Аннотация
Представители рода Corynebacterium в настоящее время приобретают все большее значение в этиологии различных инфек-
ционных осложнений, в том числе и у иммунокомпрометированных лиц, обладая множественной устойчивостью к анти-
биотикам. В этой связи поиск эффективных противомикробных препаратов, в том числе разработка фаготерапии, явля-
ется актуальным направлением современного здравоохранения. Однако в процессе эволюции бактерии выработали ряд за-
щитных механизмов, позволяющих им приобретать устойчивость к бактериофагам. Одним из таких механизмов являются
CRISPR/Cas-системы.
Цель — сравнить CRISPR/Cas-системы различных штаммов C. amycolatum, C .jeikeium, C. striatum, C. urealyticum и опреде-
лить специфические различия в их спейсерном составе.
Материал и методы. Проведен сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей полных геномов 9 штаммов ко-
ринебактерий, представленных в свободном доступе в NCBI GenBank. Идентификация CRISPR-локусов и Сas-генов, анализ
спейсерных последовательностей, поиск фаговых последовательностей в геноме коринебактерий осуществляли с помощью
онлайн-приложений CRISPR-Cas++, CRISPRОne, CRISPRTarget, PHASTER.
Результаты. В геноме изучаемых штаммов идентифицированы CRISPR/Cas-системы I-E типа. Установлено, что CRISPR-
кассеты штаммов C. amycolatum, C. jeikeium, C. striatum, C. urealyticum состоят из повторов размером 28-29 п.н., но отлича-
ются своим спейсерным составом. В результате исследования определено, что на изучаемые штаммы рода Corynebacterium
оказывают влияние фаги бактерий, относящиеся к родам Corynebacterium, Mycobacterium, Gordonia, Arthrobacter, Pseudomonas,
Shigella, Pseudomonas, Acinetobacter. В изученных геномах обнаружены гомологичные следующим бактериофагам по-
следовательности: эшерихиозному фагу, несущему гены, ответственные за синтез бета-лактамаз расширенного спектра
действия, фагам коринебактерий, сальмонеллезному фагу, несущему информацию об устойчивости к цефалоспоринам тре-
тьего поколения, стафилококковому фагу и другим.
Заключение. Расшифровка и изучение спейсерного состава в CRISPR-кассетах у представителей рода Corynebacterium по-
зволяет спрогнозировать их устойчивость к комплементарным фагам.
Annotation
Representatives of the genus Corynebacterium are currently becoming increasingly important in the etiology of various diseases,
including in immunocompromised individuals, possessing multiple resistance to antibiotics. In this regard, the search for effective
antimicrobial drugs, including the development of phage therapy, is a relevant area of modern healthcare. However, in the process of
evolution, bacteria have developed a number of protective mechanisms that allow them to acquire resistance to bacteriophages. One
of these mechanisms is the CRISPR/Cas system.
Aim — comparison of the CRISPR/Cas system of different strains of C.amycolatum, C.jeikeium, C.striatum, C.urealyticum and to
determine specific differences in their spacer composition.
Material and methods. A comparative analysis of the nucleotide sequences of the complete genomes of 9 strains of corynebacteria,
freely available in NCBI GenBank. Identification of CRISPR loci and Cas genes, analysis of spacer sequences, and search for phage
sequences in the genome of corynebacteria were carried out using online applications CRISPR-Cas++, CRISPRОne, CRISPRTarget,
PHASTER.
Results. Type I-E CRISPR/Cas systems were identified in the genome of the studied strains. It has been established that CRISPR
cassettes of the strains C.amycolatum, C.jeikeium, C.striatum, C.urealyticum consist of repeats of 28-29 bp in size, but differ in
their spacer composition. As a result of the study, it was determined that the studied strains of the genus Corynebacterium could be
most influenced by bacteriophages of the genus Corynebacterium, Mycobacterium, Gordonia, Arthrobacter, Pseudomonas, Shigella,
Pseudomonas, Acinetobacter. In addition, in the studied genomes, sequences homologous to the following bacteriophages were found:
Escherichia phage, which carries extended-spectrum beta-lactamase genes in its genome, corynebacterial phages, Salmonella phage
resistant to third-generation cephalosporins, staphylococcal phage and others.
Conclusion. Decoding and studying the spacer composition in CRISPR cassettes in representatives of the genus Corynebacterium may
make it possible to predict their resistance to complementary phages using bioinformatics analysis.
