Изучение структуры генов белков-регуляторов в штаммах геновариантов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор, изолированных в разные годы седьмой пандемии холеры

Цель работы – сравнительный анализ структуры генов, кодирующих регуляторные белки в штаммах геновариантов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор, выделенных на эндемичных и неэндемичных по холере территориях в разные годы седьмой пандемии холеры, и их филогенетический анализ. Материалы и методы. Использовали нуклеотидные последовательности полных геномов 75 токсигенных геновариантов V. cholerae О1 Эль Тор с аллелями ctxB1 и ctxB7, представленных в NCBI GenBank, ENA, VGARus. Биоинформационный анализ проводили с применением алгоритма Blast (http://blast.ncbi), MEGA X. Филогенетический анализ осуществляли с использованием сервера REALPHY. Результаты и обсуждение. Изучена структура 13 локусов (toxT, aphA, aphB, luxO, luxT, gntR, hapR, lysR_vc2383, lysR_vc1617, hns, vieA, carR, carS). Установлено стабильное сохранение в геноме всех штаммов генов aphB и carS, у 99 % – toxT, aphA и luxT. У всех геновариантов присутствует измененный ген gntR (G565A), кодирующий белок, репрессирующий ферментацию глюконата. Большинство геновариантов имеют интактный ген hapR, в отличие от референтного штамма N16961, у которого в этом гене делетирован тимин в позиции 219. Некоторые зарубежные штаммы включают дополнительные мутации в данном гене. Выявлена высокая вариабельность гена luxO. Мутации в других регуляторных генах накапливались постепенно и стабильно сохранялись. При филогенетическом анализе все изученные штаммы, выделенные в разных эндемичных странах и завезенные в РФ и сопредельные страны, четко разделились на четыре кластера в соответствии со структурой регуляторных генов. Таким образом, высоковирулентные геноварианты, выделяемые в настоящее время на эндемичной территории и завозимые в РФ, имеют генотип hapR (insТ219), lysR_vc2383 (C110T), hns (G319A), lysR_vc1617 (A650C), vieA (C235T), carR (G265A).

1. Попова А.Ю., Носков А.К., Ежлова Е.Б., Кругликов В.Д., Монахова Е.В., Чемисова О.С., Лопатин А.А., Иванова С.М., Подойницына О.А., Водопьянов А.С., Левченко Д.А., Савина И.В. Эпидемиологическая ситуация по холере в Российской Федерации в 2023 г. и прогноз на 2024 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2024; (1):76–88. DOI: 10.21055/0370-1069-2024-1-76-88.

2. Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., Монахова Е.В., Москвитина Э.А., Агафонова В.В., Савина И.В., Подойницына О.А., Селянская Н.А., Водопьянов А.С., Дуванова О.В., Меньшикова Е.А., Ежова М.И., Шипко Е.С., Евтеев А.В., Казьмина В.С., Бодрая П.В., Сокиркина Е.Н. Анализ особенностей эпидемиологической ситуации по холере в 2024 г. в мире, в Российской Федерации и прогноз ее развития на 2025 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2025; (1):35–47. DOI: 10.21055/0370-1069-2025-1-35-47.

3. Nair G.B., Faruque S.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype 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.

4. Son M.S., Megli C.J., Kovacikova G., Qadri F., Taylor R.K. Characterization of Vibrio cholerae O1 El Tor biotype variant clinical isolates from Bangladesh and Haiti, including a molecular genetic analysis of virulence genes. J. Clin. Microbiol. 2011; 49:3739–49. DOI: 10.1128/JCM.01286-11.

5. Alam M., Islam A., Bhuiyan N.A., Rahim N., Hossain A., Khan G.Y., Ahmed D., Watanabe H., Izumiya H., Faruque A.S., Akanda A.S., Islam S., Sack R.B., Huq A., Colwell R.R., Cravioto A. Clonal transmission, dual peak, and off-season cholera in Bangladesh. Infect. Ecol. Epidemiol. 2011; 1:7273. DOI: 10.3402/iee.v1i0.7273.

6. Satchell K.J., Jones C.J., Wong J., Queen J., Agarwal S., Yildiz F.H. Phenotypic analysis reveals that the 2010 Haiti cholera epidemic is linked to a hypervirulent strain. Infect. Immun. 2016; 84(9):2473–81. DOI: 10.1128/IAI.00189-16.

7. Russell R., Wang H., Benitez J.A., Silva A.J. Deletion of gene encoding the nucleoid-associated protein H-NS unmasks hidden regulatory connections in El Tor biotype Vibrio cholerae. Microbiology. 2018; 164(7):998–1003. DOI: 10.1099/mic.0.000672.

