epidemiologyЭпидемиология и ВакцинопрофилактикаEpidemiology and Vaccinal Prevention2073-30462619-0494«Numicom» LLC10.31631/2073-3046-2020-19-2-31-39epidemiology-978Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESЛокусный состав CRISPR-Cas системы Yersinia pseudotuberculosis различных генетических вариантовCRISPR-Cas Loci of Yersinia pseudotuberculosis Strains with Different Genetic Determinantshttps://orcid.org/0000-0001-9426-5197ПеретолчинаН. П.PeretolchinaN. P.

Надежда Павловна Перетолчина – младший научный сотрудник научно-исследовательского института биомедицинских технологий, Иркутского государственного медицинского университет; научный сотрудник отдела эпидемиологии Иркутского научно-исследовательского противочумного института Сибири и Дальнего Востока

 

Nadezhda P. Peretolchina – junior researcher of Research Institute of Biomedical Technologies of Irkutsk of State Medical University, researcher of Epidemiology Department of Irkutsk Research Antiplague Institute of Siberia and Far East

nadine1lenz@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0036-0017КлимовВ. Т.KlimovV. T.

Валерий Тимофеевич Климов – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела эпидемиологии

 

Valery T. Klimov – Cand. Sci. (Med.), senior researcher of Epidemiology Department

41klimov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6380-1153ВоскресенскаяЕ. А.VoskresenskayaE. A.

Екатерина Александровна Воскресенская – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии

 

Ekaterina A. Voskresenskaya – Cand. Sci. (Biol.), leading researcher of Medical Bacteriology Laboratory

tsenevapasteur@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1973-3138КокоринаГ. И.KokorinaG. I.

Галина Ивановна Кокорина – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии

 

Galina I. Kokorina – Cand. Sci. (Med.), senior researcher of Medical Bacteriology laboratory

tsenevapasteur@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3181-4328БогумильчикЕ. А.BogumilchikE. A.

Елена Александровна Богумильчик – научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии

 

Elena A. Bogumilchik – researcher of Medical Bacteriology laboratory

tsenevapasteur@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3531-1146ТрухачевА. Л.TrukhachevA. L.

Алексей Леонидович Трухачев – кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией микробиологии чумы и других иерсиниозов

 

Aleksey L. Trukhachev – Cand. Sci. (Med.), head of laboratory of Plague and other Yersiniosis Microbiology

trukhachev_al@antiplague.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0785-686XИгумноваС. В.IgumnovaS. V.

Светлана Викторовна Игумнова – врач-эпидемиолог

 

Svetlana V. Igumnova – epidemiologist

funtik200707@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5410-5113ДжиоевЮ. П.DzhioevY. P.

Юрий Павлович Джиоев – ведущий научный сотрудник научно-исследовательского института биомедицинских технологий

 

Yuri P. Dzhioev – leading researcher of Research Institute of Biomedical Technologies

alanir07@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0164-5113ЗлобинВ. И.ZlobinV. I.

Владимир Игоревич Злобин – академик, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, директор научно-исследовательского института биомедицинских технологий

 

Vladimir I. Zlobin – academician of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Department of Microbiology, Virology, and Immunology, Head of Research Institute of Biomedical Technologies of Irkutsk State Medical University

vizlobin@mail.ruФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава России; ФКУЗ Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока РоспотребнадзораРоссияIrkutsk State Medical University; Irkutsk Research Antiplague Institute of Siberia and Far EastRussian FederationФКУЗ Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока РоспотребнадзораРоссияIrkutsk Research Antiplague Institute of Siberia and Far EastRussian FederationФБУН Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера РоспотребнадзораРоссияSaint-Petersburg Pasteur InstituteRussian FederationФКУЗ Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт РоспотребнадзораРоссияRostov-on-Don Anti-Plague InstituteRussian FederationФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава РоссииРоссияIrkutsk State Medical UniversityRussian Federation2020150520201923139Copyright © Перетолчина Н.П., Климов В.Т., Воскресенская Е.А., Кокорина Г.И., Богумильчик Е.А., Трухачев А.Л., Игумнова С.В., Джиоев Ю.П., Злобин В.И., 20202020Перетолчина Н.П., Климов В.Т., Воскресенская Е.А., Кокорина Г.И., Богумильчик Е.А., Трухачев А.Л., Игумнова С.В., Джиоев Ю.П., Злобин В.И.Peretolchina N.P., Klimov V.T., Voskresenskaya E.A., Kokorina G.I., Bogumilchik E.A., Trukhachev A.L., Igumnova S.V., Dzhioev Y.P., Zlobin V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.epidemvac.ru/jour/article/view/978Актуальность