Key words: Corynebacterium; C.amycolatum; C.jeikeium; C.striatum; C.urealyticum; CRISPR/Cas systems; spacers; bacteriophages;
genomes
Список литературы
Л И Т Е РАТ У РА ( П П . 5 — 9 , 1 0 — 1 2 , 1 4 , 1 7 , 1 8
С М . R E F E R E N C E S )
5. Мангутов Э.О., Алиева А.А., Харсеева Г.Г., Воронина Н.А., Алек-
сеева Л.П., Евдокимова В.В. и др. Corynebacterium spp.: взаимос-
вязь патогенных свойств и резистентности к антимикробным пре-
паратам. Клиническая лабораторная диагностика. 2022; 67 (9):
519-24.
6. Мангутов Э.О., Харсеева Г.Г., Подойницына О.А., Кругликов В.Д.,
Носков А.К., Алютина Э.Л. и др. Corynebacterium spp.: отличия
фено- и генотипических маркеров патогенности изолятов от боль-
ных с воспалительными заболеваниями респираторного тракта и
практически здоровых лиц. Клиническая лабораторная диагно-
стика. 2023; 68 (10): 604-11.
7. Мангутов Э.О., Харсеева Г.Г., Подойницына О.А., Носков А.К.,
Кругликов В.Д., Алютина Э.Л. и др. Corynebacterium spp.: анализ
профилеф резистентности к антимикробным препаратам у изоля-
тов от больных с воспалительными заболеваниями респираторно-
го тракта и практически здоровых лиц. Клиническая лаборатор-
ная диагностика. 2023; 68 (6): 356-64.
8. Харсеева Г.Г., Мангутов Э.О., Алутина Э.Л., Бут О.М., Пахомова
А.Е. Этиологическая значимость штаммов Corynebacterium spp. в
развитии заболеваний респираторного тракта. Клиническая лабо-
раторная диагностика. 2021; 66 (11): 673-7.
9. Мангутов Э.О., Харсеева Г.Г., Алутина Э.Л. Corynebacterium spp.
– проблемные патогены респираторного тракта человека (обзор
литературы). Клиническая лабораторная диагностика. 2021; 66
(8): 502-8.
13. Перепанова Т.С., Казаченко А.В., Хазан П.Л., Малова Ю.А. Тера-
певтическое применение бактериофагов: назад в будущее. Кли-
ническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2021;
23(1): 55-64.
15. Борисенко А.Ю., Джиоев Ю.П., Перетолчина Н.П., Степаненко
Л.А., Кузьминова Ч., Кокорина Л.А. и др. Биоинформационный
поиск и анализ структур CRISPR/Cas-систем в геноме штамма
Staphylococus aureus и оценка профилей фаговых рас, детектиру-
емых через CRISPR-кассету бактерий. Acta Biomedica Scientifica.
2018; 3(5): 49-53.
16. Перетолчина Н.П., Борисенко А.Ю., Джиоев Ю.П., Злобин В.И.
Сравнительный анализ CRISPR-систем штаммов Yersinia pseudo-
tuberculosis IP32953 и ip31758. Acta Biomedica Scientifica. 2018;
3(5): 54-8.
19. Чеботарь И.В., Бочарова Ю.А. Загадочный Achromobacter. Кли-
ническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022;
24(1): 4-12.
R E F E R E NC E S
1. Ramos J. N., Rodrigues I. D.S., Baio Pa. V. P., Veras J. F. C., Ramos R.
T. J., Pacheco L.G. et al. Genome sequence of a multidrug-resistant
Corynebacterium striatum isolated from bloodstream infection from
a nosocomial outbreak in Rio de Janeiro, Brazil. Mem. Inst. Oswaldo
Cruz. 2018; 113(9): 1-5.
2. Fernandez L.V., Fortuny A.S., Rodriguez E.F. Corynebacterium pyruviciproducens
and Corynebacterium amycolatum mastitis in immunocompetent
no breastfeeding women. Revista Argentina de Microbiología.
2021; 53(11): 39-42.
3. Pope W.H., Mavrich T.N., Garlena R.A., Guerrero-Bustamante C.A.,
Jacobs-Sera D., Montgomery M.T. et al. Bacteriophages of Gordonia
spp. display a spectrum of diversity and genetic relationships. mBio.
2017; 8(4): 1-20.
4. Araújo C.L., Alves J.T.C., Dias L.M., Lima A.C.S. The genus Corynebacterium
in the genomic era. Basic biology and applications of
Actinobacteria. London, UK: IntechOpen; 2018: 59.
