Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

GENOME OF SALMONELLAS

Chugunova E.O. 1 Tatarnikova N.A. 1
1 Permskaya state agricultural academy
Геном сальмонелл состоит из одной кольцевой хромосомы размером 4,8 млн пар нуклеотидов и ряда плазмид от 3 до 100 тысяч пар нуклеотидов (т.п.н.). Обуславливают генетическое разнообразие сальмонелл острова патогенности. Остров патогенности-1 (SPI-1) представляет собой участок ДНК размером 40 тысяч пар оснований, SPI-2 - 40 т.п.н. SPI-3 имеет размер 36 тысяч пар оснований, участвует в процессе внутриклеточного выживания и кодирует транспорт магния. SPI - 4 представляет собой 24 т.п.н. и участвует в адгезии к эпителиальным клеткам. SPI - 5 содержит менее 8 т.п.н. и необходим для инвазирования эпителия кишечника. SPI - 6 кодирует работу T6SS. SPI - 7 самый большой остров патогенности на сегодняшний день, содержит гены биосинтеза капсульного антигена Vi, отвечающего за вирулентность бактерии. SPI - 8 представляет собой фрагмент ДНК и является частью SPI-13. SPI-9 представляет собой локус размером 16 т.п.н. и содержит три гена, кодирующих T1SS. SPI-10 в S. typhi, состоит из 33 т.п.н. и включает несколько функционально несвязанных генов. SPI-11 участвует в интрамакрофагальной выживаемости сальмонелл. SPI – 12 кодирует специфические О-антигены. SPI - 13 состоит из 25 т.п.н. SPI-14 соответствует 9 т.п.н., кодирует цитоплазматические белки. SPI-15 состоит из 6,5 т.п.н., SPI - 16 из 4,5 т.п.н. SPI-17 кодирует остров в 5 т.п.н. SPI-18 размером 2,3 т.п.н., отвечает за инвазию сальмонелл в эпителиальные клетки кишечника человека. Другие острова патогенности не были идентифицированы как модули SPI, но они кодируют гены, ответственные за вирулентность бактерии.
The genome of salmonellas consists of one ring chromosome of 4.8 million couples in size of nucleotides and a number of plasmids from 3 to 100 thousand couples of nucleotides. Genetic variety of salmonellas depend on the spot island of pathogenicity (SPI). The island of pathogenicity-1 (SPI-1) represents a site of DNA of 40 thousand couples in size of the bases. SPI-2 has the size of 40 thousand couples. SPI-3 has the size of 36 thousand couples of the bases, participates in process of an intracellular survival and codes magnesium transport. SPI-4 represents 24 thousand couples and participates in adhesion to epithelial cells. SPI-5 has less than 8 thousand couples in size. It is necessary for inoculation to intestines epithelial cells. SPI - 6 codes work of T6SS. SPI-7 is the biggest island of pathogenicity today. It contains genes of biosynthesis of a Vi-capsular anti-gene. It is responsible for a virulence of a bacterium. SPI-8 is represents a fragment of DNA and it is part SPI-13. SPI-9 is represents a locus of 16 thousand couples in size and contains three genes coding T1SS. SPI-10 is consists of 33 thousand couples (in S. typhi) and includes some functionally untied genes. SPI-11 help to survive salmonellas inside macrophagocytes. SPI-12 is codes specific O-antigeny. SPI-13 consists of 25 thousand couples. SPI-14 is consist of 9 thousand couples. It is codes cytoplasmic proteins. SPI-15 is consist of 6.5 thousand couples. SPI-16 makes of 4.5 thousand couples. SPI-17 codes the island in 5 thousand couples. SPI-18 is consist of 2.3 thousand couples. It is responsible for an invasion of salmonellas in epithelial cells of intestines of person. Other islands of pathogenicity weren´t identified as SPI modules, but they code the genes responsible for a virulence of a bacterium.
island of pathogenicity
serotypes
plasmids
genome of salmonellas
salmonellas

Сальмонеллы - лактозонегативные грамотрицательные палочки удлиненной формы, с закругленными концами длиной 1...4 и шириной 0,3...0,8 мкм. Подавляющее большинство представителей рода Salmonella подвижны (за исключением S. gallinarum-рullorum), органами их движения являются 4-5 жгутиков, расположенных равномерно по всей поверхности микробной клетки [1, 3, 12]. Геном сальмонелл состоит из одной кольцевой хромосомы размером 4,8 млн пар нуклеотидов и ряда плазмид от 3 до 100 тысяч пар нуклеотидов (т.п.н.), при этом обнаружено значительное сходство между плазмидами вирулентности различных серотипов [8, 43, 46].