Актуальность. Yersinia pseudotuberculosis – возбудитель псевдотуберкулеза, характеризующегося полиморфизмом клинических проявлений, которые обусловлены наличием специфических факторов вирулентности: плазмиды pVM82, островов патогенности HPI и YAPI и суперантигена YPM. Приобретение новых факторов во многом зависит от горизонтального переноса генов мобильными генетическими элементами, следовательно, системы, осуществляющие регуляцию передачи генетической информации, могут участвовать в эволюции патогенных видов. CRISPR-Cas – адаптивная защитная система прокариот от мобильных генетических элементов.

Цель

Цель. Анализ локусного состава CRISPR-Cas-систем штаммов Y. pseudotuberculosis, выделенных на территории РФ, и определение взаимосвязи длины локусов от наличия факторов вирулентности, которые определяют полиморфизм клинических проявлений псевдотуберкулеза. обладающих различным набором детерминант вирулентности.

Материалы и методы

Материалы и методы. Длины локусов CRISPR-систем 167 щтаммов Y. pseudotuberculosis, выделенных на территории РФ и ряда сопредельных государств, исследованы с помощью ПЦР.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. CRISPR-системы 86% исследованных штаммов включают в себя три локуса: YP1, YP2 и YP3. Длина локуса YP3 в наибольшей степени зависит от наличия детерминант патогенности для штаммов Y. pseudotuberculosis серотипа O:1b. Так штаммы, имеющие основные детерминанты патогенности и вызывающие тяжелую форму псевдотуберкулеза, отличаются более длинным локусом YP3 по сравнению со штаммами без детерминант.

Вывод

Вывод. Таким образом, CRISPR-Cas-система Y. pseudotuberculosis, регуляция которой осуществляется множественными механизмами, может участвовать в формировании определенного генотипа штамма, что, в свою очередь, определяет клинические проявления псевдотуберкулеза.

Relevance. Yersinia pseudotuberculosis is a causative agent of pseudotuberculosis, a disease with polymorphism of clinical manifestation that is determined by the presence of specific virulence determinants: plasmid pVM82, pathogenicity islands HPI and YAPI, and superantigen YPM. Occurrence of new determinants depends on horizontal transfer of mobile genetic elements, hence, systems regulating horizontal transfer participate in evolution of pathogenic species. CRISPR-Cas is and adaptive protection system of prokaryotes against mobile genetic elements. Aim. The study analyzed an interaction between CRISPR-loci of Y. pseudotuberculosis and virulence determinants. Results. 86% of strains includes three CRISPR-loci: YP1, YP2, and YP3. Length of locus YP3 mostly depends on presence of virulence determinants in strains of Y. pseudotuberculosis serotype O:1b. Strains with virulence genes are able to cause a severe form of pseudotuberculosis and have longer locus than strains without determinants. Conclusion. Therefore, CRIPSRCas system of Y. pseudotuberculosis may participate in formation of a certain strain genotype that defines clinical manifestation of pseudotuberculosis.

