actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2018-3.5.8actabiomedica-707Research ArticleГЕНЕТИКА, ПРОТЕОМИКА И МЕТАБОЛОМИКАGENETICS, PROTEOMICS AND METABOLOMICSСРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ CRISPR-СИСТЕМ ШТАММОВ YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS IP32953 И IP31758COMPARATIVE ANALYSIS OF CRISPR-CAS SYSTEM STRUCTURES OF YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS IP32953 AND IP31758https://orcid.org/0000-0001-9426-5197ПеретолчинаН. П.PeretolchinaN. P.

664047, г. Иркутск, ул. Трилиссера, 78.

аспирант кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии; лаборант-исследователь.

ul. Krasnogo Vosstaniya 1, Irkutsk 664003.

ul. Trilissera 78, Irkutsk 664047.

Postgraduate at the Department of Microbiology, Virology and Immunology; Clinical Research Assistant.

nadine1lenz@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6094-5864БорисенкоА. Ю.BorisenkoA. Y.

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

аспирант, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии.

ul. Krasnogo Vosstaniya 1, Irkutsk 664003.

Postgraduate, Teaching Assistant at the Department of Microbiology, Virology and Immunology.

89500720225@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5410-5113ДжиоевЮ. П.DzhioevYu. P.

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией молекулярной вирусологии и биотехнологии НИИ биомедицинских технологий.

ul. Krasnogo Vosstaniya 1, Irkutsk 664003.

Candidate of Biological Sciences, Leading Research Officer, Head of the Laboratory of Molecular Virology and Biotechnology, Research Institute of Biomedical Technologies.

alanir07@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0164-5113ЗлобинВ. И.ZlobinV. I.

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, директор НИИ биомедицинских технологий.

ul. Krasnogo Vosstaniya 1, Irkutsk 664003.

Doctor of Medical Sciences, Professor, Academician of RAS, Head of the Department of Microbiology, Virology and Immunology, Director of the Research Institute of Biomedical Technologies.

 

vizlobin@mail.ruФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России; ФКУЗ Иркутский ордена научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора.Irkutsk State Medical University; Irkutsk Antiplague Research Institute of Siberia and Far East of Rospotrebnadzor.ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России.Irkutsk State Medical University.201828092018355459Copyright © Перетолчина Н.П., Борисенко А.Ю., Джиоев Ю.П., Злобин В.И., 20182018Перетолчина Н.П., Борисенко А.Ю., Джиоев Ю.П., Злобин В.И.Peretolchina N.P., Borisenko A.Y., Dzhioev Y.P., 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://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/707

Псевдотуберкулёз сохраняет свою актуальность для здравоохранения России и многих зарубежных стран. Для мониторинга популяций Y. рseudotuberculosis перспективно использование CRISPR-типирования, обладающего, как показано при изучении Y. pestis, высокой разрешающей способностью.

Цель настоящего исследования: охарактеризовать и сравнить CRISPR-локусы штаммов Yersinia pseudotuberculosis IP32953 и IP31758, вызывающих, соответственно, классическую псевдотуберкулёзную инфекцию и дальневосточную скарлатиноподобную лихорадку.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проанализированы полногеномные последовательности штаммов Y. pseudotuberculosis IP329353 и IP31758 (NC_006155 и NC_009708 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, которые включают в себя один набор cas-генов и несколько локусов, значительно удалённых друг от друга. В геноме штамма Y. pseudotuberculosis IP329353 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 YP2. CRISPR-системы исследуемых штаммов не имеют одинаковых спейсеров. CRISPR/Cas-системы исследованных штаммов отличаются количеством CRISPR-локусов, их спейсерным составом и структурой cas-белков.

Заключение

Заключение. Полученные результаты определяют перспективу использования CRISPR-локусов в качестве специфических молекулярных маркеров штаммов при изучении внутривидового разнообразия и эволюции Y. pseudotuberculosis.

Background

Background. Pseudotuberculosis is still relevant problem in medical science and public health of Russia and other countries. Typing of Y. рseudotuberculosis strains by their CRISPR systems is a perspective tool for monitoring of Yersinia populations as was shown in Y. pestis.

Aims

Aims. Here we describe and compare CRISPR-Cas systems of Yersinia pseudotuberculosis strains IP32953 and IP31758 causing classic pseudotuberculosis and Far-East scarlet-like fever (FESLF) respectively.

Materials and methods

Materials and methods. Complete genomes of Y. pseudotuberculosis IP329353 and IP31758 (NC_006155 and NC_009708 respectively) were obtained from NCBI Nucleotide Database. Search; identification; and analysis of CRISPR systems were carried out by online-tools CRISPROne; CRISPRDetect; and CRISPRTarget.

Results and discussion

Results and discussion. 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 by the combination of program methods. CRISPR-Cas system of this strain consist of 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. CRISPR systems of the analyzed strains differ in CRISPR loci and cas-protein structures that can be used as specific marks of analyzed strains.

Conclusions

Conclusions. We suggest that acquisition of certain spacers may play a role in evolution and divergence of Y. pseudotuberculosis strains.

