In silico сравнительный анализ crispr-систем штаммов Yersinia pseudotuberculosis, вызывающих различные клинические проявления псевдотуберкулёза

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: 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: 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: 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.

1. Сомова, Л. М. Дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка: формирование представлений о патоморфогенезе «новой» болезни / Л.М. Сомова //Здоровье. Медицинская экология. Наука. – 2017. – № 3 (70).

2. Каттер, Э. Бактериофаги. Биология и практическое применение / Э. Каттер, А. Сулаквелидзе. – 2012.

3. 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).

4. 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.

5. Barrangou, R., & Marraffini, L. A. (2014). CRISPR-Cas systems: prokaryotes upgrade to adaptive immunity. Molecular cell, 54(2), 234-244.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Koonin, E. V., Makarova, K. S., & Zhang, F. (2017). Diversity, classification and evolution of CRISPR-Cas systems. Current opinion in microbiology, 37, 67-78.

13. 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.

14. 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.

15. Medina-Aparicio, L., Dávila, S., Rebollar-Flores, J. E., Calva, E., & Hernández-Lucas, I. (2018). The CRISPR-Cas system in Enterobacteriaceae. Pathogens and disease.

16. 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.

17. 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.

18. 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).

19. Westra, E. R., Buckling, A., & Fineran, P. C. (2014). CRISPR-Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature reviews Microbiology, 12(5), 317-326.

20. 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.