ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АДАПТИВНОГО ПОТЕНЦИАЛА БИФИДОБАКТЕРИЙ БИОТОПА ДИСТАЛЬНОГО ОТДЕЛА КИШЕЧНИКА ЧЕЛОВЕКА

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018; : 4-11

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АДАПТИВНОГО ПОТЕНЦИАЛА БИФИДОБАКТЕРИЙ БИОТОПА ДИСТАЛЬНОГО ОТДЕЛА КИШЕЧНИКА ЧЕЛОВЕКА

Андрющенко С. В., Иванова Е. В., Перунова Н. Б., Бухарин О. В., Бекпергенова А. В.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-4-4-11

Аннотация

Цель. Определение отличительных параметров геномов B. bifidum и B. longum, характеризующих их адаптивный потенциал применительно к биотопу дистального отдела толстого кишечника человека. Материалы и методы. В работе использованы 5 штаммов бифидобактерий: B. bifidum ICIS-310, B. bifidum ICIS-643, B. bifidum ICIS-791, B. longum ICIS-505 (клинические изоляты) и B. longum MC-42 (ГИСК им. Л.А. Тарасевича). Полногеномное секвенирование проведено при помощи секвенатора «MiSeq» и набора подготовки ДНК-библиотек «Nextera» v.3 (Illumina, США). Аннотация и первичный анализ набора генов известных гомологов в полученных геномах осуществлен с помощью онлайн-сервиса RAST (коллаборация NMPDR, США). Результаты. У штамма B. bifidum ICIS-310 не обнаруживаются гомологи гена пермеазы лактозы и галактозы, присутствующие в двух других секвенированных штаммах B. bifidum, но сохранены два гена экзо-альфа-сиалидаз, а также выявляется дополнительный ген семейства ДНК-метил-трансфераз. Клинические изоляты B. longum демонстрируют несколько больше различий между собой: штамм B. longum ICIS-505 содержит на 200 генов больше, чем эталонный штамм B. longum MC-42, из которых 29 - гомологи с установленной функцией. Данные гены распределены равномерно по функциональным классам. Заключение. Полученные данные анализа генома бифидобактерий отражают их специализацию в занимаемом биотопе и мутуалистическую надежность, определяя доминантную роль бифидофлоры в кишечном микросимбиоценозе человека. Размер генома, постоянство сигнального ценза и предсказуемость реакций бифидобактерий позволяют использовать их в качестве типовых моделей, пригодных для исследования симбиотических отношений человека и его микробиоты, а также построения экспериментальных систем межмикробных взаимодействий.

Список литературы

1. Бухарин О.В., Иванова Е.В., Перунова Н.Б., Чайникова И.Н., Андрющенко С.В. Метаболический профиль бифидофлоры при различных микроэкологических состояниях биотопа толстого кишечника человека. Журн. микробиол. 2017, 1: 3-11.

2. Birnboim H.C., Doly J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res. 1979, 6: 1513-1523.

3. Claesson M.J., Cusack S., O’Sullivan O. et al. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly. PNAS. 2011, 1: 4586-4591.

4. Galperin M.Y A census of membrane-bound and intracellular signal transduction proteins in bacteria: Bacterial IQ, extroverts and introverts. BMC Microbiology. 2005, 5: 35.

5. Galperin M.Y., Higdon R., Kolker E. Interplay of heritage and habitat in the distribution of bacterial signal transduction systems. Mol. BioSyst. 2010, 6: 721-728.

6. Gelber S.E., Aguilar J.L., Lewis K.L. Functional and phylogenetic characterization of Vaginolysin, the human-specific cytolysin from Gardnerella vaginalis. J. Bacteriol. 2008, 11: 3896-3903.

7. Godson G.N., Vapnek D. A simple method of preparing large amounts of phiX174 RF 1 supercoiled DNA. Biochim Biophys Acta. 1973, 4: 516-520.

8. Ku S., Park M.S., Ji G.E., Ybu H.J. Review on Bifidobacterium bifidum BGN4: Functionality and Nutraceutical Applications as a Probiotic Microorganism. Int.J. Mol.Sci. 2016, 9: 1544.

9. Maukonen J., Simхes C., Saarela M. The currently used commercial DNA-extraction methods give different results of clostridial and actinobacterial populations derived from human fecal samples. FEMS Microbiol. Ecol. 2012, 3: 697-708.

10. Milani C., Turroni F., Duranti S. et al. Genomics of the Genus Bifidobacterium Reveals Species-Specific Adaptation to the Glycan-Rich Gut Environment. Appl. Environ. Microbiol. 2015, 4: 980-991.

11. O’Callaghan A., van Sinderen D. Bifidobacteria and Their Role as Members of the Human Gut Microbiota. Front. Microbiol. 2016, 7: 925.

12. Ott S.J., Musfeldt M., Timmis K.N. et al. In vitro alterations of intestinal bacterial microbiota in fecal samples during storage. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2004, 4: 237-245.

13. Tavender T.J., Halliday N.M., Hardie K.R. et al. LuxS-independent formation of AI-2 from ribulose-5-phosphate. BMC Microbiol. 2008, 8: 98.

14. Ventura M., Turroni F., Lugli G.A. et al. Bifidobacteria and humans: our special friends, from ecological to genomics perspectives. J.Sci.Food.Agric. 2014, 94: 163-168.