псевдотуберкулёзCRISPR-Cas системаY. pseudotuberculosisReferencesПеретолчина Н.П., Джиоев Ю.П., Борисенко А.Ю., Воскресенская Е.А., Парамонов А.И., Степаненко Л.А., Колбасеева О.В., Злобин В.И. Биоинформационный анализ CRISPR/Cas системы штамма Yersinia pseudotuberculosis IP32953 // Acta biomedica scientifica. – 2016. – Т. 1, № 5. – С. 64–67. DOI: 10.12737/23384Peretolchina NP, Dzhioev YuP, Borisenko AY, Voskresenskaya EA, Paramonov AI, Stepanenko LA, Kolbaseeva OV, Zlobin VI. (2016). Bioinformation analysis of Yersinia pseudotuberculosis IP32953 CRISPR/Cas system [Bioinformatsionnyy analiz CRISPR/Cas sistemy shtamma Yersinia pseudotuberculosis IP32953]. Acta biomedica scientifica, 1 (5), 64-67. DOI: 10.12737/23384Arndt D, Grant JR, Marcu A, Sajed T, Pon A, Liang Y, Wishart DS. (2016). PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic Acids Res, 44 (W1), W16-W21. DOI: 10.1093/nar/gkw387Arndt D, Grant JR, Marcu A, Sajed T, Pon A, Liang Y, Wishart DS. (2016). PHASTER: a better, faster version of the PHAST phage search tool. Nucleic Acids Res, 44 (W1), W16-W21. DOI: 10.1093/nar/gkw387Biswas A, Gagnon JN, Brouns SJ, Fineran PC, Brown CM. (2013). CRISPRTarget: bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets. RNA Biol, 10 (5), 817-827. DOI: 10.4161/rna.24046Biswas A, Gagnon JN, Brouns SJ, Fineran PC, Brown CM. (2013). CRISPRTarget: bioinformatic prediction and analysis of crRNA targets. RNA Biol, 10 (5), 817-827. DOI: 10.4161/rna.24046Biswas A, Staals RH, Morales SE, Fineran PC, Brown CM. (2016). CRISPRDetect: a flexible algorithm to define CRISPR arrays. BMC genomics, 17 (1), 356. DOI: 10.1186/s12864-016-2627-0Biswas A, Staals RH, Morales SE, Fineran PC, Brown CM. (2016). CRISPRDetect: a flexible algorithm to define CRISPR arrays. BMC genomics, 17 (1), 356. DOI: 10.1186/s12864-016-2627-0Datsenko KA, Pougach K, Tikhonov A, Wanner BL, Severinov K, Semenova E. (2012). Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system. Nature Commun, 3, 945. DOI: 10.1038/ncomms1937Datsenko KA, Pougach K, Tikhonov A, Wanner BL, Severinov K, Semenova E. (2012). Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system. Nature Commun, 3, 945. DOI: 10.1038/ncomms1937Eppinger M, Rosovitz MJ, Fricke WF, Rasko DA, 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. DOI: 10.1371/journal.pgen.0030142Eppinger M, Rosovitz MJ, Fricke WF, Rasko DA, 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. DOI: 10.1371/journal.pgen.0030142Hille F, Richter H, Wong SP, Bratovič M, Ressel S, Charpentier E. (2018). The biology of CRISPR-Cas: backward and forward. Cell, 172 (6), 1239-1259. DOI: 10.1016/j.cell.2017.11.032Hille F, Richter H, Wong SP, Bratovič M, Ressel S, Charpentier E. (2018). The biology of CRISPR-Cas: backward and forward. Cell, 172 (6), 1239-1259. DOI: 10.1016/j.cell.2017.11.032Koskela KA, 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. Environ Microbiol, 17 (11), 4306-4321. DOI: 10.1111/1462-2920.12816Koskela KA, 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. Environ Microbiol, 17 (11), 4306-4321. DOI: 10.1111/1462-2920.12816Medina-Aparicio L, Dávila S, Rebollar-Flores JE, Calva E, Hernández-Lucas I. (2018). The CRISPR-Cas system in Enterobacteriaceae. Pathogens Dis, 76 (1), fty002. DOI: 10.1093/femspd/fty002Medina-Aparicio L, Dávila S, Rebollar-Flores JE, Calva E, Hernández-Lucas I. (2018). The CRISPR-Cas system in Enterobacteriaceae. Pathogens Dis, 76 (1), fty002. DOI: 10.1093/femspd/fty002Nörenberg 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. Int J Med Microbiol, 303 (8), 583-594. DOI: 10.1016/j.ijmm.2013.08.002Nörenberg 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. Int J Med Microbiol, 303 (8), 583-594. DOI: 10.1016/j.ijmm.2013.08.002Pougach K, Semenova E, Bogdanova E, Datsenko KA, Djordjevic M, Wanner BL, Severinov K. (2010). Transcription, processing and function of CRISPR cassettes in Escherichia coli. Mol Microbiol, 77 (6), 1367-1379. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2010.07265.xPougach K, Semenova E, Bogdanova E, Datsenko KA, Djordjevic M, Wanner BL, Severinov K. (2010). Transcription, processing and function of CRISPR cassettes in Escherichia coli. Mol Microbiol, 77 (6), 1367-1379. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2010.07265.xSeecharran 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. Microb Genom, 3 (10). DOI: 10.1099/mgen.0.000133Seecharran 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. Microb Genom, 3 (10). DOI: 10.1099/mgen.0.000133Westra ER, Buckling A, Fineran PC. (2014). CRISPR-Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature Rev Microbiol, 12 (5), 317-326. DOI: 10.1038/nrmicro3241Westra ER, Buckling A, Fineran PC. (2014). CRISPR-Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature Rev Microbiol, 12 (5), 317-326. DOI: 10.1038/nrmicro3241Zhang 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. DOI: 10.1186/s12859-017-1512-4Zhang 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. DOI: 10.1186/s12859-017-1512-4

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