5. Mangutov E.O., Alieva A.A., Kharseeva G.G., Voronina N.A., Alekseeva
L.P., Evdokimova V.V. et al. Corynebacterium spp.: relationship
of pathogenic properties and antimicrobial resistance. Klinicheskaya
Laboratornaya Diagnostika. 2022; 67 (9): 519-24. (in Russian)
6. Mangutov E.O., Kharseeva G.G., Podoynitsyna O.A., Kruglikov
V.D., Noskov A.K., Alyutina E.L. et al. Corynebacterium spp.: analysis
of antimicrobial resistance profiles in isolates from patients with
inflammatory diseases of the respiratory tract and practically healthy
individuals. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika. 2023; 68
(10): 604-11. (in Russian)
7. Mangutov E.O., Kharseeva G.G., Podoynitsyna O.A., Noskov A.K.,
Kruglikov V.D., Alyutina E.L. et al. Corynebacterium spp.: analysis
of antimicrobial resistance profiles in isolates from patients with inflammatory
diseases of the respiratory tract and practically healthy
individuals. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika. 2023; 68 (6):
356-64. (in Russian)
8. Kharseeva G.G., Mangutov E.O., Alutina E.L., But O.M., Pahomova
A.E. Etiological significance of Corynebacterium spp. in the development
of diseases of the respiratory tract. Klinicheskaya Laboratornaya
Diagnostika. 2021; 66 (11): 673-7. (in Russian)
9. Mangutov E.O., Kharseeva G.G., Alutina E.L. Corynebacterium spp.
– problematic pathogens of the human respiratory tract (review of
literature). Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika. 2021; 66(8):
502-8. (in Russian)
10. Jesus H.N.R., Rocha D.J.P.G., Ramos R.T.J., Silva A. Brenig B.
Góes-Neto A. et al. Pan-genomic analysis of Corynebacterium
amycolatum gives insights into molecular mechanisms underpinning
the transition to a pathogenic phenotype. Front. Microbiol. 2022; 13:
1-11.
11. Sahu V., Pathak M. M., Das P., Ravi A. Corynebacterium jeikeium as
an unusual cause of keratitis: a case report from a tertiary care hospital
in Chhattisgarh, India. Cureus. 2021; 13(12): 1-11.
12. Salem N., Salem L., Saber S., Ismail G., Bluth M. H. Corynebacterium
urealyticum: a comprehensive review of an understated organism.
Infection and Drug Resistance. 2015; 8: 129-45.
13. Perepanova T.S., Kazachenko A.V., Khazan P.L., Malova Yu.A. Therapeutic
application of bacteriophages: back to the future. Klinicheskaya
mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2021; 23(1):
55-64. (in Russian)
14. Koonin E.V., Makarova K.S., Zhang F. Diversity, classification and
evolution of CRISPR-Cas systems. Curr. Opin. Microbiol. 2017; 37:
67-78.
15. Borisenko. A.Yu., Dzhioev Yu.P., Peretolchina N.P., Stepanenko L.A.,
Kuzminova Ch., Kokorina L. A. et al. Bioinformatic search and analysis
of the structures of CRISPR/Cas systems in the genome of the
Staphylococus aureus strain and assessment of the profiles of phage
races detected through the bacterial CRISPR cassette. Acta Biomedica
Scientifica. 2018; 3(5): 49-53. (in Russian)
16. Peretolchina N.P., Borisenko A.Yu., Dzhioev Yu.P., Zlobin V.I. Comparative
analysis of CRISPR systems of Yersinia pseudotuberculosis
strains IP32953 and ip31758. Acta Biomedica Scientifica. 2018; 3(5):
54-8. (in Russian)
17. Jia J., Liu M., Feng L., Wang Z. Comparative genomic analysis reveals
the evolution and environmental adaptation of Acinetobacter
johnsonii. Gene. 2022; 808: 1-20.
18. Gutiérrez-Gaitán M.P., Montoya-Moncada A.D., Suescún-Vargas J.
M., Pinzón-Salamanca J.Y ., Aguirre-Borrero B. L. Emerging species
in pediatrics: a case of Acinetobacter johnsonii meningitis. Bol. Med.
Hosp. Infant Mex. 2012; 79(1): 51-5.
19. Chebotar` I.V., Bocharova Yu.A. Mysterious Achromobacter.
Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya.
2022; 24(1): 4-12. (in Russian)
20. Rizwan M., Arshad M., Kashif M., Durrani A.Z., Abbas A., Ahmad
T. et al. CRIPSR case system: Biological role in bacterial virulence,
genome editing and in antimicrobial resistance. Punjab Univ. J. Zool.
2021; 36(1): 111-8.
21. Essoh C., Blouin Y., Loukou G., Cablanmian A., Lathro S., Kutter
E. et al. The Susceptibility of Pseudomonas aeruginosa strains from
cystic fibrosis patients to bacteriophages. PLoS One. 2013; 8(4): 1-12.