jofinЖурнал инфектологииJournal Infectology2072-6732IPO “АIDSSPbR"10.22625/2072-6732-2019-11-2-80-87jofin-887Research ArticleОригинальное исследованиеOriginal ResearchIn silico сравнительный анализ crispr-систем штаммов Yersinia pseudotuberculosis, вызывающих различные клинические проявления псевдотуберкулёзаIn silico comparative analysis of crispr-cas system structures of Yersinia pseudotuberculosis causing different clinical manifestations of pseudotuberculosisПеретолчинаН. П.PeretolchinaN. P.

Перетолчина Надежда Павловна – аспирант Иркутского государственного медицинского университета; лаборант-исследователь Иркутского научно-исследовательского противочумного института

Иркутск

nadine1lenz@gmail.comДжиоевЮ. П.DzhioevYu. P.

Джиоев Юрий Павлович – ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института биомедицинских технологий, кандидат биологических  наук 

Иркутск

alanir07@mail.ruБорисенкоА. Ю.BorisenkoA. Yu.

Борисенко Андрей Юрьевич – аспирант 

Иркутск

89500720225@mail.ruСтепаненкоЛ. А.StepanenkoL. A.steplia@mail.ruВоскресенскаяЕ. А.VoskresenskayaE. A.

Воскресенская Екатерина Александровна – ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии, руководитель Российского референс-центра по мониторингу иерсиниозов, кандидат биологических  наук 

Санкт-Петербург

tsenevapasteur@yandex.ruКлимовВ. Т.KlimovV. T.

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

Иркутск

41klimov@mail.ruРеваО. Н.RevaO. N.

Рева Олег Николаевич – доцент кафедры биохимии Центра биоинформатики и вычислительной биологии, PhD

Претория

Center for Bioinformatics and Computational Biology, Department of Biochemistry 

Pretoria

 

oleg.reva@up.ac.zaЗлобинВ. И.ZlobinV. I.

Злобин Владимир Игоревич – заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, директор Научно-исследовательского института биомедицинских технологий Иркутского государственного медицинского университета, доктор медицинских наук, академик РАН

Иркутск

vizlobin@mail.ruИркутский государственный медицинский университет; Иркутский научно-исследовательский противочумный институтРоссияIrkutsk State Medical University; Irkutsk Research Antiplague InstituteRussian FederationИркутский государственный медицинский университетРоссияIrkutsk State Medical UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. ПастераРоссияSaint-Petersburg Research Institute of Epidemiology and Microbiology named after PasteurRussian FederationИркутский научно-исследовательский противочумный институтРоссияIrkutsk Research Antiplague InstituteRussian FederationУниверситет ПреторииЮжно-Африканская РеспубликаUniversity of Pretoria,South Africa2019170520191128087Copyright © Перетолчина Н.П., Джиоев Ю.П., Борисенко А.Ю., Степаненко Л.А., Воскресенская Е.А., Климов В.Т., Рева О.Н., Злобин В.И., 20192019Перетолчина Н.П., Джиоев Ю.П., Борисенко А.Ю., Степаненко Л.А., Воскресенская Е.А., Климов В.Т., Рева О.Н., Злобин В.И.Peretolchina N.P., Dzhioev Y.P., Borisenko A.Y., Stepanenko L.A., Voskresenskaya E.A., Klimov V.T., Reva O.N., 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://journal.niidi.ru/jofin/article/view/887Цель

Цель: сравнить CRISPR-системы двух штаммов, выделенных на различных территориях от пациентов с разными клиническими проявлениями псевдотуберкулеза, и определить специфические различия в спейсерном составе и в структуре cas-белков.

Материалы и методы

Материалы и методы: проанализированы полногеномные последовательности штаммов Y. pseudotuberculosis IP329353 (NC_006155) и IP31758 (NC_009708) различного географического происхождения, выделенные от больных с псевдотуберкулезом с симптомами гастроэнтерита и системными проявлениями инфекции соответственно. Поиск, идентификация и анализ CRISPR систем выполнены с использованием онлайн-приложений CRISPROne, CRISPRDetect и CRISPRTarget.

Результаты

Результаты: в геноме исследуемых штаммов обнаружены CRISPR-Cas системы, включающие один набор cas-генов и несколько CRISPR-локусов, значительно удаленных друг от друга. В геноме штамма Y. pseudotuberculosis IP329353 присутствует три локуса: YP1, находящийся в непосредственной близости от cas-генов, YP2 и YP3. CRISPR-Cas система Y. pseudotuberculosis IP31758 представлена только двумя кассетами: YP1 и YP3. CRISPR системы исследуемых штаммов не имеют одинаковых спейсеров.

Заключение

Заключение: CRISPR-Cas системы исследованных штаммов отличаются количеством CRISPR-локусов, их спейсерным составом и структурой cas-белков. Полученные результаты определяют перспективу использования CRISPR-локусов в качестве специфических молекулярных маркеров штаммов при изучении внутривидового разнообразия и эволюции Y. pseudotuberculosis.

