Локусный состав CRISPR-Cas системы Yersinia pseudotuberculosis различных генетических вариантов
Н. П. Перетолчина,
В. Т. Климов,
Е. А. Воскресенская,
Г. И. Кокорина,
Е. А. Богумильчик,
А. Л. Трухачев,
С. В. Игумнова,
Ю. П. Джиоев,
В. И. Злобин https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-2-31-39
Аннотация
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. 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. Длины локусов CRISPR-систем 167 щтаммов Y. pseudotuberculosis, выделенных на территории РФ и ряда сопредельных государств, исследованы с помощью ПЦР.
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. 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.
Об авторах
Н. П. Перетолчина
ФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава России;
ФКУЗ Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора
Россия
Россия
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
В. Т. Климов
ФКУЗ Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора
Россия
Россия
Валерий Тимофеевич Климов – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела эпидемиологии
Е. А. Воскресенская
ФБУН Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Роспотребнадзора
Россия
Россия
Екатерина Александровна Воскресенская – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии
Г. И. Кокорина
ФБУН Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Роспотребнадзора
Россия
Россия
Галина Ивановна Кокорина – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии
Е. А. Богумильчик
ФБУН Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Роспотребнадзора
Россия
Россия
Елена Александровна Богумильчик – научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии
А. Л. Трухачев
ФКУЗ Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора
Россия
Россия
Алексей Леонидович Трухачев – кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией микробиологии чумы и других иерсиниозов
С. В. Игумнова
ФКУЗ Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора
Россия
Россия
Светлана Викторовна Игумнова – врач-эпидемиолог
Ю. П. Джиоев
ФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава России
Россия
Россия
Юрий Павлович Джиоев – ведущий научный сотрудник научно-исследовательского института биомедицинских технологий
В. И. Злобин
ФГБОУ ВО Иркутский государственный медицинский университет Минздрава России
Россия
Россия
Владимир Игоревич Злобин – академик, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, директор научно-исследовательского института биомедицинских технологий
Список литературы
1. 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. Vol. 39, N10. P. 3541–3547.
2. 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. Vol. 3, N 1.
3. Сомов Г.П. Дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка (псевдотуберкулез человека) // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1976. T. 53, № 4. С. 103.
4. 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.
5. Collyn F., Billault A., Mullet C., et al. YAPI, a new Yersinia pseudotuberculosis pathogenicity island // Infection and immunity. 2004. Vol. 72, N8. P. 4784–4790.
6. Collyn 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.
7. Шурыгина И.А., Малов И.В., Шурыгин М.Г. Современные представления о факторах патогенности Yersinia pseudotuberculosis. // Acta Biomedica Scientifica. 2005. № 6. C. 208–214.
8. 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.
9. 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.
10. Mojica 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.
11. Jiang F., Doudna J. The structural biology of CRISPR-Cas systems // Current opinion in structural biology. 2015. Vol. 30. P. 100–111.
12. Sternberg SH, Richter H, Charpentier E, et al. Adaptation in CRISPR-Cas systems // Molecular cell. 2016. Vol. 61, N6. P. 797–808.
13. 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. Vol. 151, N3. P. 653–663.
14. Платонов 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.
15. 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.
16. Barros 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.
17. 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. Vol. 3, N10. P. e000133.
18. 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. Vol. 41, N11. P. 5103–5112.
19. Ito 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.
20. 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.
21. 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.
22. Ye 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.
23. Zhang 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.
24. Grissa 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.
25. Koskela 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.
26. Carniel E. The Yersinia high-pathogenicity island: an iron-uptake island // Microbes and infection. 2001. Vol. 3, N7. P. 561–569.
27. Collyn 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.
28. 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. Vol. 184, N16. P. 4489–4499.
29. 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. Vol. 64, N6. P. 1102–1108.
30. Makarova 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. 40
Рецензия
Для цитирования:
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. Локусный состав CRISPR-Cas системы Yersinia pseudotuberculosis различных генетических вариантов. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2020;19(2):31-39. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-2-31-39
For citation:
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. CRISPR-Cas Loci of Yersinia pseudotuberculosis Strains with Different Genetic Determinants. Epidemiology and Vaccinal Prevention. 2020;19(2):31-39. (In Russ.) https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-2-31-39
Просмотров: 666
Послать статью по эл. почте 