псевдотуберкулезY. pseudotuberculosisCRSIRP-Cas системадетерминанты патогенностиплазмида вирулентностиПЦРpseudotuberculosisY. pseudotuberculosisCRISPR-Cas systemvirulence determinantsvirulence plasmidPCRReferencesFukushima H., Matsuda Y., Seki R., et al. Geographical heterogeneity between Far Eastern and Western countries in prevalence of the virulence plasmid, the superantigen Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen, and the high-pathogenicity island among Yersinia pseudotuberculosis strains. // Journal of clinical microbiology. 2001. Vol. 39, N10. P. 3541–3547.Fukushima H, Matsuda Y, Seki R, et al. Geographical heterogeneity between Far Eastern and Western countries in prevalence of the virulence plasmid, the superantigen Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen, and the high-pathogenicity island among Yersinia pseudotuberculosis strains. Journal of clinical microbiology. 2001; 39(10): 3541–7. doi: 10.1128/JCM.39.10.3541-3547.2001Amphlett A. Far East scarlet-like fever: a review of the epidemiology, symptomatology, and role of superantigenic toxin: Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen A // Open forum infectious diseases. 2016. Vol. 3, N 1.Amphlett A. Far East scarlet-like fever: a review of the epidemiology, symptomatology, and role of superantigenic toxin: Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen A. Open forum infectious diseases. 2016; 3 (1):ofv202. doi: 10.1093/ofid/ofv202Сомов Г.П. Дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка (псевдотуберкулез человека) // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1976. T. 53, № 4. С. 103.Somov GP. Dalnevostochnaya skarlatinopodobnaya likhoradka (psevdotuberulez cheloveka). Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 1976; 53 (4): 103 (In Russ).Nörenberg D., Wieser A., Magistro G., et al. Molecular analysis of a novel Toll/interleukin-1 receptor (TIR)-domain containing virulence protein of Y. pseudotuberculosis among Far East scarlet-like fever serotype I strains // International Journal of Medical Microbiology. 2013. Vol. 303, N8. P. 583–594.Nörenberg D, Wieser A, Magistro G, et al. Molecular analysis of a novel Toll/interleukin-1 receptor (TIR)-domain containing virulence protein of Y. pseudotuberculosis among Far East scarlet-like fever serotype I strains. International Journal of Medical Microbiology. 2013; 303 (8): 583–94. doi: 10.1016/j.ijmm.2013.08.002Collyn F., Billault A., Mullet C., et al. YAPI, a new Yersinia pseudotuberculosis pathogenicity island // Infection and immunity. 2004. Vol. 72, N8. P. 4784–4790.Collyn F, Billault A, Mullet C, et al. YAPI, a new Yersinia pseudotuberculosis pathogenicity island. Infection and immunity. 2004; 72 (8): 4784–90. doi: 10.1128/IAI.72.8.4784-4790.2004Collyn F., Fukushima H., Carnoy C., et al. Linkage of the horizontally acquired ypm and pil genes in Yersinia pseudotuberculosis. // Infection and immunity. 2005. Vol. 73, N4. P. 2556–2558.Collyn F, Fukushima H, Carnoy C, et al. Linkage of the horizontally acquired ypm and pil genes in Yersinia pseudotuberculosis. Infection and immunity. 2005; 73 (4): 2556–8. doi: 10.1128/IAI.73.4.2556-2558.2005Шурыгина И.А., Малов И.В., Шурыгин М.Г. Современные представления о факторах патогенности Yersinia pseudotuberculosis. // Acta Biomedica Scientifica. 2005. № 6. C. 208–214.Shurygina IA, Malov IV, Shurygin MG. Modern concept of Yersinia pseudotuberculosis pathogenicity factors. Acta Biomedica Scientifica. 2005;6:208-14. (In Russ).Воропаев А.В., Шурыгина И.А., Климов В.Т., и др. Иммуносупрессивные свойства плазмиды pVM82 Yersinia pseudotuberculosis // Acta Biomedica Scientifica. 2002. № 4–2. C. 49–51.Voropaev AV, Shurygina IA, Klimov VT, et al. Immunosupressivnye svoystva plazmidy pVM82 Yersinia pseudotuberculosis. Acta Biomedica Scientifica. 2002; 4–2: 49– 51 (In Russ).Timchenko NF, Adgamov RR, Popov AF, et al. Far East Scarlet-like fever caused by a few related genotypes of Yersinia pseudotuberculosis, Russia // Emerging infectious diseases. 2016. Vol. 22, N3. P. 503–506.Timchenko NF, Adgamov RR, Popov AF, et al. Far East Scarlet-like fever caused by a few related genotypes of Yersinia pseudotuberculosis, Russia. Emerging infectious diseases. 