/1471-2105-6-31.

17. Zhang Z., Schwartz S., Wagner L., Miller W. A greedy algorithm for aligning DNA sequences. J. Comput. Biol. 2000; 7(1-2): 203–14. DOI: 10.1089/10665270050081478.

18. Page A.J., Cummins C.A., Hunt M., Wong V.K., Reuter S., Holden M.T., Fookes M., Falush D., Keane J.A., Parkhill J. Roary: rapid large-scale prokaryote pan genome analysis. Bioinformatics. 2015; 31(22):3691–3. DOI: 10.1093/bioinformatics/btv421.

19. 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.