Le génome de Salmonella enterica Serovar Typhi

La génération de séquences génomiques complètes fournit un modèle qui facilite la caractérisation génétique des pathogènes et de leurs hôtes. Le génome de Salmonella enterica sérovar Typhi S Typhi abrite ~ millions de paires de bases codant pour certains gènes, dont & gt; sont fonctionnellement inactifs La comparaison des isolats de S Typhi du monde entier indique qu’ils sont très apparentés clonaux et qu’ils ont émergé d’un seul point d’origine ~, -, il y a des années des preuves suggèrent que, tout en subissant la dégradation des gènes, S Typhi a également gènes récemment acquis, tels que ceux codant l’antigène Vi, par des événements de transfert horizontal

L’espèce Salmonella enterica est composée de bactéries pathogènes capables d’infecter un large éventail d’animaux et de provoquer divers syndromes de maladies. Depuis les débuts de la microbiologie, Salmonella a fasciné chercheurs et cliniciens, en partie à cause de la diversité antigénique. au sein du genre, conduisant à l’attribution d’isolats à & gt; Les taxonomistes ont lutté pour définir Salmonella en tant que groupe d’espèces. Nous travaillons maintenant avec la définition de l’espèce S enterica divisé en plusieurs sous-espèces et de nombreux sérovars Salmonella bongori a été classé comme une espèce distincte La nouvelle science de la génomique et la capacité à séquencer le génome entier des bactéries individuelles nous permettra d’améliorer notre compréhension de l’organisation et de l’évolution de l’espèce S enterica. pour examiner en détail les membres spécialisés, tels que S enterica sérovar Typhi S Typhi Nous devrions également reconnaître que des espèces telles que S enterica sont encore en évolution, et nous observons actuellement seulement un petit instantané car il évolue dans le temps. l’organisation des génomes devrait nous permettre de mieux comprendre les mécanismes b y quelles espèces évoluent et peuvent également nous aider à prédire le type d’organismes qui pourraient apparaître dans le futur

Caractéristiques de base des salmonelles

Salmonella est un genre dans les Enterobacteriacae et, en tant que tel, tombe dans le groupe général de bactéries entériques qui inclut Escherichia coli et Shigella. Le cycle de vie de base de ces microorganismes implique, à quelques exceptions près, la colonisation de la lumière de l’intestin. La plupart des membres des Enterobacteriaceae sont des micro-organismes commensaux qui existent en tant que composants de la microflore intestinale normale, bien que le potentiel pathogène de certains soit amélioré. Une comparaison des génomes de plusieurs bactéries entériques séquencées met immédiatement en évidence certains micro-organismes commensaux. traits communs importants Tous ont un seul chromosome, normalement – Mb en taille [, ,,,, -] Différentes souches peuvent également abriter l’ADN extrachromosomique sous forme de plasmides Les plasmides portent souvent des gènes associés à la virulence ou à la résistance aux antibiotiques et peuvent être considérés comme un pool de gènes en évolution rapide Comparaison des chromosomes de différents gènes entériques les bactéries identifient un ensemble commun de «gènes de base» qui sont, en général, partagés entre les espèces entériques Ces gènes de base peuvent être considérés comme des gènes qui effectuent des fonctions «domestiques» associées au mode de vie commun de colonisation et transmission intestinales. Survie environnementale La définition complète de l’ensemble génique principal est difficile, mais le génome partagé peut être identifié en comparant les séquences d’ADN et en examinant la fonction génique partagée. Ces gènes peuvent jouer un rôle dans le métabolisme central ou la biosynthèse des polysaccharides. une caractéristique plus intéressante est que le génome de base est principalement organisé avec ces gènes alignés dans le même ordre conservé le long du chromosome unique, une caractéristique appelée «synténie» synténie génomique peut être mis en évidence en utilisant un simple outil de comparaison du génome, comme celui illustré dans la figure Le génome de base peut être comparé au “châssis” d’une voiture, en ce qu’il est ac Si les séquences d’ADN de gènes dans le génome de base de différentes bactéries entériques sont comparées, E coli et S enterica diffèrent de ~%, et les sérovars de Salmonella dans S enterica diffèrent de ~% Ce% de divergence entre les séquences centrales de E coli et S enterica représente très probablement une dérive évolutionnaire au cours du million d’années depuis que l’espèce s’est séparée d’un ancêtre commun.

