«ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «BIOLOGIYA. ECOLOGIYA»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «BIOLOGY. ECOLOGY»
ISSN 2073-3372 (Print)

Список выпусков > Серия «Биология. Экология». 2023. Том 45

In silico анализ разнообразия структур CRISPR-Cas-систем в геномах Salmonella enterica и детектируемых ими фаговых видов

Автор(ы)
А. Ю. Борисенко, Н. А. Арефьева, Ю. П. Джиоев, С. В. Эрдынеев, Ю. С. Букин, Г. А. Тетерина, А. А. Приставка, Г. В. Юринова, Д. А. Антипин, К. Б. Кахиани, А. Э. Макарова, В. П. Саловарова, В. И. Злобин
Аннотация
Представлены результаты выполненной in silico с использованием комплекса программных продуктов геномики и биоинформатики работы по оценке разнообразия структур CRISPR/Cas-систем в геномах штаммов Salmonella enterica и выявлению детектируемых через спейсеры в CRISPR-кассетах видов фагов. Определена видовая устойчивость исследуемых штаммов S. enterica к специфичным фагам. Обсуждаются перспективы применённого подхода для эффективной таргетной фаговой терапии сальмонеллёзных инфекций.
Об авторах

Борисенко Андрей Юрьевич, кандидат биологических наук, старший преподаватель, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: 89500720225@mail.ru

Арефьева Надежда Александровна, младший научный сотрудник, Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека, младший научный сотрудник, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, 16, младший научный сотрудник, Иркутский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора РФ, Россия, 664047. ул. Трилиссера, 78, лаборант-исследователь, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, аспирант, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: arefieva.n4@gmail.com

Джиоев Юрий Павлович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: alanir07@mail.ru

Эрдынеев Сергей Викторович, аспирант, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, лаборант-исследователь, Иркутский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора РФ, Россия, 664047. ул. Трилиссера, 78, e-mail: orry230@yandex.ru

Букин Юрий Сергеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Лимнологический институт СО РАН, Россия, 664033, Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: bukinyura@mail.ru

Тетерина Галина Александровна, старший преподаватель, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: galina.teterina.91@mail.ru

Приставка Алексей Александрович, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: pristavk@gmail.com

Юринова Галина Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: yurinova@yandex.ru

Антипин Дмитрий Андреевич, аспирант, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: mieshamecka@yandex.ru

Кахиани Кистина Бесиковна, студент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: kagkkris12@gmail.com

Макарова Ангелина Эдуардовна, студент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: eamak18@mail.ru

Саловарова Валентина Петровна, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: vsalovarova@gmail.com

Злобин Владимир Игоревич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1; Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи, Россия, 123098, г. Москва, ул. Гамалеи, 18, e-mail: vizlobin@mail.ru

Ссылка для цитирования
In silico анализ разнообразия структур CRISPR-Cas систем в геномах Salmonella enterica и детектируемых ими фаговых видов / А. Ю. Борисенко, Н. А. Арефьева, Ю. П. Джиоев, С. В. Эрдынеев, Ю. С. Букин, Г. А. Тетерина, А. А. Приставка, Г. В. Юринова, Д. А. Антипин, К. Б. Кахиани, А. Э. Макарова, В. П. Саловарова, В. И. Злобин // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2023. Т. 45. С. 3–20. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2023.45.3
Ключевые слова
Salmonella enterica, in silico анализ, программные методы биоинформатики, CRISPR/Cas-система, спейсеры, повторы, протоспейсеры, фаги.
УДК
579.61:616-078+575.112
DOI
https://doi.org/10.26516/2073-3372.2023.45.3
Литература

Биоинформационный поиск структур CRISPR/Cas-системы в геноме плазмиды PCT281 штамма Bacillus thuringiensis SUBSP. CHINENSIS CT-43 / Н. А. Арефьева, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, В. И. Чемерилова, О. Ф. Вятчина, О. А. Секерина, Л. А. Степаненко, Ю. А. Маркова, Г. В. Юринова, В. П. Саловарова, А. А. Приставка, В. А. Кузьминова, О. Н. Рева, В. И. Злобин // Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2018. Т. 3, № 5. С. 33–38. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.5