Геном серовара S.typhimurium полностью расшифрован в 2001 г.[4, 31, 42]. Ранее было установлено, что большинство штаммов S.typhimurium состоят из вирулентных плазмид размером около 90 т.п.н. [18, 19, 25].

 Плазмида S. dublin размером 76 т.п.н., включает 3 района вирулентности [43]. По данным азиатских ученых плазмида S. choleraesuis варьирует от 50 до 110 т.п.н., а у S. enteritidis - 60 т.п.н. [11].  Известно, что некоторые штаммы сальмонелл не имеют плазмид вирулентности, при этом они не теряют своей инвазивной способности [9, 24]. Хромосома S. enterica очень сходна с таковой E.coli и состоит из единственной циркулярной молекулы ДНК размером около 4 млн пар оснований. Среднее суммарное содержание в ней цитозина и гуанина составляет 52% [4].

Информацию о ферментах, ответственных за синтез и сборку полисахаридных частей О-антигена, кодирует кластер генов в локусе rfb хромосомы. Изменения О-антигена происходят в результате лизогенной конверсии хромосомных генов бактериофагами или мутаций [4, 39].

Образование жгутиков зависит от 3 классов генов, функции которых контро­лируются рядом регуляторов, в т.ч. сигма-фактором FliA и его антагонистом антисигма-фактором FlgM. У многих сероваров сальмонелл 2 набора генов флагеллина, из которых в экспрессии белка задействована только 1 аллель. Опероны, контролирующие синтез каждой фазы жгутикового антигена, также кодируют репрессор синтеза другой фазы флагеллина.

У S. enterica имеется 4 пильных оперона: fim (типа 1), lpf (длинных полярных пилей), pef (плазмидокодируемых пилей) и agf (тонких агрегативных пилей) [4].

Хромосомный локус inv включает 14 генов, наиболее известными из них являются invA, invE. Продукты данных генов необходимы для инвазии бактерий через эпителиальные клетки кишечника Часть этих генов гомологична генам E.coli, регулирующим сборку жгутиков [16, 28].

В тесной связи с локусом inv функционирует рядом лежащий локус Spa. Между его 12 генами и генами плазмиды вирулентности шигелл выявлена высокая степень идентичности и сходная последовательность локализации. Сходство ряда генов этих локусов с генами LcrD, LcrE и YscA йерсиний позволяет предполо­жить, что транспортировка инвазивных протеинов сальмонелл осуществляется по тем же механизмам, что и экспорт жгутиковых белков.

