Рассматривается разработка перспективной стратегии использования бактериофагов в борьбе с опасными патогенными «супербактериями» из группы ESKAPE, в частности Staphylococcus aureus. В качестве нового подхода в поиске таргетных (штаммоспецифичных) бактериофагов предлагается их скрининг через структуры CRISPR/Cas-систем бактерий с использованием разработанного алгоритма из поисковых программных методов биоинформатики. С его помощью исследована структура CRISPR/Cas-системы в геноме штамма S. aureus ST228. Разработанный программный алгоритм поиска локусов CRISPR/Cas-систем позволяет определять степень устойчивости бактерий к специфичным бактериофагам, что должно обеспечить эффективность таргетной фаговой терапии инфекций, вызываемых «супербактериями».

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

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

Степаненко Лилия Александровна, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: steplia@mail.ru 

Землянская Юлия Михайловна, старший преподаватель, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: yuliyazemlya84@mail.ru 

Перетолчина Надежда Павловна, младший научный сотрудник, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: nadine1lenz@gmail.com 

Арефьева Надежда Александровна, студент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, e-mail: arefieva.n4@gmail.com 

Букин Юрий Сергеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Лимнологический институт СО РАН, Россия, 664033, г. Иркутск, Улан-Баторская, 3, e-mail: bukinys@lin.irk.ru 

Ракова Елена Борисовна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: lenova_@mail.ru 

Кокорина Любовь Александровна, ассистент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: lubovkokorina1990@yandex.ru 

Портная Яна Алексеевна, cтудент, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: portnaya.yana.1997@yandex.ru 

Вятчина Ольга Федоровна, кандидат биологических наук, доцент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, e-mail: olgairk3@rambler.ru 

Мартынова Алена Сергеевна, магистрант, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: martynovalen@mail.ru 

Францева Лада Андреевна, студент, Иркутский государственный университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, e-mail: ladafrantseva@yandex.ru 

Васильев Валерий Владимирович, научный сотрудник, Иркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока, Россия, 664047, г. Иркутск, ул. Трилиссера, 78, e-mail: marmakeda_007@mail.ru 

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

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

Симонова Елена Васильевна, доктор биологических наук, профессор, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: ev.simonova@yandex.ru 

Злобин Владимир Игоревич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой, директор НИИ биомедицинских технологий, Иркутский государственный медицинский университет, Россия, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, e-mail: vizlobin@mail.ru

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

геном штамма Staphylococcus aureus ST228, программные методы биоинформатики, CRISPR/Cas-система, спейсеры, повторы, протоспейсеры, бактериофаги

Биоинформационные алгоритмы поиска и анализа CRISPR/Cas-систем и фаговых профилей в геноме штамма Staphylococcus aureus М1216 / А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, А. И. Парамонов, Ю. С. Букин, Л. А. Степаненко, О. В. Колбасеева, В. И. Злобин, Е. А. Воскресенская, Л. А. Степаненко, Н. Е. Зелинская, О. В. Колбасеева, Н. В. Шмидт, И. В. Малов // Журнал инфектологии. 2016. Т. 8, № S2. С. 27–28. 

Землянко О. М., Рогоза Т. М., Журавлева Г. А. Механизмы множественной устойчивости бактерий к антибиотикам // Экологическая генетика. 2018. Т. 16, № 3. С. 4–17. https://doi.org/10.17816/ecogen1634-17

Использование биоинформационных программных методов для поиска CRISPR/Cas-систем в геномах штаммов Staphylococcus aureus / А. Ю. Борисенко, Ю. П. Джиоев, А. И. Парамонов, Ю. С. Букин, Л. А. Степаненко, О. В. Колбасеева, В. И. Злобин // Сибирский медицинский журнал. 2015. Т. 133, № 2. С. 71–74.

Проблема резистентности к антибиотикам возбудителей болезней, общих для человека и животных / А. Н. Панин, А. А. Комаров, А. В. Куликовский, Д. А. Макаров. // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2017. № 5. С. 18–24.

Bhaya D., Davison M., Barrangou R. CRISPR-Cas systems in bacteria and archaea: versatile small RNAs for adaptive defense and regulation // Annu. Rev. Genet. 2011. N 45. P. 273–297. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-110410-132430 

Burki T. K. Superbugs: An Arms Race Against Bacteria // Lancet Respir. Med. 2018. Vol. 6, N 9. P. 668. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(18)30271-6 

CRISPI: a CRISPR interactive database / C. Rousseau, M. Gonnet, M. Le Romancer, J. Nicolas // Bioinformatics. 2009. Vol. 25, N 24. P. 3317–3318. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp586

CRISPR Target: Bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets / A. Biswas, J. N. Gagnon, S. J. J. Brouns, P. Fineran, C. Brown // RNA Biology. 2013. Vol. 10, N 5. P. 817–827. https://doi.org/10.4161/rna.24046

CRISPR-Cas influences the acquisition of antibiotic resistance in Klebsiella pneumonia / N. A. Mackow, J. Shen, M. Adnan, A. S. Khan, B. C. Fries, E. Diago-Navarro // PLoS One. 2019. Vol. 14, N 11:e0225131. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0225131 

Deurenberg R. H., Stobberingh E. E. The evolution of Staphylococcus aureus // Infect. Genet. Evol. 2008. Vol 8, N 6. P. 747–763. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2008.07.007

Domingo-Calap P., Delgado-Martínez J. Bacteriophages: protagonists of a post-antibiotic era // Antibiotics. 2018.Vol. 7, N 3. P. 66. https://doi.org/10.3390/antibiotics7030066 

Emerging Strategies to Combat ESKAPE Pathogens in the Era of Antimicrobial Resistance: A Review / M. S. Mulani, E. E. Kamble, S. N. Kumkar, M. S. Tawre, K. R. Pardesi // Front. Microbiol. 2019. N 10. P. 539. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00539