Биоинформационный поиск и анализ структур CRISPR/Cas-систем в геноме штамма Staphylococсus aureus и оценка профилей фаговых рас, детектируемых через CRISPR-кассету бактерий / А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, Н. П. Перетолчина, Л. А. Степаненко, В. А. Кузьминова, Л. А. Кокорина, Ю. М. Землянская, Н. А. Арефьева, О. Н. Рева, И. Ванг, Ч. Ку, В. И. Злобин //Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2018. Т. 3, № 5. С. 49–53. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.7

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 // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020. Т. 19, № 2. С. 31–39. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-2-31-39

Оценка устойчивости штаммов Staphylococcus aureus с выявленными структурами CRISPR/Cas-систем к различным фаговым расам / Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, Л. А. Степаненко, Ю. М. Землянская, Н. П. Перетолчина, В. А. Кузьминова, Н. А. Арефьева, Я. А. Портная, О. Г. Карноухова, Г. Ю. Коган, В. И. Злобин // Актуальные проблемы науки Прибайкалья. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2020. С. 85–90.

Поиск и анализ CRISPR-cas системы в штамме Escherichia coli HS и детектируемых спейсерами его CRISPR-кассеты фаговых рас методами биоинформатики / Е. И. Иванова, Ю. П. Джиоев, А. Ю. Борисенко, Н. П. Перетолчина, Л. А. Степаненко, А. И. Парамонов, Е. В. Григорова, У. М. Немченко, Т. В. Туник, Е. А. Кунгурцева // Вестник Российского государственного медицинского университета. 2018. № 2. С. 28–34. https://doi.org/10.24075/vrgmu.2018.019

Разработка подходов скрининга высокоспецифичных бактериофагов на основе биоинформационного анализа структур CRISPR-Cas систем Corynebacterium diphtheria / Л. А. Степаненко, Ю. П. Джиоев, В. И. Злобин, А. Ю. Борисенко, В. П. Саловарова, Н. А. Арефьева, И. Ж. Семинский, И. В. Малов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11, № 2 (37). С. 216–227. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-2-216-227

Сравнительный анализ CRISPR-систем штаммов Yersinia pseudotuberculosis IP32953 и IP31758 / Н. П. Перетолчина, А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, В. И. Злобин // Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2018. Т. 3, № 5. С. 54–59. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.8

Структуры CRISPR/Cas-системы в геноме штамма Staphylococcus aureus ST228 и фаговых рас, детектируемых методами биоинформатики / А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, Л. А. Степаненко, Ю. М. Землянская, Н. П. Перетолчина, Н. А. Арефьева, Ю. С. Букин, Е. Б. Ракова, Л. А. Кокорина, Я. А. Портная, О. Ф. Вятчина, А. С. Мартынова, Л. А. Францева, В. В. Васильев, Г. А. Тетерина, В. П. Саловарова, Е. В. Симонова, В. И. Злобин // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2020. Т. 31. С. 3–18. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2020.31.3

A genomic overview of the population structure of Salmonella / N. F. Alikhan, Z. Zhou, M. J. Sergeant, M. Achtman // PLoS Genet. 2018. Vol. 14, N 4. e1007261. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007261

A historical, economic, and technical-scientific approach to the current crisis in the development of antibacterial drugs: Promising role of antibacterial peptides in this scenario / Y. A. S. Guevara, M. H. C. Santos, F. I. R. Gomes, Sheheryar, F. P. Mesquita, P. F. N. Souza // Microb. Pathog. 2023. Vol. 179. 106108. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2023.106108

Antimicrobial resistance and management of invasive Salmonella disease / S. Kariuki, M. A. Gordon, N. Feasey, C. M. Parry // Vaccine. 2015. Vol. 33, Suppl. 3. P. C21–C29. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2015.03.102

