Анализ системы секреции 6-го типа нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор и их конкурентные особенности

Цель работы – изучение структуры генов системы секреции 6-го типа нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1-серогруппы биовара Эль Тор и выявление их конкурентных особенностей.
Материалы и методы. Исследования проведены на нетоксигенных штаммах, выделенных на территории РФ от больных или из внешней среды с 1981 по 2017 г., хранящихся в Государственной коллекции патогенных бактерий ФКУН Российский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора. Для биоинформатического анализа применяли алгоритмы BLAST v.2.15.0 и BioEdit v.7.0.9.0. Использовали нуклеотидные последовательности полных геномов, представленные в NCBI GenBank. Конкурентную пробу ставили в автоклавированной речной воде по методу R. Freter et al. (1981).
Результаты и обсуждение. Установлено, что состав кластеров системы секреции 6-го типа ctxA^– tcpА⁺-изолятов идентичен токсигенным штаммам V. cholerae О1 Эль Тор и включает большой кластер и три дополнительных – Aux-1, 2, 3. При этом Aux-3 по размеру и составу генов соответствует типу Aux-3^Р, характерному для токсигенных изолятов. Структура 88,9 % изученных локусов также является прототипной. Исключение составили три штамма, имеющие однонуклеотидную замену в гене, кодирующем эффектор VgrG-3. В штаммах ctxAB^–tcpA^– выявлен большой кластер и Aux-2. Кластер Aux-1 отсутствует в геноме 22 % штаммов, а в оставшихся присутствует только краевой ген, кодирующий гемолизин. Только два штамма ctxAB^–tcpA^– содержат Aux-3, который соответствует типу Aux-3^Е, характерному для водных вибрионов. Выявлена вариабельность структуры большинства изученных генов данных штаммов. При совместном культивировании штаммов ctxAB^–tcpA^– и ctxAB^–tcpA⁺ конкурентным преимуществом обладали практически все ctxAB^–tcpA⁺-изоляты. Исключение составил ctxAB^– tcpA^–-штамм V. cholerae М1337, продуцирующий повышенное количество экзополисахарида, что усиливало его конкурентные свойства. Показано сосуществование ctxAB^–tcpA⁺-изолятов и Aeromonas hidrofila 401, имеющего функциональную систему секреции 6-го типа.

1. Зубкова Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б., Водопьянов С.О. Генетические особенности штаммов холерных вибрионов О1 серогруппы сtхA-tcpA+, выделенных из водных объектов Российской Федерации, охарактеризованные с помощью новой геоинформационной системы. Здоровье населения и среда обитания. 2014; (9):32–4.

2. Агафонова Е.Ю., Смирнова Н.И., Альхова Ж.В., Краснов Я.М., Ливанова Л.Ф., Лозовский Ю.В., Кутырев В.В. Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae биовара Эль Тор, выделенные на территории России: молекулярно-генетические особенности и патогенные свойства. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; (2):13–24. DOI: 10.36233/0372-9311-2019-2-13-24.

3. Левченко Д.А., Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б. Фенои генотипические особенности нетоксигенных штаммов холерных вибрионов различного происхождения, изолированных на территории России. Проблемы особо опасных инфекций. 2020; (3):89–96. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-3-89-96.

4. Крицкий А.А., Смирнова Н.И., Каляева Т.Б., Оброткина Н.Ф., Грачева И.В., Катышев А.Д., Кутырев В.В. Сравнительный анализ молекулярно-генетических свойств нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 биовара Эль Тор, изолированных в России и на эндемичных по холере территориях. Проблемы особо опасных инфекций. 2021; (3):72–82. DOI: 10.21055/0370-1069-2021-3-72-82.

5. Banerjee R., Das B., Nair G.B., Basak S. Dynamics in genome evolution of Vibrio cholerae. Infect. Genet. Evol. 2014; 23:32–41. DOI: 10.1016/j.meegid.2014.01.006.

6. Pukatzki S., Ma A.T., Sturtevant D., Krastins B., Sarracino D., Nelson W.C., Heidelberg J.F., Mekalanos J.J. Identification of a conserved bacterial protein secretion system in Vibrio cholerae using the Dictyostelium host model system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006; 103(5):1528–33. DOI: 10.1073/pnas.0510322103.

7. Santoriello F.J., Michel1 L., Unterweger D., Pukatzki S. Pandemic Vibrio cholerae shuts down site-specific recombination to retain an interbacterial defence mechanism. Nat. Commun. 2020; 11(1):6246. DOI: 10.1038/s41467-020-20012-7.

8. Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microbial. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.

9. Unterweger D., Miyata S.T., Bachmann V., Brooks T.M., Mullins T., Kostiuk B., Provenzano D., Pukatzki S. The Vibrio cholerae type VI secretion system employs diverse effector modules for intraspecific competition. Nat. Commun. 2014; 5:3549. DOI: 10.1038/ncomms4549.

10. Crisan C.V., Chande A.T., Williams K., Raghuram V., Rishishwar L., Steinbach G., Watve S.S., Yunker P., Jordan I.K., Hammer B.K. Analysis of Vibrio cholerae genomes identifies new type VI secretion system gene clusters. Genome Biol. 2019; 20(1):163. DOI: 10.1186/s13059-019-1765-5.

