Đa dạng di truyền của các chủng Burkholderia pseudomallei lâm sàng: Lai ghép trừ bóc tách tiết lộ một tiền thực khuẩn thể đặc trưng Burkholderia mallei trong B. pseudomallei 1026b

Journal of Bacteriology - Tập 186 Số 12 - Trang 3938-3950 - 2004
David DeShazer1
1Bacteriology Division, United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases, Fort Detrick, Maryland 21702

Tóm tắt

TÓM TẮT

Burkholderia pseudomallei là tác nhân gây bệnh melioidosis và là một mối đe dọa sinh học loại B. Trình tự bộ gen của B. pseudomallei K96243 đã được xác định gần đây, nhưng hầu như chưa có nhiều thông tin về sự đa dạng di truyền tổng thể của loài này. Kỹ thuật lai ghép trừ bóc tách đã được áp dụng để đánh giá sự biến đổi di truyền giữa hai chủng lâm sàng khác biệt của B. pseudomallei , 1026b và K96243. Nhiều yếu tố di động di truyền, bao gồm một thực khuẩn thể ôn hòa được gọi là φ1026b, đã được xác định trong các sản phẩm lai ghép trừ bóc tách đặc trưng cho 1026b. Thực khuẩn thể φ1026b được 1026b sản xuất tự phát và có phổ ký chủ hạn chế, chỉ nhiễm Burkholderia mallei . Nó có một đuôi không co giãn, một đầu đẳng hướng và một bộ gen dài 54,865 bp. Tính khảm của bộ gen φ1026b được tiết lộ khi so sánh với thực khuẩn thể φE125, một thực khuẩn thể đặc trưng cho B. mallei , được sản xuất bởi Burkholderia thailandensis . Các gen của φ1026b về đóng gói DNA, hình thái hóa đuôi, phân giải ký chủ, tích hợp và sao chép DNA gần như giống hệt với các gen tương ứng trong φE125. Ngược lại, các gen của φ1026b liên quan đến hình thái hóa đầu giống với các gen của thực khuẩn thể Pseudomonas putidaPseudomonas aeruginosa . Phù hợp với quan sát này, kính hiển vi điện tử vàng miễn dịch cho thấy rằng kháng huyết thanh toàn thân chống lại φE125 phản ứng với đuôi của φ1026b nhưng không với đầu. Kết quả được trình bày ở đây gợi ý rằng các chủng B. pseudomallei có sự không đồng nhất di truyền và các thực khuẩn thể là các thành tố chính đóng góp vào sự đa dạng bộ gen của loài này. Thực khuẩn thể được đặc tính hóa trong nghiên cứu này có thể là công cụ chẩn đoán hiệu quả để phân biệt B. pseudomalleiB. mallei , hai tác nhân đe dọa sinh học liên quan chặt chẽ.

Từ khóa

#Burkholderia pseudomallei #melioidosis #thực khuẩn thể #đa dạng di truyền #lai ghép trừ bóc tách.

Tài liệu tham khảo

Ackermann, H.-W. 2003. Bacteriophage observations and evolution. Res. Microbiol. 154 : 245-251.

10.1093/nar/25.17.3389

Anuntagool, N., P. Aramsri, T. Panichakul, V. Wuthiekanun, R. Kinoshita, N. J. White, and S. Sirisinha. 2000. Antigenic heterogeneity of lipopolysaccharide among Burkholderia pseudomallei clinical isolates. Southeast Asian J. Trop. Med. Public Health 31 : 146-152.

10.1099/0022-1317-51-7-539

Boyd, E. F., and H. Brussow. 2002. Common themes among bacteriophage-encoded virulence factors and diversity among the bacteriophages involved. Trends Microbiol. 10 : 521-529.

Brämer, C. O., P. Vandamme, L. F. da Silva, J. G. C. Gomez, and A. Steinbüchel. 2001. Burkholderia sacchari sp. nov., a polyhydroxyalkanoate-accumulating bacterium isolated from soil of a sugar-cane plantation in Brazil. Int. J. Syst. Bacteriol. E vol. Microbiol. 51 : 1709-1713.

