Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021; 98: 290–297
Биологические свойства и генетическая характеристика экспериментальных диагностических бактериофагов Vibrio cholerae
https://doi.org/10.36233/0372-9311-39Аннотация
Актуальность. В настоящее время проводится работа по конструированию новых диагностических и профилактических препаратов на основе бактериофагов, поэтому актуально изучение биологических свойств холерных фагов наравне с их генетической структурой. Эта информация необходима для прогнозирования жизненного цикла фага и оценки перспектив практического использования в экспериментальной деятельности, фагодиагностике или фагопрофилактике.
Материалы и методы. Наличие или отсутствие генов, характерных для умеренных бактериофагов, проверяли при помощи созданной авторами базы данных и программного обеспечения «PhageAnalyzer», позволяющего проводить быстрый анализ данных полногеномного секвенирования бактериофагов и прогнозировать их жизненный цикл.
Результаты и обсуждение. Морфологическая структура экспериментальных диагностических холерных фагов представлена головчатыми бактериофагами различных морфогрупп. Негативные колонии фагов различались по диаметру, форме и степени прозрачности. В геномах бактериофагов Rostov-1, Rostov-6, Rostov 7 и Rostov M3 генетических детерминант факторов резистентности и токсинов не обнаружено. В результате филогенетического анализа определено, что исследованные холерные экспериментальные бактериофаги имеют сходство с головчатыми фагами из рода Vibrio, но являются уникальными, т.к. находятся «вне кластерных групп». Vibrio фаги Rostov-1 и Rostov M3 являются литическими. У холерных фагов Rostov-6 и Rostov 7 найдены гены, характерные для умеренных бактериофагов.
Заключение. Экспериментальный холерный бактериофаг Rostov-1 может быть использован для дифференциации холерного вибриона О1 серогруппы биовара El Tor, а Vibrio фаг Rostov M3 — для биовара Classical. Оба бактериофага являются литическими и перспективными компонентами для создания профилактических препаратов против холеры. Vibrio фаги Rostov-6 и Rostov 7 могут быть успешно использованы только в экспериментальной деятельности, а также при мониторинге холерных вибрионов из окружающей среды. Полные геномные последовательности зарегистрированы и доступны в международной базе GenBank (NCBI).
Список литературы
1. Москвитина Э.А., Тюленева Е.Г., Кругликов В.Д., Титова С.В., Водопьянов А.С., Куриленко М.Л. и др. Холера: оценка эпидемиологической обстановки в мире и России в 2008-2017 гг. Прогноз на 2018 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2018; (1): 36–43. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2018-1-36-43
2. Centers for Disease Control and Prevention. 2010. Update: cholera outbreak – Haiti, 2010. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2010; 59(45): 1473–9.
3. Yen M., Cairns L.S., Camilli A. A cocktail of three virulent bacteriophages prevents Vibrio cholerae infection in animal models. Nat. Commun. 2017; 8: 14187. https://doi.org/10.1038/ncomms14187
4. D'Andrea M.M., Marmo P., Henrici De Angelis L., Palmieri M., Ciacci N., Di Lallo G., et al. φBO1E, a newly discovered lytic bacteriophage targeting carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae of the pandemic Clonal Group 258 clade II lineage. Sci. Rep. 2017; 7(1): 2614. https://doi.org/10.1038/s41598-017-02788-9
5. Bhandare S.G., Warry A., Emes R.D., Hooton S.P.T., Barrow P.A., Atterbury R.J. Complete genome sequences of Vibrio cholerae-specific Bacteriophages 24 and X29. Genome Announc. 2017; 5(46): e01013–17. https://doi.org/10.1128/genomea.01013-17
6. Comeau A.M., Tremblay D., Moineau S., Rattei T., Kushkina A.I., Tovkach F.I., et al. Phage morphology recapitulates phylogeny: the comparative genomics of a new group of myoviruses. PloS One. 2012; 7(7): e40102. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040102
7. Adams M.H. Bacteriophages. New York: Inter science Publishers; 1959.
8. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Д., ред. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. М.: Мир; 1984.
9. Габрилович И.М. Практическое пособие по бактериофагии. Минск: Вышэйшая школа; 1968.
10. Yamamoto K.R., Alberts B.M., Berzinger R., Lawhorne L., Treiber G. Rapid bacteriophage sedimentation in the presence of polyethylene glycol and its application to large-scale virus purification. Virology. 1970; 40(3): 734–44. https://doi.org/10.1016/0042-6822(70)90218-7
11. Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data 2010. Available at: https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc
12. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina Sequence Data. Bioinformatics. 2014; 30(15): 2114–20. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170
13. Song L., Florea L., Langmead B. Lighter: fast and memoryefficient sequencing error correction without counting. Genome Biol. 2014; 15(11): 509. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0509-9
14. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5): 455–77. https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021
15. Тихоненко А.С. Ультраструктура вирусов бактерий. М.; 1968.
16. Ackerman H.B. Bacteriophage taxonomy in 1987. Microbiol. Sci. 1987; 4(7): 214–8.
17. Comeau A.M., Tremblay D., Moineau S., Rattei T., Kushkina A.I., Tovkach F.I., et al. Phage morphology recapitulates phylogeny: the comparative genomics of a new group of myoviruses. PloS One. 2012; 7(7): e40102. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040102
18. Guidolin A., Morelli G., Kamke M., Manning P.A. Vibrio cholerae bacteriophage CP-T1: characterization of bacteriophage DNA and restriction analysis. J. Virol. 1984; 51(1): 163–9. https://doi.org/10.1128/jvi.51.1.163-169.1984
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021; 98: 290–297
Biological properties and genetic characteristics of experimental diagnostic Vibrio cholerae bacteriophages
https://doi.org/10.36233/0372-9311-39Abstract
Background. Currently, the researches focused on the design of new diagnostic and preventive preparations based on bacteriophages are underway, so it is importatnt to study the biological properties of cholera phages along with their genetic structure. This information is necessary to predict the phage life cycle and assess the prospects of its practical use in experiments, phagodiagnostics and phagoprophylaxis.