The aim of this research was to analyze and compare CRIPSR loci and cas-proteins of Yersinia pseudotuberculosis strains isolated in different territories from patients with various clinical manifestations of pseudotuberculosis.

Materials and Methods

Materials and Methods. Complete genomes of Y. pseudotuberculosis IP329353 (NC_006155) and IP31758 (NC_009708) were obtained from NCBI Nucleotide Database. Strains were isolated from patients with gastroenteritis and systemic infection respectively. Search, identification, and analysis of CRISPR systems were carried out by onlinetools CRISPROne, CRISPRDetect, and CRISPRTarget.

Results

Results. Analyzed strains have CRISPR-Cas systems that include one set of cas-genes and arrays situated at the long distances from each other. We defined three CRISPR arrays in Y. pseudotuberculosis IP32953: array YP1 located near cas-genes, arrays YP2 and YP3. CRISPR-Cas system of Y. pseudotuberculosis IP31758 includes two arrays – YP1 and YP3. CRISPR systems do not share similar spacers.

Conclusion

Conclusion. CRISPR systems of the analyzed strains differ in CRISPR loci and cas-protein structures that can be used as specific molecular marks of analyzed strains during the study of intra-species variability and evolution of Y. pseudotuberculosis.

CRISPR-Cas системаY. pseudotuberculosisпсевдотуберкулезCRISPR-Cas systemY. pseudotuberculosispseudotuberculosisReferencesСомова, Л. М. Дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка: формирование представлений о патоморфогенезе «новой» болезни / Л.М. Сомова //Здоровье. Медицинская экология. Наука. – 2017. – № 3 (70).Somova, L.M. (2017). Far eastern scarlet-like fever: formation of representations about pathomorphogenesis of «new» disease. Health. Medical ecology. Science, (3 (70)).Каттер, Э. Бактериофаги. Биология и практическое применение / Э. Каттер, А. Сулаквелидзе. – 2012.Kutter, E., & Sulakvelidze, A. (Eds.). (2004). Bacteriophages: biology and applications. CRC Press.Перетолчина Н.П. Биоинформационный анализ CRISPR/CaS системы штамма Yersinia pseudotuberculosis IP32953 / Н.П. Перетолчина [и др.] // Бюллетень ВосточноСибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. – 2016. – Т. 1. – № 5 (111).Peretolchina, N.P., Dzhioev, Y.P., Borisenko, A.Y., Voskresenskaya, E.A., Paramonov, A.I., Stepanenko, L.A., Kolbaseeva O.V., Zlobin, V.I. (2016). Bioinformational analysis of Yersinia pseudotuberculosis IP32953 CRISPR/Cas system. Acta Biomedica Scientifica, 1(5 (111)).Arndt, D., Grant, J. R., Marcu, A., Sajed, T., Pon, A., Liang, Y., & Wishart, D. S. (2016). PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic acids research, 44(W1), W16-W21.Arndt, D., Grant, J. R., Marcu, A., Sajed, T., Pon, A., Liang, Y., & Wishart, D. S. (2016). PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic acids research, 44(W1), W16-W21.Barrangou, R., & Marraffini, L. A. (2014). CRISPR-Cas systems: prokaryotes upgrade to adaptive immunity. Molecular cell, 54(2), 234-244.Barrangou, R., & Marraffini, L. A. (2014). CRISPR-Cas systems: prokaryotes upgrade to adaptive immunity. Molecular cell, 54(2), 234-244.Biswas, A., Gagnon, J. N., Brouns, S. J., Fineran, P. C., & Brown, C. M. (2013). CRISPRTarget: bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets. RNA biology, 10(5), 817-827.Biswas, A., Gagnon, J. N., Brouns, S. J., Fineran, P. C., & Brown, C. M. (2013). CRISPRTarget: bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets. RNA biology, 10(5), 817-827.Biswas, A., Staals, R. H., Morales, S. E., Fineran, P. C., & Brown, C. M. (2016). CRISPRDetect: a flexible algorithm to define CRISPR arrays. BMC genomics, 17(1), 356.Biswas, A., Staals, R. H., Morales, S. E., Fineran, P. C., & Brown, C. M. (2016). CRISPRDetect: a flexible algorithm to define CRISPR arrays. BMC genomics, 17(1), 356.Datsenko, K. A., Pougach, K., Tikhonov, A., Wanner, B. L., Severinov, K., & Semenova, E. (2012). Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system. Nature communications, 3, 945.Datsenko, K. A., Pougach, K., Tikhonov, A., Wanner, B. L., Severinov, K., & Semenova, E. (2012). Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system. Nature communications, 3, 945.Eppinger, M., Rosovitz, M. J., Fricke, W. F., Rasko, D. A., Kokorina, G., Fayolle, C., & Ravel, J. (2007). The complete genome sequence of Yersinia pseudotuberculosis IP31758, the causative agent of Far East scarlet-like fever. PLoS Genet, 3(8), e142.Eppinger, M., Rosovitz, M. J., Fricke, W. F., Rasko, D. A., Kokorina, G., Fayolle, C., & Ravel, J. (2007). The complete genome sequence of Yersinia pseudotuberculosis IP31758, the causative agent of Far East scarlet-like fever. PLoS Genet, 3(8), e142.Fukushima H, Matsuda Y, Seki R, Tsubokura M, Takeda N, Shubin F.N., Paik IK, Zheng XB. (2001). 