2016; 22 (3): 503–6. doi: 10.3201/eid2203.150552Mojica FJ, García-Martínez J, Soria E. Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements // Journal of molecular evolution. 2005. Vol. 60, N2. P. 174–182.Mojica FJ, García-Martínez J, Soria E. Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements. Journal of molecular evolution. 2005; 60 (2): 174–82. doi: 10.1007/s00239-004-0046-3Jiang F., Doudna J. The structural biology of CRISPR-Cas systems // Current opinion in structural biology. 2015. Vol. 30. P. 100–111.Jiang F, Doudna J. The structural biology of CRISPR-Cas systems. Current opinion in structural biology. 2015; 30: 100–11. doi: 10.1016/j.sbi.2015.02.002Sternberg SH, Richter H, Charpentier E, et al. Adaptation in CRISPR-Cas systems // Molecular cell. 2016. Vol. 61, N6. P. 797–808.Sternberg SH, Richter H, Charpentier E, et al. Adaptation in CRISPR-Cas systems. Molecular cell. 2016; 61 (6): 797–808. doi: 10.1016/j.molcel.2016.01.030Pourcel C., Salvignol G., Vergnaud G. CRISPR elements in Yersinia pestis acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies // Microbiology. 2005. Vol. 151, N3. P. 653–663.Pourcel C, Salvignol G, Vergnaud G. CRISPR elements in Yersinia pestis acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies. Microbiology. 2005; 151 (3): 653–63. doi: 10.1099/mic.0.27437-0Платонов М.Е., Евсеева В.В., Ефременко Д.В., и др. Внутривидовая принадлежность рамнозопозитивных штаммов Yersinia pestis из природных очагов чумы Монголии // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2015. Т. 33, №1. С. 23–28.Platonov ME, Evseeva VV, Efremenko DV, et al. Intraspecies belonging of the rhamnose-fermentation-positive Yersinia pestis isolates from the mongolian natural plague foci. Molecular genetics, microbiology and virology. 2015; 33 (1): 23–8 (In Russ).Cui Y, Li Y, Gorgé O, et al. Insight into microevolution of Yersinia pestis by clustered regularly interspaced short palindromic repeats // PloS one. 2008. Vol. 3, N 7. P. e2652.Cui Y, Li Y, Gorgé O, et al. Insight into microevolution of Yersinia pestis by clustered regularly interspaced short palindromic repeats. PloS one. 2008; 3(7): e2652. doi: 10.1371/journal.pone.0002652Barros M.P.S., França C.T., Lins R.H.F., et al. Dynamics of CRISPR loci in microevolutionary process of Yersinia pestis strains // PloS one. 2014. Vol. 9, N 9. P. e108353.Barros MPS, França CT, Lins RHF, et al. Dynamics of CRISPR loci in microevolutionary process of Yersinia pestis strains. PloS one. 2014;9(9):e108353. doi: 10.1371/journal.pone.0108353Seecharran T., Kalin-Manttari L., Koskela K., et al. Phylogeographic separation and formation of sexually discrete lineages in a global population of Yersinia pseudotuberculosis // Microbial genomics. 2017. Vol. 3, N10. P. e000133.Seecharran T, Kalin-Manttari L, Koskela K, et al. Phylogeographic separation and formation of sexually discrete lineages in a global population of Yersinia pseudotuberculosis. Microbial genomics. 2017; 3 (10): e000133. doi: 10.1099/mgen.0.000133Bogdanovich T., Carniel E., Fukushima H., et al. Use of O-antigen gene cluster-specific PCRs for the identification and O-genotyping of Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis // Journal of Clinical Microbiology. 2003. Vol. 41, N11. P. 5103–5112.Bogdanovich T, Carniel E, Fukushima H, et al. Use of O-antigen gene cluster-specific PCRs for the identification and O-genotyping of Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis. Journal of Clinical Microbiology. 2003;41(11):5103–12. doi: 10.1128/JCM.41.11.5103-5112.2003Ito Y., Abe J., Yoshino K.I., et al. Sequence analysis of the gene for a novel superantigen produced by Yersinia pseudotuberculosis and expression of the recombinant protein // The Journal of Immunology. 1995. Vol. 154, N11. P. 5896–5906.Ito Y, Abe J, Yoshino KI, et al. Sequence analysis of the gene for a novel superantigen produced by Yersinia pseudotuberculosis and expression of the recombinant protein. The Journal of Immunology. 1995;154(11): 5896–906.Schubert S., Rakin A., Karch H., et al. Prevalence of the “high-pathogenicity island” of Yersinia species among Escherichia coli strains that are pathogenic to humans // Infection and immunity. 