Упомянутые локусы включают в себя острова патогенности, обуславливающие генетическое разнообразие  сальмонелл. Сальмонеллы содержат ряд генов вирулентности, известных как модули или острова патогенности. На сегодняшний день известен двадцать один модуль SPI [35, 42]. Остров патогенности-1 (SPI-1) представляет собой участок ДНК размером 40 тысяч пар оснований [16].  Данный модуль кодирует 33 протеина, в т.ч. компоненты секреционной системы типа III (T3SS), регуляторные и секреционные эффекторные протеины, а также опероны. T3SS используются бактериями для введения белков, называемых эффекторами, непосредственно внутрь клеток-хозяев, которые будут выступать в качестве медиаторов вторжения клеток и модификаций, способствующих внутриклеточному росту [35]. Изменение генов invA, invF, invG, hilA, sipC, sipD, spaR и orgB этой системы ведет к 16-100-кратному снижению вирулентности S. enterica. Остров патогенности 2 (SPI-2) имеет размер 40 тысяч пар оснований. Он коди­рует второй вид секреционной системы типа III, который участвует во внутриклеточной выживаемости и системе сборки жгутиков. Приобретение SPI-2 позволило сальмонеллам перейти от выживания к репродукции в клетках хозяина и от местной инфекции пищеварительного тракта к системной диссеминации. Остров патогенности-3 (SPI-3) имеет размер 36 тысяч пар оснований, участвует в процессе внутриклеточного выживания и кодирует транспорт магния. Толь­ко один его ген (mgtC) ассоциирован с вирулентностью - кодируемый им продукт обеспечивает рост бактерии в макрофагах и проявление системной вирулентности за счет адаптации к условиям низкого содержания ионов магния и низкому рН фагосомы [7]. SPI - 4 представляет собой 24 т.п.н. и участвует в адгезии к эпителиальным клеткам [17, 33, 34, 44]. SPI - 5 является небольшим островом патогенности размером менее 8 т.п.н., он необходим для инвазирования эпителия кишечника [44].SPI - 6  кодирует работу T6SS, safABCD фимбриальный кластер генов и инвазивный pagN [15, 41]. SPI - 7  самый большой остров патогенности на сегодняшний день (отсутствует в S . Typhimurium, но присутствует в S .Typhi) [35]. В S . Typhi размер данного модуля составляет 134 т.п.н., что соответствует примерно 150 генов [22, 36]. Этот остров содержит гены биосинтеза капсульного антигена Vi, отвечающего за вирулентность бактерии  [23, 47]. SPI - 8 представляет собой фрагмент ДНК и является частью SPI-13 [35]. SPI-9 представляет собой  локус  размером 16 т.п.н. и содержит три гена, кодирующих T1SS [33, 34]. SPI-10 наиболее полно изучен в S. typhi, состоит из 33 т.п.н. и включает несколько функционально несвязанных генов [6, 13, 35]. Опыты Haneda et al.(2009) показали, что удаление SPI-10 из S. typhimurium штамм 14028 приводит к ослаблению вирулентности сальмонелл [21]. SPI-11 был первоначально идентифицирован в геномной последовательности серовара S. choleraesuis, его размер соответствовал 14 т.п.н. Несколько короче данный остров патогенности в S. typhimurium (6,7 т.п.н.) и в S. typhi (10 т.п.н.). SPI-11 участвует в интрамакрофагальной выживаемости сальмонелл [10, 20, 32]. SPI - 12 состоит из 15,8 т.п.н. в S. typhimurium и 6,3 т.п.н. в S. typhi, кодирует специфические О-антигены [22, 31, 39]. SPI - 13 был первоначально идентифицирован в серотипе S. gallinarum. Состоит из 25 т.п.н., однако 8 т.п.н. несут различную функциональную нагрузку в разных серотипах сальмонелл. Отвечают за гены,  кодирующие работу лиазы, гидролазы, оксидазы; вирулентность бактерии; репликацию внутри макрофагов [21, 37, 38]. SPI-14 соответствует 9 т.п.н., (отсутствует в S. Typhi) [33, 37]. Функция SPI-14 на сегодняшний день невыяснена, но известно, что данный остров патогенности кодирует цитоплазматические белки [14]. SPI-15 остров патогенности размером 6,5 т.п.н. (отсутствует в S. typhimurium). SPI - 16 находится в S. typhimurium и S. typhi,  размер его составляет 4,5 т.п.н. SPI-17 кодирует остров в 5 т.п.н. (отсутствует в S. typhimurium) [42]. SPI-18 был идентифицирован в S. Typhi, размером 2,3 т.п.н., в опытах in vitro установлено, что модуль отвечает за инвазию сальмонелл в эпителиальные клетки кишечника человека. Другие острова патогенности не были идентифицированы как модули SPI, но они кодируют гены, ответственные за вирулентность бактерии. [5, 26, 27].

Регуляторная система PhoP/PhoQ регулирует изменения липополисахаридов самой бактерии, что повышает ее резистентность к меняющимся условиям внешней среды и антимикробным препаратам, а также ведет к затруд­нению распознавания липополисахарида иммунной системой.

Гены spv (spvR, spvA, spvB, spvC и spvD) у S.typhimurium и S.enteritidis лока­лизуются в крупной (размером 50-100 тысяч пар оснований) плазмиде, а у осталь­ных сероваров в хромосоме. Кодируемые ими факторы обеспечивают распространение сальмонелл по организму, репродукцию в моноцитах, а также индук­цию апоптоза последних.

Ген shdA размером в 6105 пар оснований проявляет гомологию с участками ДНК шигелл и диареегенных штаммов E.coli. Он обеспечил S. enterica адаптацию к теплокровным животным и регулирование интенсивности выделения бактерии с фекалиями.

Уникальный ген sifA состоит из 300 пар оснований и имеет более низкое сум­марное содержание гуанина и цитозина (41%), чем другие части ДНК. От­вечает за образование филаментов, связывающих агента с мембраной фагосомы клеток эукариотов [4].

Итак, патогенные свойства микроорганизмов детерминиро­ваны в геноме. Причем некото­рые из них имеют одну группу детерминант, другие - четыре, чем и определяются различия в патогенности сальмонелл [2].

Рецензенты:

Кузнецов В.Ф., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера Минздрава России», г. Пермь;

Самоделкин Е.И., д.м.н., профессор кафедры патологической физиологии ГБОУ ВПО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера Минздрава России», г. Пермь.