10.1099/00207713-48-1-317

10.1128/JB.185.22.6600-6608.2003

Brown, N. F., and I. R. Beacham. 2000. Cloning and analysis of genomic differences unique to Burkholderia pseudomallei by comparison with B. thailandensis. J. Med. Microbiol. 49 : 993-1001.

10.1046/j.1365-2958.2001.02228.x

Brussow, H., and R. W. Hendrix. 2002. Phage genomics: small is beautiful. Cell 108 : 13-16.

10.1128/JB.184.3.849-852.2002

10.1128/AEM.66.9.4139-4141.2000

Campbell, A. 2003. Prophage insertion sites. Res. Microbiol. 154 : 277-282.

Canchaya, C., G. Fournous, S. Chibani-Chennoufi, M.-L. Dillmann, and H. Brussow. 2003. Phage as agents of lateral gene transfer. Curr. Opin. Microbiol. 6 : 417-424.

10.1128/MMBR.67.2.238-276.2003

10.1046/j.1365-2958.2003.03580.x

Chaowagul, W., N. J. White, D. A. Dance, Y. Wattanagoon, P. Naigowit, T. M. Davis, S. Looareesuwan, and N. Pitakwatchara. 1989. Melioidosis: a major cause of community-acquired septicemia in northeastern Thailand. J. Infect. Dis. 159 : 890-899.

Coenye, T., E. Falsen, B. Hoste, M. Ohlen, J. Goris, J. R. W. Govan, M. Gillis, and P. Vandamme. 2000. Description of Pandoraea gen. nov. with Pandoraea apista sp. nov., Pandoraea pulmonicola sp. nov., Pandoraea pnomenusa sp. nov., Pandoraea sputorum sp. nov. and Pandoraea norimbergensis comb. nov. Int. J. Syst. E vol. Microbiol. 50 : 887-899.

Craig, N. L. 1988. The mechanism of conservative site-specific recombination. Annu. Rev. Genet. 22 : 77-105.

Currie, B. J., D. A. Fisher, D. M. Howard, J. N. Burrow, D. Lo, S. Selva-Nayagam, N. M. Anstey, S. E. Huffam, P. L. Snelling, P. J. Marks, D. P. Stephens, G. D. Lum, S. P. Jacups, and V. L. Krause. 2000. Endemic melioidosis in tropical northern Australia: a 10-year prospective study and review of the literature. Clin. Infect. Dis. 31 : 981-986.

Dance, D. A. B. 2002. Melioidosis. Curr. Opin. Infect. Dis. 15 : 127-132.

10.1128/jb.179.7.2116-2125.1997

10.1046/j.1365-2958.1998.01139.x

DeShazer, D., and D. E. Woods. 1999. Animal models of melioidosis, p. 199-203. In O. Zak and M. Sande (ed.), Handbook of animal models of infection. Academic Press Ltd., London, United Kingdom.

DeShazer, D., and D. E. Woods. 1999. Pathogenesis of melioidosis: use of Tn5-OT182 to study the molecular basis of Burkholderia pseudomallei virulence. J. Infect. Dis. Antimicrob. Agents 16 : 91-96.

DeShazer, D., D. M. Waag, D. L. Fritz, and D. E. Woods. 2001. Identification of a Burkholderia mallei polysaccharide gene cluster by subtractive hybridization and demonstration that the encoded capsule is an essential virulence determinant. Microb. Pathog. 30 : 253-269.

Feng, T., Z. Li, W. Jiang, B. Breyer, L. Zhou, H. Cheng, R. C. Haydon, A. Ishikawa, M. A. Joudeh, and T.-C. He. 2002. Increased efficiency of cloning large DNA fragments using a lower copy number plasmid. BioTechniques 32 : 992-998.

