Молекулярно-генетическая характеристика штамма Cutibacterium (Propionibacterium) acnes A1-14 как представителя симбиотической микробиоты человека

Бактерии вида Cutibacterium (ранее Propionibacterium) acnes, с одной стороны, являются представителями нормальной микробиоты кожи человека, а с другой, - способствуют развитию воспалительных процессов, таких как акне, инфекционные осложнения в посттравматический и постоперационный период глаза (эндофтальмит), сердечно-сосудистой системы (эндокардит), центральной нервной системы и опорно-двигательного аппарата (остеомиелит), имплант-ассоциированные инфекции. Используются различные молекулярно-генетические подходы для определения эпидемически значимых генотипов, обладающих высоким патогенетическим потенциалом и генотипов низкопатогенных комменсалов. Впервые проведено полногеномное секвенирование штамма C. acnes A1-14, выделенного из толстого кишечника здорового человека. В результате выравнивания и объединения нуклеотидная последовательность генома составила 2 484 560 пар нуклеотидов. Согласно результатам генотипирования штамм относится к филотипу II, риботипу 6 и сиквенс-типу 7 (схема McDowell A. с соавторами) или 73 (схема Lomholt H.B., Kilian M.). Показано, что в геноме С. acnes A1-14 отсутствуют мобильные элементы, детерминанты патогенности и антибиотикорезистентности, мутации в генах 16S рРНК, 23S рРНК, gyrA, gyrB, parC, parE, установлено наличие CRISPR-Cas структуры. Обнаружена внехромосомная последовательность, принадлежащая геному бактериофага семейства Syphoviridae. С использованием электронно-микроскопического метода исследования дана морфологическая характеристика вириона бактериофага, присутствие которого в виде экстрахромосомной структуры характерно для многих штаммов C. acnes. Таким образом, результаты, полученные в нашем исследовании, дополняют представления о молекулярно-генетических особенностях штаммов C. acnes, выделенных из различных биотопов человека и являющихся представителями симбиотической микробиоты.

Cutibacterium (Propionibacterium) acnes, полногеномное секвенирование, MLST, генотипирование, факторы патогенности, CRISPR-Cas, бактериофаг, Cutibacterium (Propionibacterium) acnes, whole genome sequencing, MLST, genotyping, pathogenicity factors, CRISPR-Cas, bacteriophage

1. Вирусология. Методы // Под редакцией Б. Мейхи. М.: Мир, 1988. 172 с

2. Achermann Y., Goldstein E.J.C., Coenye T., Shirtliffa M.E. Propionibacterium acnes: from commensal to opportunistic biofilm-associated implant pathogen. Clin. Microbiol. Rev., 2014, no. 3,pp. 419-440.

3. Bae Y., Ito T., Iida T., Uchida K., Sekine M., Nakajima Y. et al. Intracellular Propionibacterium acnes infection in glandular epithelium and stromal macrophages of the prostate with or without cancer. PLoS ONE, 2014, no. 2 (9), 11 p. Available at: https://doi.org/10.1371/joumal.pone.0090324 (accessed: 17.01.2017).

4. Brbggemann H. Insights in the pathogenic potential of Propionibacterium acnes from its complete genome. Semin. Cutan. Med. Surg., 2005, no. 2 (24), pp. 67-72.

5. Brbgemann H., Lomholt H.B., Tettelin H., Kilian M. CRISPR/cas loci of type II Propionibacterium acnes confer immunity against acquisition of mobile elements present in type I P. acnes. PLoS ONE, 2012, no. 3 (7), 10 p. Available at: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034171 (accessed: 17.01.2017).

6. Eishi Y., Suga M., Ishige I., Kobayashi D., Yamada T., Takemura T. et al. Quantitative analysis of mycobacterial and propionibacterial DNA in lymph nodes of Japanese and European patients with sarcoidosis. J. Clin. Microbiol., 2002, no. 40, pp. 198-204.