Materials and methods. The presence or absence of genes characteristic of temperate bacteriophages was tested using a database created by the authors and developed software "PhageAnalyzer", which allows for rapid analysis of bacteriophage genome-wide sequencing data and prediction of their life cycle.
Results and discussion. The morphological structure of experimental diagnostic cholera phages is represented by head bacteriophages of various morphogroups. Negative colonies phage differed in diameter, shape and degree of transparency. No genetic determinants of resistance factors and toxins have been found in the genomes of bacteriophages Rostov-1, Rostov-6, Rostov 7, and Rostov M3. Results of phylogenetic analysis demonstrated that the studied experimental cholera bacteriophages resemble headphages from the genus Vibrio, but are unique, since they lie outside “cluster groups”. Vibrio phages Rostov-1 and Rostov M3 are appeared to be lytic. Genes characteristic of moderate bacteriophages were found in cholera phages Rostov-6 and Rostov 7.
Conclusion. The experimental cholera bacteriophage Rostov-1 can be used to differentiate cholera vibrion O1 the serogroup of the El Tor biovar, and Vibrio phage Rostov M3 can be used to differentiate the Classical biovar. Both bacteriophages are lytic and promising components for creating prophylactic drugs against cholera. Vibrio phages Rostov-6 and Rostov 7 can be successfully used only in experimental activities, as well as for monitoring cholera vibrions in the environment. Complete genomic sequences are deposited and available in the international database Genbank (NCBI).
References
1. Moskvitina E.A., Tyuleneva E.G., Kruglikov V.D., Titova S.V., Vodop'yanov A.S., Kurilenko M.L. i dr. Kholera: otsenka epidemiologicheskoi obstanovki v mire i Rossii v 2008-2017 gg. Prognoz na 2018 g. Problemy osobo opasnykh infektsii. 2018; (1): 36–43. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2018-1-36-43
2. Centers for Disease Control and Prevention. 2010. Update: cholera outbreak – Haiti, 2010. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2010; 59(45): 1473–9.
3. Yen M., Cairns L.S., Camilli A. A cocktail of three virulent bacteriophages prevents Vibrio cholerae infection in animal models. Nat. Commun. 2017; 8: 14187. https://doi.org/10.1038/ncomms14187
4. D'Andrea M.M., Marmo P., Henrici De Angelis L., Palmieri M., Ciacci N., Di Lallo G., et al. φBO1E, a newly discovered lytic bacteriophage targeting carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae of the pandemic Clonal Group 258 clade II lineage. Sci. Rep. 2017; 7(1): 2614. https://doi.org/10.1038/s41598-017-02788-9
5. Bhandare S.G., Warry A., Emes R.D., Hooton S.P.T., Barrow P.A., Atterbury R.J. Complete genome sequences of Vibrio cholerae-specific Bacteriophages 24 and X29. Genome Announc. 2017; 5(46): e01013–17. https://doi.org/10.1128/genomea.01013-17
6. Comeau A.M., Tremblay D., Moineau S., Rattei T., Kushkina A.I., Tovkach F.I., et al. Phage morphology recapitulates phylogeny: the comparative genomics of a new group of myoviruses. PloS One. 2012; 7(7): e40102. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040102
7. Adams M.H. Bacteriophages. New York: Inter science Publishers; 1959.
8. Maniatis T., Frich E., Sembruk D., red. Metody geneticheskoi inzhenerii. Molekulyarnoe klonirovanie. M.: Mir; 1984.
9. Gabrilovich I.M. Prakticheskoe posobie po bakteriofagii. Minsk: Vysheishaya shkola; 1968.
10. Yamamoto K.R., Alberts B.M., Berzinger R., Lawhorne L., Treiber G. Rapid bacteriophage sedimentation in the presence of polyethylene glycol and its application to large-scale virus purification. Virology. 1970; 40(3): 734–44. https://doi.org/10.1016/0042-6822(70)90218-7
11. Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data 2010. Available at: https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc
12. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina Sequence Data. Bioinformatics. 2014; 30(15): 2114–20. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170
13. Song L., Florea L., Langmead B. Lighter: fast and memoryefficient sequencing error correction without counting. Genome Biol. 2014; 15(11): 509. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0509-9
14. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5): 455–77. https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021
15. Tikhonenko A.S. Ul'trastruktura virusov bakterii. M.; 1968.
16. Ackerman H.B. Bacteriophage taxonomy in 1987. Microbiol. Sci. 1987; 4(7): 214–8.
17. Comeau A.M., Tremblay D., Moineau S., Rattei T., Kushkina A.I., Tovkach F.I., et al. Phage morphology recapitulates phylogeny: the comparative genomics of a new group of myoviruses. PloS One. 2012; 7(7): e40102. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040102
18. Guidolin A., Morelli G., Kamke M., Manning P.A. Vibrio cholerae bacteriophage CP-T1: characterization of bacteriophage DNA and restriction analysis. J. Virol. 1984; 51(1): 163–9. https://doi.org/10.1128/jvi.51.1.163-169.1984
