Россия
Аннотация. Исследование направлено на генетическую характеристику диареегенных Escherichia coli, выделенных от крупного рогатого скота и свиней. Цель – изучение генетического потенциала, ответственного за выработку экзотоксинов у патогенных кишечных палочек, – возбудителей эшерихиоза у телят и поросят. Научная новизна работы заключается в расшифровке геномов диареегенных E. coli с наличием нуклеотидных последовательностей нескольких экзотоксинов, включая термолабильный, термостабильный и шигаподобный, а также колицинов, гемолизинов и цикломодулинов, имеющих патогенетическое значение в развитии эшерихиозной инфекции у телят и поросят. Работа выполнялась с использованием микробиологических и молекулярно-генетических методов исследований и масс спектрометрического анализа. В результате генетическому скринингу с помощью полимеразной цепной реакции в агарозном геле было подвергнуто 135 изолятов кишечной палочки. Установлено, что 68 (50,36 %) эшерихий обладали маркерами токсигенности, при этом ген термолабильного экзотоксина регистрировали чаще других (48,5 %), и большинство было зафиксировано у E. coli, выделяемых от поросят (29,4 %). У 19 (27,9 %) изолятов установили наличие генов, кодирующих выработку нескольких экзотоксинов. По результатам полимеразной цепной реакции 4 изолята кишечной палочки с разным набором нуклеотидных последовательностей, отвечающих за продукцию двух и более экзотоксинов одновременно, были подвергнуты полногеномному секвенированию. Проведены сборка и аннотация геномов эшерихий и их депонирование базу данных NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline под общим номером BioProject PRJNA887444. Необходимы дальнейшие исследования генов кишечных палочек и их роль в патогенном потенциале возбудителей эшерихиоза для последующих разработок эффективных средств профилактики и контроля инфекции.
Escherichia coli, генетическое разнообразие, полногеномное секвенирование, экзотоксины, патогенность, токсигенность, телята, поросята
1. Fleckenstein J. M., Kuhlmann F. M. Enterotoxigenic Escherichia coli Infections // Current Infectious Disease Reports. 2020. No. 21 (3). Article number 9. DOI:https://doi.org/10.1007/s11908-019-0665-x.
2. Lee M. S, Tesh V. L. Roles of Shiga Toxins in Immunopathology // Toxins. 2019. No. 11 (4). Article number 212. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins11040212.
3. Carlini F., Maroccia Z., Fiorentini C., Travaglione S., Fabbri A. Effects of the Escherichia coli Bacterial Toxin Cytotoxic Necrotizing Factor 1 on Different Human and Animal Cells: A Systematic Review // International Journal of Molecular Sciences. 2021. No. 22. Article number 12610. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms222212610.
4. Zegeye E. D., Govasli M. L., Sommerfelt H., Puntervoll P. Development of an enterotoxigenic Escherichia coli vaccine based on the heat-stable toxin // Human Vaccines & Immunotherapeutics. 2019. No. 15 (6). Pp. 1379‒1388. DOI:https://doi.org/10.1080/21645515.2018.1496768.
5. Тищенко А. С. Степаненко А. В., Терехов В. И. Экзотоксины патогенных Escherichia coli // Ветеринария Кубани. 2020. № 5. С. 3–7. DOI:https://doi.org/10.33861/2071-8020-2020-5-3-7.
6. Кощаев А. Г., Черных О. Ю., Тищенко А. С. [и др.] Распространенность острых кишечных инфекций телят и поросят в Краснодарском крае // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2023. № 10. С. 65–75. DOI:https://doi.org/10.36871/vet.zoo.bio.202310008.
7. Medrano-Galarza C., LeBlanc S. J., Jones-Bitton A., et al. Associations between management practices and within-pen prevalence of calf diarrhea and respiratory disease on dairy farms using automated milk feeders // Journal of Dairy Science. 2018. No. 101 (3). Pp. 2293–2308. DOI:https://doi.org/10.3168/jds.2017-13733.
8. Dubreuil J. D. EAST1 toxin: An enigmatic molecule associated with sporadic episodes of diarrhea in humans and animals // Journal of Microbiology. 2019. No. 57 (7). Pp. 541‒549. DOI:https://doi.org/10.1007/s12275-019-8651-4.