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, 39(10), 3541-3547.Fukushima H, Matsuda Y, Seki R, Tsubokura M, Takeda N, Shubin F.N., Paik IK, Zheng XB. (2001). 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, 39(10), 3541-3547.Hille, F., Richter, H., Wong, S. P., Bratovič, M., Ressel, S., & Charpentier, E. (2018). The Biology of CRISPR-Cas: Backward and Forward. Cell, 172(6), 1239-1259.Hille, F., Richter, H., Wong, S. P., Bratovič, M., Ressel, S., & Charpentier, E. (2018). The Biology of CRISPR-Cas: Backward and Forward. Cell, 172(6), 1239-1259.Koonin, E. V., Makarova, K. S., & Zhang, F. (2017). Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems. Current opinion in microbiology, 37, 67-78.Koonin, E. V., Makarova, K. S., & Zhang, F. (2017). Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems. Current opinion in microbiology, 37, 67-78.Koskela, K. A., Mattinen, L., Kalin Mänttäri, L., Vergnaud, G., Gorgé, O., Nikkari, S., & Skurnik, M. (2015). Generation of a CRISPR database for Yersinia pseudotuberculosis complex and role of CRISPR based immunity in conjugation. Environmental microbiology, 17(11), 4306-4321.Koskela, K. A., Mattinen, L., Kalin Mänttäri, L., Vergnaud, G., Gorgé, O., Nikkari, S., & Skurnik, M. (2015). Generation of a CRISPR database for Yersinia pseudotuberculosis complex and role of CRISPR based immunity in conjugation. Environmental microbiology, 17(11), 4306-4321.Makarova, K. S., Wolf, Y. I., Alkhnbashi, O. S., Costa, F., Shah, S. A., Saunders, S. J., & Horvath, P. (2015). An updated evolutionary classification of CRISPR–Cas systems. Nature Reviews Microbiology, 13(11), 722.Makarova, K. S., Wolf, Y. I., Alkhnbashi, O. S., Costa, F., Shah, S. A., Saunders, S. J., & Horvath, P. (2015). An updated evolutionary classification of CRISPR–Cas systems. Nature Reviews Microbiology, 13(11), 722.Medina-Aparicio, L., Dávila, S., Rebollar-Flores, J. E., Calva, E., & Hernández-Lucas, I. (2018). The CRISPR-Cas system in Enterobacteriaceae. Pathogens and disease.Medina-Aparicio, L., Dávila, S., Rebollar-Flores, J. E., Calva, E., & Hernández-Lucas, I. (2018). The CRISPR-Cas system in Enterobacteriaceae. Pathogens and disease.Nörenberg, D., Wieser, A., Magistro, G., Hoffmann, C., Meyer, C., Messerer, M., & Schubert, S. (2013). 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, 303(8), 583-594.Nörenberg, D., Wieser, A., Magistro, G., Hoffmann, C., Meyer, C., Messerer, M., & Schubert, S. (2013). 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, 303(8), 583-594.Pougach, K., Semenova, E., Bogdanova, E., Datsenko, K. A., Djordjevic, M., Wanner, B. L., & Severinov, K. (2010). Transcription, processing and function of CRISPR cassettes in Escherichia coli. Molecular microbiology, 77(6), 1367-1379.Pougach, K., Semenova, E., Bogdanova, E., Datsenko, K. A., Djordjevic, M., Wanner, B. L., & Severinov, K. (2010). Transcription, processing and function of CRISPR cassettes in Escherichia coli. Molecular microbiology, 77(6), 1367-1379.Seecharran, T., Kalin-Manttari, L., Koskela, K., Nikkari, S., Dickins, B., Corander, J., Skurnik M., & McNally, A. (2017). Phylogeographic separation and formation of sexually discrete lineages in a global population of Yersinia pseudotuberculosis. Microbial genomics, 3(10).Seecharran, T., Kalin-Manttari, L., Koskela, K., Nikkari, S., Dickins, B., Corander, J., Skurnik M., & McNally, A. (2017). Phylogeographic separation and formation of sexually discrete lineages in a global population of Yersinia pseudotuberculosis. Microbial genomics, 3(10).Westra, E. R., Buckling, A., & Fineran, P. C. (2014). CRISPR-Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature reviews Microbiology, 12(5), 317-326.Westra, E. R., Buckling, A., & Fineran, P. C. (2014). CRISPR-Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature reviews Microbiology, 12(5), 317-326.Zhang, Q., & Ye, Y. (2017). Not all predicted CRISPR– Cas systems are equal: isolated cas genes and classes of CRISPR like elements. BMC bioinformatics, 18(1), 92.Zhang, Q., & Ye, Y. (2017). Not all predicted CRISPR– Cas systems are equal: isolated cas genes and classes of CRISPR like elements. BMC bioinformatics, 18(1), 92.

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