15. WolfY.I., Koonin E.V. Genome reduction as the dominant mode ofevolution. Bioessays. 2013, 9: 829-837.

Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2018; : 4-11

GENETIC CHARACTERISTICS OF THE ADAPTIVE POTENTIAL OF BIFIDOBACTERIA IN THE BIOTOPE OF DISTAL HUMAN INTESTINE

Andryuschenko S. V., Ivanova E. V., Perunova N. B., Bukharin O. V., Bekpergenova A. V.

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-4-4-11

Abstract

Aim. Determination of distinctive parameters of the B. bifidum and B. longum genomes, which characterizes their adaptive potential applied to distal intestine biotope of the human gut. Materials and methods. 5 strains of bifidobacteria have been used: B. bifidum ICIS-310, B. bifidum ICIS-643, B. bifidum ICIS-791, B. longum ICIS-505 (clinical isolates) и B. longum MC-42. Whole Genome Sequencing (WGS) has been performed by «MiSeq» DNA sequencer and «Nextera» DNA library preparation kit (Illumiina). Annotation and the primary analysis of known homologues gene content has been performed by RAST service (NMPDR). Results. B. bifidum ICIS-310 has not revealed lactose and galactose permease genes, that present in two other sequenced B. bifidum strains, but two exo-alph-sialidase genes has remained, as well as additional gene of DNA-methyltransferases family. Clinical isolates of B. longum has demonstrated a slightly more differences between each other: B. longum ICIS-505 strain contains more than 200 genes more than B. longum MC-42 reference strain, where are 29 genes - homologoues with known function. These genes are distributed uniformly by functional groups. Conclusion. Obtained data of genome analysis of the bifidobacteria reflect their specialization in occupied biotope and mutu-alistic reliability, determining dominance role of bifidoflora in human gut microsymbiocoenosis. Genome size, stability of signal census and predictability of reactions of the bifidobacteria allow to use them as a general model suitable for studying of symbiotic relations of human and his/her microbiota as well as construction of the experimental systems of intermicrobial interactions.

References

1. Bukharin O.V., Ivanova E.V., Perunova N.B., Chainikova I.N., Andryushchenko S.V. Metabolicheskii profil' bifidoflory pri razlichnykh mikroekologicheskikh sostoyaniyakh biotopa tolstogo kishechnika cheloveka. Zhurn. mikrobiol. 2017, 1: 3-11.

2. Birnboim H.C., Doly J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res. 1979, 6: 1513-1523.

3. Claesson M.J., Cusack S., O’Sullivan O. et al. Composition, variability, and temporal stability of the intestinal microbiota of the elderly. PNAS. 2011, 1: 4586-4591.

4. Galperin M.Y A census of membrane-bound and intracellular signal transduction proteins in bacteria: Bacterial IQ, extroverts and introverts. BMC Microbiology. 2005, 5: 35.

5. Galperin M.Y., Higdon R., Kolker E. Interplay of heritage and habitat in the distribution of bacterial signal transduction systems. Mol. BioSyst. 2010, 6: 721-728.

6. Gelber S.E., Aguilar J.L., Lewis K.L. Functional and phylogenetic characterization of Vaginolysin, the human-specific cytolysin from Gardnerella vaginalis. J. Bacteriol. 2008, 11: 3896-3903.

7. Godson G.N., Vapnek D. A simple method of preparing large amounts of phiX174 RF 1 supercoiled DNA. Biochim Biophys Acta. 1973, 4: 516-520.

8. Ku S., Park M.S., Ji G.E., Ybu H.J. Review on Bifidobacterium bifidum BGN4: Functionality and Nutraceutical Applications as a Probiotic Microorganism. Int.J. Mol.Sci. 2016, 9: 1544.

9. Maukonen J., Simkhes C., Saarela M. The currently used commercial DNA-extraction methods give different results of clostridial and actinobacterial populations derived from human fecal samples. FEMS Microbiol. Ecol. 2012, 3: 697-708.

10. Milani C., Turroni F., Duranti S. et al. Genomics of the Genus Bifidobacterium Reveals Species-Specific Adaptation to the Glycan-Rich Gut Environment. Appl. Environ. Microbiol. 2015, 4: 980-991.

11. O’Callaghan A., van Sinderen D. Bifidobacteria and Their Role as Members of the Human Gut Microbiota. Front. Microbiol. 2016, 7: 925.

12. Ott S.J., Musfeldt M., Timmis K.N. et al. In vitro alterations of intestinal bacterial microbiota in fecal samples during storage. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2004, 4: 237-245.

13. Tavender T.J., Halliday N.M., Hardie K.R. et al. LuxS-independent formation of AI-2 from ribulose-5-phosphate. BMC Microbiol. 2008, 8: 98.

14. Ventura M., Turroni F., Lugli G.A. et al. Bifidobacteria and humans: our special friends, from ecological to genomics perspectives. J.Sci.Food.Agric. 2014, 94: 163-168.

15. WolfY.I., Koonin E.V. Genome reduction as the dominant mode ofevolution. Bioessays. 2013, 9: 829-837.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АДАПТИВНОГО ПОТЕНЦИАЛА БИФИДОБАКТЕРИЙ БИОТОПА ДИСТАЛЬНОГО ОТДЕЛА КИШЕЧНИКА ЧЕЛОВЕКА

Аннотация

GENETIC CHARACTERISTICS OF THE ADAPTIVE POTENTIAL OF BIFIDOBACTERIA IN THE BIOTOPE OF DISTAL HUMAN INTESTINE

Abstract

События

EasyCookieInfo