9. Pakbin B., Brück W. M., Rossen J. W. A. Virulence Factors of Enteric Pathogenic Escherichia coli: A Review // International Journal of Molecular Sciences. 2021. No. 22 (18). Article number 9922. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms22189922.
10. Wang H., Zhong Z., Luo Yu, Cox E., Devriendt B. Heat-Stable Enterotoxins of Enterotoxigenic Escherichia coli and Their Impact on Host Immunity // Toxins. 2019. No. 11 (1). Article number 24. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins11010024.
11. Govasli M. L., Diaz Y., Zegeye E. D., Darbakk C. et al. Purification and Characterization of Native and Vaccine Candidate Mutant Enterotoxigenic Escherichia coli Heat-Stable Toxins // Toxins. 2018. No. 10 (7). Article number 274. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins10070274.
12. Menge C. Molecular Biology of Escherichia coli Shiga Toxins Effects on Mammalian Cells // Toxins. 2020. No. 12 (5). Article number 345. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins12050345.
13. Feuerstein A., Scuda N., Klose C., Hoffmann A., Melchner A., Boll K., Riehm J. M. Antimicrobial Resistance, Serologic and Molecular Characterization of E. coli Isolated from Calves with Severe or Fatal Enteritis in Bavaria, Germany // Antibiotics. 2021. Vol. 11. No. 1. Article number 23. DOI:https://doi.org/10.3390/antibiotics11010023.
14. Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., Korobeynikov A. Using SPAdes de novo assembler // Current Protocols in Bioinformatics. 2020. No. 70 (1). Article number 102. DOI:https://doi.org/10.1002/cpbi.102.
15. Rose R., Golosova O., Sukhomlinov D., Tiunov A., Prosperi M. Flexible design of multiple metagenomics classification pipelines with UGENE // Bioinformatics. 2019. No. 35 (11). Pp. 1963–1965. DOI:https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty901.
16. Mikheenko A., Prjibelski A., Saveliev V., Antipov D., Gurevich AVersatile genome assembly evaluation with QUAST-LG // Bioinformatics. 2018. No. 34 (13). Pp. i142–i150. DOI:https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty266.
17. Li W., O’Neill K. R., Haft D. H., et al. RefSeq: expanding the Prokaryotic Genome Annotation Pipeline reach with protein family model curation // Nucleic Acids Research. 2021. No. 49 (1). Pp. 1020–1028. DOI:https://doi.org/10.1093/nar/gkaa1105.
18. Escherichia coli strain:533 [Электронный ресурс]. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA887444 (дата обращения: 26.01.2024).
19. Frey J. RTX Toxins of Animal Pathogens and Their Role as Antigens in Vaccines and Diagnostics // Toxins. 2019. No. 11. Article number 719. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins11120719.
20. Duan Q., Xia P., Nandre R., Zhang W., Zhu G. Review of Newly Identified Functions Associated With the Heat-Labile Toxin of Enterotoxigenic Escherichia coli // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2019. No. 9. Article number 292. DOI:https://doi.org/10.3389/fcimb.2019.00292.
21. Li Ya., Li Yu., Mengist H. M., et al. Structural Basis of the Pore-Forming Toxin/Membrane Interaction // Toxins. 2021. No. 13. Article number 128. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins13020128.
22. Cameron A., Zaheer R., Adator E. H., Barbieri R. Bacteriocin Occurrence and Activity in Escherichia coli Isolated from Bovines and Wastewater // Toxins. 2019. No. 11. Article number 475. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins11080475.
23. Murase K. Cytolysin A (ClyA): A Bacterial Virulence Factor with Potential Applications in Nanopore Technology, Vaccine Development, and Tumor Therapy // Toxins. 2022. No. 14 (2). Article number 78. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins14020078.
24. Schwidder M., Heinisch L. and Schmidt H. Genetics, Toxicity, and Distribution of Enterohemorrhagic Escherichia coli Hemolysin // Toxins. 2019. No. 11. Article number 502. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins11090502.