7. Fitz-Gibbon S., Tomida S., Chiu B.-H., Nguyen L., Du C., Liu M. et al. Propionibacterium acnes strain populations in the human skin microbiome associated with acne. J. Invest. Dermatol., 2013, no. 9, pp. 2152-2160.

8. Ghachi M.E., Bouhss A., Blanot D., Mengin-Lecreulx D. The bacA gene of Escherichia coli encodes an undecaprenyl pyrophosphate phosphatase activity. J. Biol. Chem., 2004, no. 29 (279), pp. 30106-30113.

9. Jakab E., Zbinden R, Gubler J., Ruef C., von Graevenitz A., Krause M. Severe infections caused by Propionibacterium acnes: an underestimated pathogen in late postoperative infections. Yale J Biol Med., 1996, no. 6 (69), pp. 477-482.

10. Lodes M.J., Secrist H., Benson D.R., Jen S., Shanebeck K.D., Guderian J. et al. Variable expression of immunoreactive surface proteins of Propionibacterium acnes. Microbiology, 2006, no. 12, pp. 3667-3681.

11. Lomholt H.B., Kilian M. Population genetic analysis of Propionibacterium acnes identifies a subpopulation and epidemic clones associated with acne. PLoS ONE, 2010, no. 8, 10 p. Available at: https://doi.org/10.1371/joumal. pone.0012277 (accessed: 20.01.2017)

12. Lomholt H.B., Scholz C.F.P., BrBggemann H., Tettelin H., Kilian M. A comparative study of Cutibacterium (Propionibacterium) acnes clones from acne patients and healthy controls. Anaerobe, 2017, vol. 47, pp. 57-63.

13. Lood R., Collin M. Characterization and genome sequencing of two Propionibacterium acnes phages displaying pseudolysogeny. BMC Genomics, 2011, no. 12 (198), 14 p. Available at: https:// doi.org/10.1186/1471-2164-12-198 (accessed: 20.04.2015)

14. Makarova K.S., Wolf Y.I., Alkhnbashi O.S., Costa F., Shah S.A., Saunders S.J. et al. An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems. Nat. Rev. Microbiol., 2015, no. 11 (13), pp. 722-736.

15. McDowell A., Perry A.L., Lambert P.A., Patrick S. A new phylogenetic group of Propionibacterium acnes. J. Med. Microbiol., 2008, no. 57, pp. 218-224.

16. McDowell A., Barnard E., Nagy I., Gao A., Tomida S., Li H. et al. An expanded multilocus sequence typing scheme for Propionibacterium acnes: investigation of «pathogenic», «commensal» and antibiotic resistant strains. PLoS ONE, 2012, no. 7, 14 p. Available at: https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0041480 (accessed: 20.01.2017)

17. Romanyuk L.V., Tovkach F.I., Ivanitsa T.V., Kushkina A.I., Ostapchuk A.N., Gorb T.E. Abortive infection in Erwinia carotovora J2, as a source of nanoparticles of phage nature. Мiкробiологiчний журнал, 2010, no. 6, pp. 51-57. (In Ukrain.)

18. Schaeverbeke T., Lequen L., de Barbeyrac B., Labbe L., Bebear C.M., Momer Y. et al. Propionibacterium acnes isolated from synovial tissue and fluid in a patient with oligoarthritis associated with acne and pustulosis. Arthritis Rheum., 1998, no. 10 (41), pp. 1889-1893.

19. Scholz C.F., Kilian M. The natural history of cutaneous propionibacteria and reclassification of selected species within the genus Propionibacterium to the proposed novel genera Acidipropionibacterium gen. nov., Cutibacterium gen. nov. and Pseudopropionibacterium gen. nov. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2016, no. 11 (66), pp. 4422-4432.

20. Tomida S., Nguyen L., Chiu B.-H., Liu J., Sodergren E., Weinstock G.M. et al. Pan-genome and comparative genome analyses of Propionibacterium acnes reveal its genomic diversity in the healthy and diseased human skin microbiome. mBio., 2013, no. 3 (4), 11 p. Available at: http://mbio.asm. org/content/4/3/e00003-13 (accessed: 27.01.2017).