Finkelstein, R. A., P. Atthasampunna, and M. Chulasamaya. 2000. Pseudomonas (Burkholderia) pseudomallei in Thailand, 1964-1967; geographic distribution of the organism, attempts to identify cases of active infection, and presence of antibody in representative sera. Am. J. Trop. Med. Hyg. 62 : 232-239.

10.1128/JCM.41.10.4647-4654.2003

Godfrey, A. J., S. Wong, D. A. Dance, W. Chaowagul, and L. E. Bryan. Pseudomonas pseudomallei resistance to beta-lactam antibiotics due to alterations in the chromosomally encoded beta-lactamase. Antimicrob. Agents Chemother. 35 : 1635-1640.

10.1128/JCM.41.5.2068-2079.2003

Gotfredsen, M., and K. Gerdes. 1998. The Escherichia coli relBE genes belong to a new toxin-antitoxin gene family. Mol. Microbiol. 29 : 1065-1076.

Hacker, J., G. Blum-Oehler, I. Muldorfer, and H. Tschape. 1997. Pathogenicity islands of virulent bacteria: structure, function and impact on microbial evolution. Mol. Microbiol. 23 : 1089-1097.

Hacker, J., and E. Carniel. 2001. Ecological fitness, genomic islands and bacterial pathogenicity. EMBO Rep. 2 : 376-381.

Hendrix, R. W., G. F. Hatfull, and M. C. M. Smith. 2003. Bacteriophage with tails: chasing their origins and evolution. Res. Microbiol. 154 : 253-257.

Hoiseth, S. K., and B. A. D. Stocker. 1981. Aromatic-dependent Salmonella typhimurium are non-virulent and effective as live vaccines. Nature 291 : 238-239.

Holloway, B. W., U. Romling, and B. Tummler. 1994. Genomic mapping of Pseudomonas aeruginosa PAO. Microbiology 140 : 2907-2929.

10.1016/S0378-1119(02)00481-X

Juhala, R. J., M. E. Ford, R. L. Duda, A. Youlton, G. F. Hatfull, and R. W. Hendrix. 2000. Genomic sequences of bacteriophages HK97 and HK022: pervasive genetic mosaicism in the lambdoid bacteriophages. J. Mol. Biol. 299 : 27-51.

Knirel, Y. A., N. A. Paramonov, A. S. Shashkov, N. K. Kochetkov, R. G. Yarullin, S. M. Farber, and V. I. Efremenko. 1992. Structure of the polysaccharide chains of Pseudomonas pseudomallei lipopolysaccharides. Carbohydr. Res. 233 : 185-193.

10.1128/JB.182.21.6066-6074.2000

10.1128/jcm.33.3.513-518.1995

10.1128/JCM.38.2.910-913.2000

Manzeniuk, O. I., N. V. Volozhantsev, and E. A. Svetoch. 1994. Identification of Pseudomonas mallei bacteria with the help of Pseudomonas pseudomallei bacteriophages Mikrobiologiya 63 : 537-544. (In Russian.)

10.1128/iai.57.3.771-778.1989

Mongkolsuk, S., S. Rabibhadana, P. Vattanaviboon, and S. Loprasert. 1994. Generalized and mobilizabile positive-selection cloning vectors. Gene 143 : 145-146.

Nakagawa, I., K. Kurokawa, A. Yamashita, M. Nakata, Y. Tomiyasu, N. Okahashi, S. Kawabata, K. Yamazaki, T. Shiba, T. Yasunaga, H. Hayashi, M. Hattori, and S. Hamada. 2003. Genomic sequencing of an M3 strain of Streptococcus pyogenes reveals a large-scale genomic rearrangement in invasive strains and new insights into phage evolution. Genome Res. 13 : 1042-1055.

10.1038/35012500

Ochman, H., and N. A. Moran. 2001. Genes lost and genes found: evolution of bacterial pathogenesis and symbiosis. Science 292 : 1096-1098.