8. Matson J.S., Withey J.H., DiRita V.J. Regulatory networks controlling Vibrio cholerae virulence gene expression. Infect. Immun. 2007; 75(12):5542–9. DOI: 10.1128/IAI.01094-07.

9. Faruque S.M., Nair G.B., editors. Vibrio cholerae: Genomics and Molecular Biology. Norfolk: Caister Academic Press; 2008. 218 p.

10. Ramamurthy T., Nandy R.K., Mukhopadhyay A.K., Dutta S., Mutreja A., Okamoto K., Miyoshi S.-I., Nair G.B., Ghosh A. Virulence regulation and innate host response in the pathogenicity of Vibrio cholerae. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020; 10:572096. DOI: 10.3389/fcimb.2020.572096.

11. Carignan B.M., Brumfield K.D., Son M.S. Single nucleotide polymorphisms in regulator-encoding genes have an additive effect on virulence gene expression in a Vibrio cholerae clinical isolate. mSphere. 2016; 1(5):e00253-16. DOI: 10.1128/mSphere.00253-16.

12. Childers B.M., Weber G.G., Prouty M.G., Castaneda M.M., Peng F., Klose K.E. Identification of residues critical for the function of the Vibrio cholerae virulence regulator ToxT by scanning alanine mutagenesis. J. Mol. Biol. 2007; 367(5):1413–30. DOI: 10.1016/j.jmb.2007.01.061.

13. Kovacikova G., Lin W., Skorupski K. Dual regulation of genes involved in acetoin biosynthesis and motility/biofilm formation by the virulence activator AphA and the acetate-responsive LysR-type regulator AlsR in Vibrio cholerae. Mol. Microbiol. 2005; 57(2):420–33. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2005.04700.x.

14. Yang M., Frey E.M., Liu Z., Bishar R., Zhu J. The virulence transcriptional activator AphA enhances biofilm formation by Vibrio cholerae by activating the expression of the biofilm regulator VpsT. Infect. Immun. 2010; 78(2):697–703. DOI: 10.1128/IAI.00429-09.

15. Kovacikova G., Lin W., Skorupski K. The LysR-type virulence activator AphB regulates the expression of genes in Vibrio cholerae in response to low pH and anaerobiosis. J. Bacteriol. 2010; 192(16):4181–91. DOI: 10.1128/JB.00193-10.

16. Li Y., Yan J., Li J., Xue X., Wang Y., Cao B. A novel quorum sensing regulator LuxT contributes to the virulence of Vibrio cholerae. Virulence. 2023; 14(1):2274640. DOI: 10.1080/21505594.2023.2274640.

17. Kovacikova G., Skorupski K. Regulation of virulence gene expression in Vibrio cholerae by quorum sensing: HapR functions at the aphA promoter. Mol. Microbiol. 2002; 46(4):1135–47. DOI: 10.1046/j.1365-2958.2002.03229.x.

18. Joelsson A., Liu Z., Zhu J. Genetic and phenotypic diversity of quorum-sensing systems in clinical and environmental isolates of Vibrio cholerae. Infect. Immun. 2006; 74(2):1141–7. DOI: 10.1128/IAI.74.2.1141-1147.2006.

19. Wang H., Ayala J.C., Benitez J.A., Silva A.J. RNA-seq analysis identifies new genes regulated by the histone-like nucleoid structuring protein (H-NS) affecting Vibrio cholerae virulence, stress response and chemotaxis. PLoS One. 2015; 10(2):e0118295. DOI: 10.1371/journal.pone.0118295.

20. Rakibora Y., Dunham D.T., Seed K.D., Freddolino L. Nucleoid-associated proteins shape the global protein occupancy and transcriptional landscape of a clinical isolate of Vibrio cholerae. mSphere. 2024; 9(7):e0001124. DOI: 10.1128/msphere.00011-24.

21. Liu Y., Xu T., Wang Q., Huang J., Zhu Y., Liu X., Liu R., Yang B., Zhou K. Vibrio cholerae senses human enteric α-defensin 5 through a CarSR two-component system to promote bacterial pathogenicity. Commun. Biol. 2022; 5(1):559. DOI: 10.1038/s42003-02203525-3.

22. Плеханов Н.А., Федоров А.В., Челдышова Н.Б., Кураташвили А.Ю., Заднова С.П. Сравнительный анализ структуры регуляторных генов штаммов Vibrio cholerae O1 серогруппы биовара El Tor. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2024; 101(4):520–9. DOI: 10.36233/0372-9311-527.