Characterization and evolution of Salmonella CRISPR-Cas systems / N. Shariat, R. E. Timme, J. B. Pettengill, R. Barrangou, E. G. Dudley // Microbiology (Reading). 2015. N161(2). P. 374–386. https://doi.org/10.1099/mic.0.000005.43

Cooper L. A., Stringer A. M., Wade J. T. Determining the Specificity of Cascade Binding, Interference, and Primed Adaptation In Vivo in the Escherichia coli Type I-E CRISPR-Cas System // mBio. 2018. Vol. 9, N 2. P. e02100-17. https://doi.org/10.1128/mBio.02100-17

CRISPR-Cas Diversity in Clinical Salmonella enterica Serovar Typhi Isolates from South Asian Countries / A. M. Anmoy, C. Saha, M. S. I. Sajib, S. Saha, F. Komurian-Pradel, A. van Belkum, R. Louwen, S. K. Saha, H. P Endtz // Genes (Basel). 2020. Vol. 11(11). P. 1365. https://doi.org/10.3390/genes11111365

CRISPRTarget: bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets / A. Biswas, J. N. Gagnon, S. J. Brouns, P. C. Fineran, C. M. Brown // RNA Biol. 2013. Vol. 10, Is. 5. P. 817-827. https://doi.org/10.4161/rna.24046

Detection of Salmonella spp. using a generic and differential FRET-PCR/ J. Zhang, L. Wei, P. Kelly, M. Freeman, K. Jaegerson, J. Gong, B. Xu, Zh. Pan, Ch. Xu, Ch. Wang // PLoS One. 2013. Vol. 8(10). e76053. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0076053

Ecology and evolution of phages encoding anti-CRISPR proteins / B. J. Pons, S. van Houte, E. R. Westra, A. Chevallerea // J. Mol. Biol. 2023. Vol. 435, Is. 7. 167974. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2023.167974

Engineered Bacteriophages Containing Anti-CRISPR Suppress Infection of AntibioticResistant P. aeruginosa / S. Qin, Y. Liu, Y. Chen, J. Hu, W. Xiao, X. Tang // Microbiol. Spectr. 2022. Vol. 10, N 5. e0160222. https://doi.org/10.1128/spectrum.01602-22

Expansion of Bacteriophages Is Linked to Aggravated Intestinal Inflammation and Colitis / L. Gogokhia, K. Buhrke, R. Bell, B. Hoffman, D. G. Brown, C. Hanke-Gogokhia, N. J. Ajami, M. C. Wong, A. Ghazaryan, J. F. Valentine // Cell Host Microbe. 2019. Vol. 25, Is. 2. P. 285–299. https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.01.008

Gal-Mor O. Persistent Infection and Long-Term Carriage of Typhoidal and Nontyphoidal Salmonellae. Clin. Microbiol. Rev. 2018. Vol. 32, N 1. e00088-18. https://doi.org/10.1128/CMR.00088-18

Genome-scale metabolic reconstructions of multiple Salmonella strains reveal serovar-specific metabolic traits / Y. Seif, E. Kavvas, J-Ch. Lachance, J. T. Yurkovich, S-P. Nuccio, X. Fang // Nat. Commun. 2018. Vol. 9(1). 3771. https://doi.org/10.1038/s41467-018-06112-5

GrapeTree: Visualization of core genomic relationships among 100,000 bacterial pathogens / Z. Zhou, N. F. Alikhan, M. J. Sergeant, N. Luhmann, C. Vaz, A. P. Francisco, J. A. Carriço, M. Achtman. BioRxiv. 2017. https://doi.org/10.1101/216788

Gutiérrez B., Domingo-Calap P. Phage Therapy in Gastrointestinal Diseases. // Microorganisms. 2020. Vol. 8, Is. 9. https://doi.org/10.3390/microorganisms8091420 Hashemi A. CRISPR-cas System as a Genome Engineering Platform: Applications in Biomedicine and Biotechnology // Curr. Gene Ther. 2018. Vol. 18, Is. 2. P. 115–124. https://doi.org/10.2174/1566523218666180221110627