1998. Vol. 66, N2. P. 480–485.Schubert S, Rakin A, Karch H, et al. Prevalence of the «high-pathogenicity island» of Yersinia species among Escherichia coli strains that are pathogenic to humans. Infection and immunity. 1998; 66 (2): 480–5.Eppinger M., Rosovitz M.J., Fricke W.F., et al. The complete genome sequence of Yersinia pseudotuberculosis IP31758, the causative agent of Far East scarlet-like fever // PLoS genetics. 2007. Vol. 3, N 8. P. e142.Eppinger M, Rosovitz MJ, Fricke WF, et al. The complete genome sequence of Yersinia pseudotuberculosis IP31758, the causative agent of Far East scarlet-like fever. PLoS genetics. 2007; 3(8): e142. doi: 10.1371/journal.pgen.0030142Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., et al. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction // BMC bioinformatics. 2012. Vol. 13, N1. P. 134.Ye J, Coulouris G, Zaretskaya I, et al. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC bioinformatics. 2012; 13 (1): 134. doi: 10.1186/1471-2105-13-134Zhang Q., Ye Y. Not all predicted CRISPR–Cas systems are equal: isolated cas genes and classes of CRISPR like elements // BMC bioinformatics. 2017. Vol. 18, N1. P. 92.Zhang Q, Ye Y. Not all predicted CRISPR–Cas systems are equal: isolated cas genes and classes of CRISPR like elements. BMC bioinformatics. 2017; 18 (1): 92. doi: 10.1186/s12859-017-1512-4Grissa I., Vergnaud G., Pourcel C. CRISPRFinder: a web tool to identify clustered regularly interspaced short palindromic repeats // Nucleic acids research. 2007. Vol. 35. Suppl 2. P. W52–W57.Grissa I, Vergnaud G, Pourcel C. CRISPRFinder: a web tool to identify clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Nucleic acids research. 2007; 35 (Suppl 2):W52–7. doi: 10.1093/nar/gkm360Koskela K.A., Mattinen L., Kalin‐Mänttäri L., et al. Generation of a CRISPR database for Yersinia pseudotuberculosis complex and role of CRISPR‐based immunity in conjugation // Environmental microbiology. 2015. Vol. 17, N11. P. 4306–4321.Koskela KA, Mattinen L, Kalin‐Mänttäri L, et al. Generation of a CRISPR database for Yersinia pseudotuberculosis complex and role of CRISPR‐based immunity in conjugation. Environmental microbiology. 2015; 17 (11): 4306–21. doi: 10.1111/1462-2920.12816Carniel E. The Yersinia high-pathogenicity island: an iron-uptake island // Microbes and infection. 2001. Vol. 3, N7. P. 561–569.Carniel E. The Yersinia high-pathogenicity island: an iron-uptake island. Microbes and infection. 2001; 3(7): 561–9. doi: 10.1016/S1286-4579(01)01412-5Collyn F., Léty M.A., Nair S., et al. Yersinia pseudotuberculosis harbors a type IV pilus gene cluster that contributes to pathogenicity // Infection and immunity. 2002. Vol. 70, N11. P. 6196–6205.Collyn F, Léty MA, Nair S, et al. Yersinia pseudotuberculosis harbors a type IV pilus gene cluster that contributes to pathogenicity. Infection and immunity. 2002; 70 (11): 6196–205. doi: 10.1128/IAI.70.11.6196-6205.2002Carnoy C., Floquet S., Marceau M., et al. The superantigen gene ypm is located in an unstable chromosomal locus of Yersinia pseudotuberculosis // Journal of Bacteriology. 2002. Vol. 184, N16. P. 4489–4499.Carnoy C, Floquet S, Marceau M, et al. The superantigen gene ypm is located in an unstable chromosomal locus of Yersinia pseudotuberculosis. Journal of Bacteriology. 2002; 184 (16): 4489–99. doi: 0.1128/JB.184.16.4489-4499.2002Patterson A.G., Jackson S.A., Taylor C., et al. Quorum sensing controls adaptive immunity through the regulation of multiple CRISPR-Cas systems // Molecular cell. 2016. Vol. 64, N6. P. 1102–1108.Patterson A.G., Jackson S.A., Taylor C., et al. Quorum sensing controls adaptive immunity through the regulation of multiple CRISPR-Cas systems. Molecular cell. 2016; 64 (6): 1102–8. doi: 10.1016/j.molcel.2016.11.012Makarova K.S., Anantharaman V., Aravind L., et al. Live virus-free or die: coupling of antivirus immunity and programmed suicide or dormancy in prokaryotes // Biology direct. 2012. Vol. 7, N1. P. 40Makarova KS, Anantharaman V, Aravind L, et al. Live virus-free or die: coupling of antivirus immunity and programmed suicide or dormancy in prokaryotes. Biology direct. 2012; 7 (1): 40. doi: 10.1186/1745-6150-7-40.

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