11. Crisan C.V., Hammer B.K. The Vibrio cholerae type VI secretion system: toxins, regulators and consequences. Environl. Microbiol. 2020; 22(10):4112–22. DOI: 10.1111/1462-2920.14976.

12. Zheng J., Ho B., Mekalanos J.J. Genetic analysis of antiamoebae and anti-bacterial activities of the type VI secretion system in Vibrio cholerae. PLoS One. 2011; 6(8):e23876. DOI: 10.1371/journal.pone.0023876.

13. Kirchberger P.C., Unterweger D., Provenzano D., Pukatzki S., Boucher Y. Sequential displacement of type VI secretion system effector genes leads to evolution of diverse immunity gene arrays in Vibrio cholerae. Sci. Rep. 2017; 7:45133. DOI: 10.1038/srep45133.

14. Santoriello F.J., Pukatzki S. When the pandemic opts for the lockdown: secretion system evolution in the cholera bacterium. Microb. Cell. 2021; 8(3):69–72. DOI: 10.15698/mic2021.03.744.

15. Freter R., O’Brien P.C., Macsai M.S. Role of chemotaxis in the association of motile bacteria with intestinal mucosa: in vivo studies. Infect. Immun. 1981; 34(1):234–40. DOI: 10.1128/iai.34.1.234-240.1981.

16. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259): 680–5. DOI: 10.1038/227680a0.

17. Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Гаевская Н.Е. Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae O1, вызвавшие гастроэнтероколиты в Запорожской и Херсонской областях: описание случаев и молекулярно-генетическая характеристика возбудителей. Инфекция и иммунитет. 2025; 15(3):575– 81. DOI: 10.15789/2220-7619-NVC-17787.

18. Куличенко А.Н., Гаевская Н.Е., Васильева О.В., Манин Е.А., Кругликов В.Д., Волынкина А.С., Русанова И.А., Юничева Ю.В., Бодрая П.В., Махова В.В., Водопьянов А.С., Леншин С.В., Заикина И.Н., Казьмина В.С., Егиазарян Л.А., Савина И.В., Потемкина М.А., Ваниева Д.С. Результаты эпидемиологического мониторинга холерных вибрионов О1-серогруппы в поверхностных водоемах г. Сочи в 2024 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2025; (3):122–31. DOI: 10.21055/0370-1069-2025-3-122-131.

19. Заднова С.П., Плеханов Н.А., Спирина А.Ю., Крицкий А.А. Сравнительный анализ структуры и экспрессии регуляторного гена vasH системы секреции 6-го типа токсигенных и нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022; 99(6):682–91. DOI: 10.36233/0372-9311-255.

20. Toska J., Ho B.T., Mekalanos J.J. Exopolysaccharide protects Vibrio cholerae from exogenous attacks by the type 6 secretion system. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(31):7997–8002. DOI: 10.1073/pnas.1808469115.

21. Flaugnatti N., Isaac S., Lemos Rocha L.F., Stutzmann S., Rendueles O., Stoudmann C., Vesel N., Garcia-Garcera M., Buffet A., Sana T.G., Rocha E.P.C., Blokesch M. Human commensal gut Proteobacteria withstand type VI secretion attacks through immunity protein-independent mechanisms. Nat. Commun. 2021; 12(1):5751. DOI: 10.1038/s41467-021-26041-0.

22. Lin H.H., Yu M., Sriramoju M.K., Hsu S.T.D., Liu C.T., Lai E.M. A high-throughput interbacterial competition screen identifies ClpAP in enhancing recipient susceptibility to type VI secretion system-mediated attack by Agrobacterium tumefaciens. Front. Microbiol. 2020; 10:3077. DOI: 10.3389/fmicb.2019.03077.

23. Mariano G., Trunk K., Williams D.J., Monlezun L., Strahl H., Pitt S.J., Coulthurst S.J. A family of type VI secretion system effector proteins that form ion-selective pores. Nat. Commun. 2019; 10(1):5484. DOI: 10.1038/s41467-019-13439-0.

24. Gude S., Pinçe E., Taute K.M., Seinen A.B., Shimizu T.S., Tans S.J. Bacterial coexistence driven by motility and spatial competition. Nature. 2020; 578(7796):588–92. DOI: 10.1038/s41586-020-2033-2.

25. Li J., Wu Z., Wu C., Chen D.D, Zhou Y., Zhang Y.A. VasH contributes to virulence of Aeromonas hydrophila and is necessary to the T6SS-mediated bactericidal effect. Front. Vet. Sci. 2021; 8:93458. DOI: 10.3389/fvets.2021.793458.

26. Wang H., Liu Y., Wang Z., Xia P.Y., Li Z., Liu M., Fu Y. Mechanistic insights into the T6SS of multi-drug-resistant Aeromonas hydrophila and its role in competition and pathogenesis. mLife. 2025; 4(4):363–77. DOI: 10.1002/mlf2.70018.