Характеристика двух литических бактериофагов, инфицирующих комплекс Streptococcus bovis/equinus (SBSEC) корейских жвачных животных.

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9110 (2023) Цитировать эту статью

122 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Комплекс Streptococcus bovis/equinus (SBSEC) является одной из наиболее важных бактерий рубца, продуцирующих молочную кислоту, вызывающих подострый рубцовый ацидоз. Несмотря на значимость бактерий рубца, литические бактериофаги (фаги), способные инфицировать SBSEC в рубце, охарактеризованы редко. Таким образом, мы описываем биологические и геномные характеристики двух литических фагов (обозначенных как vB_SbRt-pBovineB21 и vB_SbRt-pBovineS21), инфицирующих различные виды SBSEC, включая недавно обнаруженный S. ruminicola. Выделенные фаги SBSEC были морфологически сходны с Podoviridae и могли инфицировать другие роды молочнокислых бактерий, включая Lactococcus и Lactobacillus. Кроме того, они продемонстрировали высокую термическую стабильность и стабильность pH, и эти характеристики вызывают сильную адаптацию к среде рубца, например, низкий pH, обнаруженный при подостром ацидозе рубца. Геномная филогения показала, что оба фага были связаны с фагом C1 Streptococcus фишеттивируса. Однако они имели меньшее сходство нуклеотидов и различную геномную структуру, чем фаг C1. Бактериолитическую активность фага оценивали с использованием S. ruminicola, и фаги эффективно ингибировали рост планктонных бактерий. Более того, оба фага могут предотвращать образование бактериальных биопленок различных штаммов SBSEC и других бактерий, продуцирующих молочную кислоту, in vitro. Таким образом, недавно выделенные два фага SBSEC были классифицированы как новые представители фишеттивируса и могут рассматриваться как потенциальные агенты биоконтроля против бактерий SBSEC рубца и их биопленок.

Комплекс Streptococcus bovis/Streptococcus equinus (SBSEC) представляет собой группу комменсальных бактерий в желудочно-кишечном тракте человека и домашних животных, включая коров, коз и лошадей1. Группа SBSEC была классифицирована на основе фенотипических характеристик видов, включая Streptococcus (S.) equinus (синоним S. bovis), S. Gallolyticus subsp. Galloyticus, S. Gallolyticus subsp. пастерианус, S. Gallolyticus subsp. macedonicus, S. infantarius subsp. infantarius, S. lutetiensis и S. alactolyticus2. Недавно новый вид, S. ruminicola, выделенный от жвачных животных в Южной Корее, был предложен в качестве нового представителя с отличными биологическими свойствами среди штаммов этой группы3. Определенные (под)виды SBSEC вызывают клинические инфекции, такие как инфекционный эндокардит и бактериемия при колоректальном раке. Они также участвуют в метаболических нарушениях у животных, таких как подострый ацидоз рубца у жвачных животных4,5,6, что указывает на значимость этой группы как потенциальных патогенов.

Бактериофаги (фаги) естественным образом заражают бактерии посредством двух жизненных циклов репликации (литического и лизогенного) и обладают высокой специфичностью нацеливания на хозяина, избегая нарушений сообщества микробиома7. Уникальные свойства фагов делают их потенциальными антимикробными средствами для избирательной борьбы с некоторыми патогенными бактериями. Бактериальная биопленка, состоящая из внеклеточных полимерных веществ, обладает высокой устойчивостью к антибиотикам, теплу и кислым условиям, что приводит к увеличению устойчивости к противомикробным препаратам бактерий в абиотических и биотических сообществах8. Сообщалось, что фаги контролируют образование биопленок и проникают в существующую биопленку на поверхности планктонных клеток9. Фаги были обнаружены в рубце в количестве приблизительно 108 популяций частиц на грамм содержимого рубца10, однако мало что известно о биологических свойствах большинства фагов в строгих условиях культивирования. На данный момент известно 14 фагов, инфицирующих Streptococcus spp. были таксономически одобрены Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV; https://ictv.global/taxonomy), и в базе данных GenBank доступно около 800 полностью секвенированных геномов, включая фаги стрептококков. Однако исследования фагов, инфицирующих SBSEC, относительно немногочисленны, чем исследования других Streptococcus sp. несмотря на важность бактерий рубца. Только один геном изолята фага SBSEC φSb01 с морфотипами семейства Siphoviridae в настоящее время доступен на портале Genome Portal11 Объединенного института генома.

33% and predicted 27 and 26 open reading frames (ORFs), respectively. The genome maps are shown in Fig. 5a and Fig. 5b. In both phages, 10 ORFs were predicted as functional proteins, including encapsidation protein, DNA polymerase, putative lysis system-associated proteins, phage tail protein, tail fiber protein, head-to-tail adapter, upper collar protein, and major capsid protein. Additionally, 13 conserved domains were detected in functionally predicted ORFs based on homology comparisons of phage-originated proteins. Over 10 ORFs in phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 were similar (amino acid identities; 25.5–63.6%) to the predicted proteins from Streptococcus phage C119. In addition, over four ORFs were similar (amino acid identities < 45%) to other Podoviridae phages available in the GenBank database, indicating that isolated SBSEC phages possess unique genomic structures. The remaining ORFs were predicted as hypothetical proteins, with unknown proteins annotated using BLASTP searches. Additionally, transmembrane domains were predicted in three ORFs and no signal peptide was predicted in all the ORFs of both phages (Supplementary Tables 1 and 2). tRNA genes and bacterial virulence- and antimicrobial resistance-associated genes were not detected in the genomes of both the isolated phages. The PhageTerm analysis was predicted to be permuted with redundant ends in the isolated phages. Particularly, the genomes of phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 had high similarities to 18 predicted ORFs, and 13 putative functional proteins divided into four functional groups: two nucleotide metabolisms, four viral structure and packaging, four lysis, and three tail structures. However, both phages distinctly differed in the genes present in the intergenic regions between ORF 13 and ORF 15. In phage vB_SbRt-pBovineS21, ORF 14 (171 bp) and ORF 15 (232 bp) were located next to ORF 13, encoding a tail protein of 583 bp in a row; however, the ORF 14 presented in phage vB_SbRt-pBovineS21 was not detected in phage vB_SbRt-pBovineB21 (Fig. 6)./p>