Osborn, A. M., and D. Boltner. 2002. When phage, plasmids, and transposons collide: genomic islands, and conjugative- and mobilizable-transposons as a mosaic continuum. Plasmid 48 : 202-212.

10.1128/MMBR.62.1.1-34.1998

10.1128/iai.63.9.3348-3352.1995

Rahme, L. G., E. J. Stevens, S. F. Wolfort, J. Shao, R. G. Tompkins, and F. M. Ausubel. 1995. Common virulence factors for bacterial pathogenicity in plants and animals. Science 268 : 1899-1902.

10.1128/IAI.69.1.34-44.2001

10.3201/eid0802.010164

Schell, M. A. 1993. Molecular biology of the LysR family of transcriptional regulators. Annu. Rev. Microbiol. 47 : 597-626.

10.1128/JCM.37.7.2201-2208.1999

10.1038/nbt1183-784

Sleator, R. D., and C. Hill. 2002. Bacterial osmoadaptation: the role of osmolytes in bacterial stress and virulence. FEMS Microbiol. Rev. 26 : 49-71.

Smith, M. D., V. Wuthiekanun, A. L. Walsh, and N. J. White. 1995. Quantitative recovery of Burkholderia pseudomallei from soil in Thailand. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 89 : 488-490.

10.1128/jb.74.5.668-672.1957

Tatusova, T. A., and T. L. Madden. 1999. BLAST 2 Sequences, a new tool for comparing protein and nucleotide sequences. FEMS Microbiol. Lett. 174 : 247-250.

10.1128/JB.185.3.1018-1026.2003

Wang, I.-N., D. L. Smith, and R. Young. 2000. Holins: the protein clocks of bacteriophage infections. Annu. Rev. Microbiol. 54 : 799-825.

Whalen, M. C., R. W. Innes, A. F. Bent, and B. J. Staskawicz. 1991. Identification of Pseudomonas syringae pathogens of Arabidopsis and a bacterial locus determining avirulence on both Arabidoposis and soybean. Plant Cell 3 : 49-59.

White, N. J. 2003. Melioidosis. Lancet 361 : 1715-1722.

Wilson, K. 1987. Preparation of genomic DNA from bacteria, p. 2.4.1-2.4.5. In F. M. Ausubel, R. Brent, R. E. Kingston, et al. (ed.), Current protocols in molecular biology. John Wiley & Sons, New York, N.Y.

Woo, P. C. Y., P. K. L. Leung, H.-W. Tsoi, B. Y. L. Chan, T.-L. Que, and K.-Y. Yuen. 2002. Characterization of a novel insertion sequence, ISBp1, in Burkholderia pseudomallei. Arch. Microbiol. 177 : 267-273.

10.1128/JB.184.14.4003-4017.2002

Wuthiekanun, V., M. D. Smith, D. A. Dance, and N. J. White. 1995. Isolation of Pseudomonas pseudomallei from soil in north-eastern Thailand. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 89 : 41-43.

Yabuuchi, E., Y. Kosako, M. Arakawa, H. Hotta, and I. Yano. 1992. Identification of Oklahoma isolate as a strain of Pseudomonas pseudomallei. Microbiol. Immunol. 36 : 1239-1249.

Yabuuchi, E., Y. Kawamura, T. Ezaki, M. Ikedo, S. Dejsirilert, N. Fujiwara, T. Naka, and K. Kobayashi. 2000. Burkholderia uboniae sp. nov., l-arabinose-assimilating but different from Burkholderia thailandensis and Burkholderia vietnamiensis. Microbiol. Immunol. 44 : 307-317.

Zhang, H., S. Hanada, T. Shigematsu, K. Shibuya, Y. Kamagata, T. Kanagawa, and R. Kurane. 2000. Burkholderia kururiensis sp. nov., a trichloroethylene (TCE)-degrading bacterium isolated from an aquifer polluted with TCE. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 50 : 743-749.