Inactivation of CRISPR-Cas systems by anti-CRISPR proteins in diverse bacterial species / A. Pawluk, R. H. Staals, C. Taylor, B. N. Watson, S. Saha, P. C. Fineran // Nat. Microbiol. 2016. Vol. 1. 16085. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.85

Infectious Diseases Society of America Clinical Practice Guidelines for the Diagnosis and Management of Infectious Diarrhea / A. L. Shane, R. K. Mody, J. A. Crump, Ph. I. Tarr, Th. S. Steiner, K. Kotloff // Clin. Infect. Dis. 2017. Vol. 65, N 12. P. e45-e80. https://doi.org/10.1093/cid/cix669

Knodler L. A., Elfenbein J. R. Salmonella enterica. Trends Microbiol. 2020. Vol. 28, Is. 1.P.83. https://doi.org/10.1016/j.tim.2019.10.014

Molecular phylogeny of the Salmonellae: relationships among Salmonella species and subspecies determined from four housekeeping genes and evidence of lateral gene transfer events / J. R. McQuiston, S. Herrera-Leon, B. C.Wertheim, J. Doyle, P. I. Fields, R. V. Tauxe, J. M. Logsdon Jr. // J. Bacteriol. 2008. Vol. 190, N 21. P. 7060–7067. https://doi.org/10.1128/JB.01552-07

Oral Application of T4 Phage Induces Weak Antibody Production in the Gut and in the Blood / J. Majewska, W. Beta, D. Lecion, K. Hodyra-Stefaniak, A. Klopot, Z. Kazmierczak // Viruses. 2015. Vol. 7, Is. 8. P. 4783–4799. https://doi.org/10.3390/v7082845

Phages, anti-CRISPR proteins, and drug-resistant bacteria: what do we know about this triad? / A. Ceballos-Garzon, A. B. Muñoz, J. D. Plata, Z. A. Sanchez-Quitian, J. Ramos-Vivas // Pathog. Dis. 2022. Vol. 80, Is. 1. ftac039. https://doi.org/10.1093/femspd/ftac039

Porwollik S., McClelland M. Lateral gene transfer in Salmonella. Microbes Infect. 2003. Vol. 5, Is. 1. P. 977–989. doi: https://doi.org/10.1016/S1286-4579(03)00186-2

Rapid detection of Salmonella contamination in seafoods using multiplex PCR / B. Sahu, S. D. Singh, B. K. Behera, S. K. Panda, A. Das, P. K. J. Parida // Braz. Microbiol. 2019. Vol. 50. P. 807–816. https://doi.org/10.1007/s42770-019-00072-8

Sabino J., Hirten R. P., Colombel J. F. Bacteriophages in gastroenterology-from biology to clinical applications. Aliment. Pharmacol. Ther. 2020. Vol. 51, Is. 1. P. 53–63. https://doi.org/10.1111/apt.15557

Supplement 2008–2010 (no. 48) to the White-Kauffmann-Le Minor scheme / S. IssenhuthJeanjean, P. Roggentin, M. Mikoleit, M. Guibourdenche, E. de Pinna, S. Nair, P. I. Fields, F. X. Weill // Res. Microbiol. 2014. Vol. 165, Is. 7. P. 526–530. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2014.07.004

The CRISPR-Cas System Differentially Regulates Surface-Attached and Pellicle Biofilm in Salmonella enterica Serovar Typhimurium / N. Sharma, A. Das, P. Raja, S. A. Marathe // Microbiol. Spectr. 2022. Vol. 10, N 3. e0020222. https://doi.org/10.1128/spectrum.00202-22

Worldwide Epidemiology of Salmonella Serovars in Animal-Based Foods: a Meta-analysis / R. G. Ferrari, D. K. A. Rosario, A. Cunha-Neto, S. B. Mano, E. E. S. Figueiredo, C. A. ConteJunior // Appl. Environ. Microbiol. 2019. Vol. 85, N 14. https://doi.org/10.1128/AEM.00591-19


Полная версия (русская)