Founou R. C., Founou L. L., Essack S. Y. Clinical and economic impact of antibiotic resistance in developing countries: a systematic review and meta-analysis // PLoS ONE. 2017. Vol. 12, N 12. e0189621. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189621

Gasiunas G., Sinkunas T., Siksnys V. Molecular mechanisms of CRISPR-mediated microbial immunity // Cell. Mol. Life Sci. 2014. Vol. 71, N 3. P. 449–465. https://doi.org/10.1007/s00018-013-1438-6

Goldmann O., Medina E. Staphylococcus aureus strategies to evade the host acquired immune response // Int. J. Med. Microbiol. 2018. Vol. 308, N 6. P. 625–630. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2017.09.013 

Grissa I., Vergnaud G., Pourcel C. CRISPRFinder: a web tool to identify clustered regularly interspaced short palindromic repeats // Nucleic Acids Research. 2007. Vol. 35. P. W52–W57. https://doi.org/10.1093/nar/gkm360

High vancomycin minimum inhibitory concentrations with heteroresistant vancomycin-intermediate Staphylococcus aureus in meticillin-resistant S. aureus bacteraemia patients / J. L. Wang, C. H. Lai, H. H. Lin, W. F. Chen, Y. C. Shih, C. H. Hung // Int. J. Antimicrob. Agents. 2013. Vol. 42, N 5. P. 390–394. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2013.07.010

de Jong N. W. M., van Kessel K. P. M., van Strijp J. A. G. Immune Evasion by Staphylococcus aureus // Microbiol Spectr. 2019. Vol.7, N 2. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.GPP3-0061-2019

MacSyFinder: A Program to Mine Genomes for Molecular Systems with an Application to CRISPR-Cas Systems / S. S. Abby, B. Neron, H. Menager, M. Touchon, E. P. C. Rocha // PLoS ONE. 2014. Vol. 9, N 10, P. e110726. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110726 

Multiple mechanisms for CRISPR-Cas inhibition by anti-CRISPR proteins / J. Bondy-Denomy, B. Garcia, S. Strum, M. Du, M. F. Rollins, Yu. Hidalgo-Reyes, B. Wiedenheft, K. L. Maxwell, A. R. Davidson // Nature. 2015. Vol. 526, N 7571. P. 136–139. https://doi.org/10.1038/nature15254

Nasal carriage as a source of Staphylococcus aureus bacteremia / C. Eiff, K. Becker, K. Machka, H. Stammer, G. Peters // N. Engl. J. Med. 2001. N 344. P. 11–16. https://doi.org/10.1056/NEJM200101043440102

Nasal carriage as a source of agr-defective Staphylococcus aureus bacteremia / D. S. Smyth, J. M. Kafer, G. A. Wasserman, L. Velickovic, B. Mathema, R. S. Holzman // J. Infect. Dis. 2012. Vol. 206, N 8. P. 1168–1177. https://doi.org/10.1093/infdis/jis483 

Navidinia M. The clinical importance of emerging ESKAPE pathogens in nosocomial infections // J. Paramed. Sci. 2016. Vol. 7, N 3. P. 43–57.

Origin and proliferation of multiple-drug resistance in bacterial pathogens / H. H. Chang, T. Cohen, Y. H. Grad, W. P. Hanage, T. F. O'Brien, M. Lipsitch // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2015. Vol. 79, N 1. P. 101–16. https://doi.org/10.1128/MMBR.00039-14

Prospects to Enhance Phage Therapy by Looking At CRISP Fingerprints in Bacterial Populations / V. I. Zlobin, Y. P. Dzhioev, N. P. Peretolchina, A. Y. Borisenko, L. A. Stepanenko, Y. Wang, Z. Qu, R. Pierneef, O. N. Reva // Curr. Trends Biomedical Eng. & Biosci. 2018. Vol. 10, N 5. Р. 1–3. https://juniperpublishers.com/ctbeb/pdf/CTBEB.MS.ID.555800.pdf

Revisiting Bacterial Interference in the Age of Methicillin-resistant Staphylococcus aureus: Insights into Staphylococcus aureus Carriage, Pathogenicity and Potential Control / P. J. Planet, D. Parker, N. L. Ruff, H. R. Shinefield // Pediatr. Infect. Dis. J. 2019. Vol. 38, N 9. P. 958–966. https://doi.org/10.1097/INF.0000000000002411

Rice L. B. Federal funding for the study of antimicrobial resistance in nosocomial pathogens: no ESKAPE // J. Inf. Dis. 2008. Vol. 197, N 8. P. 1079–1081. https://doi.org/10.1086/533452

Short term evolution of a highly transmissible methicillin-resistant Staphylococcus aureus clone (ST228) in a tertiary care hospital / V. Vogel, L. Falquet, S. P. Calderon-Copete, P. Basset, D. C. Blanc // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 6:e38969. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038969

Sontheimer E. J., Barrangou R. The Bacterial Origins of the CRISPR Genome-Editing Revolution // Hum. Gene Ther. 2015. Vol. 26, N 7. P. 413–24. https://doi.org/10.1089/hum.2015.091

The magistral phage / J. P. Pirnay, G. Verbeken, P. J. Ceyssens, I. Huys, D. De Vos, C. Ameloot, A. Fauconnier // Viruses. 2018. Vol. 10, N 2. pii:E64. https://doi.org/10.3390/v10020064

Veeraraghavan B., Walia K. Antimicrobial susceptibility profile & resistance mechanisms of Global Antimicrobial Resistance Surveillance System (GLASS) priority pathogens from India // Indian J. Med. Res. 2019. Vol. 149, N 2. P. 87–96. https://doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_214_18