Figure Vue largeTélécharger la lameUn outil de comparaison Artemis ACT alignement des génomes de Salmonella enterica sérotype Typhi S Typhi CT, S enterica sérovar Typhimurium S Typhimurium LT, et Escherichia coli K Cette image a été générée en utilisant l’ACT ACT permet l’alignement des séquences d’ADN et montre des régions d’homologie calculées par BLAST avec une ligne ou un bloc rouge entre des séquences similaires dans différents génomes L’image dépeint l’alignement des séquences du génome linéaire commençant à l’origine de la réplication E coli K est représenté en haut du diagramme, S Typhi CT dans le milieu, et S Typhimurium LT à la base Les lignes rouges représentent des régions d’homologie ADN significative entre les chromosomes des différents organismes La figure démontre un niveau élevé de conservation de séquence entre S Typhi et E coli et, dans une plus grande mesure, entre S Typhi et S Typhimurium Il existe des exceptions: “a” indique les régions d’inversion entre les souches dues à la recombinaison de s équations, et “b” indique des ruptures évidentes dans l’homologie de séquence due à une insertion de séquence d’ADN dans une souche mais pas dans l’autre; les plus remarquables lorsque l’on compare S Typhi et E coliFigure Voir grandTélécharger le slideAncien outil de comparaison Artemis ACT alignement des génomes de Salmonella enterica sérotype Typhi S Typhi CT, S enterica sérotype Typhimurium S Typhimurium LT et Escherichia coli K Cette image a été générée à l’aide de la ACT ACT permet l’alignement de séquences d’ADN et démontre des régions d’homologie calculées par BLAST avec une ligne ou un bloc rouge entre des séquences similaires dans des génomes différents L’image dépeint l’alignement des séquences du génome linéaire commençant à l’origine de la réplication. le haut du diagramme, S Typhi CT au milieu, et S Typhimurium LT à la base Les lignes rouges représentent les régions d’homologie significative de l’ADN entre les chromosomes des différents organismes La figure démontre un haut niveau de conservation de la séquence entre S Typhi et E coli et, dans une plus large mesure, entre S Typhi et S Typhimurium Il existe des exceptions: “a” indique les régions de la version entre les souches due à la recombinaison de séquences répétées, et “b” indique des ruptures évidentes de l’homologie de séquence dues à une insertion de séquence d’ADN dans une souche mais pas dans l’autre; Les génomes des bactéries entériques sont soumis à une pression sélective intensive en raison de facteurs tels que la compétition au sein de la flore normale, les fluctuations des sources nutritives dans l’hôte et dans l’environnement et la pression du système immunitaire de l’hôte. Pour ne citer que quelques exemples, nous pouvons nous attendre à ce que les génomes des bactéries entériques montrent des signatures de ces pressions évolutives, ce qui semble être le cas. Des gènes, ou même des gènes isolés, sont parfois disséminés le long du génome central. En outre, ces gènes peuvent être non apparentés ou présenter une divergence significative entre les différentes espèces entériques ou même entre les membres d’une même espèce cancer du nez, de la bouche et de la gorge. Ces gènes nouveaux peuvent cependant partager certaines caractéristiques et fonctions communes. Par exemple, ils pourraient travailler ensemble pour améliorer le potentiel de virulence d’une espèce. De telles combinaisons de gènes associées à la virulence sont souvent Les exemples incluent les îlots de pathogénicité de Salmonella et SPI et SPI, respectivement, qui contribuent à l’invasivité et à la capacité des organismes Salmonella à survivre à l’intérieur des cellules eucaryotes Ces groupes de gènes ont souvent une teneur en GC différente de celle de le génome du noyau, suggérant qu’ils ont été acquis plus récemment et indépendamment par un événement de transfert de gène horizontal En effet, ces gènes sont souvent associés à des gènes de plasmides et de phages et sont parfois intégrés dans des gènes d’ARN de transfert redondants. L’ADN étranger Les phages ou phages restants sont des gènes caractéristiques des différentes régions du gène bactérien entérique. Les bactériophages ont la capacité de mobiliser l’ADN et semblent être l’un des facteurs déterminants de la diversité de ces micro-organismes . parce que nous pouvons imaginer des interactions fréquentes et multiples entre les phages et les bactéries dans les deux l’intestin et l’environnement

Caractéristiques du génome de S Typhi

caractérisé par une période d’incubation prolongée, de la fièvre et une dissémination bactérienne systémique détectable par isolement de S Typhi dans le sang et la moelle osseuse. Deux signatures phénotypiques clés de S Typhi incluent la capacité à exprimer l’antigène polysaccharidique Vi à la surface de la bactérie et de la restriction de l’hôte à l’homme S Typhi peut infecter certains primates supérieurs mais est faiblement infectieux chez les souris et autres mammifères Le phénotype de restriction de l’hôte humain a inhibé les études directes de la pathogénicité de ce sérotype. Au moment de l’écriture, les séquences complètes d’ADN de différents isolats de S Typhi sont disponibles dans des bases de données publiques [ ,] Ces séquences du génome sont de la souche de type Ty Typhi classique, isolée à l’origine au début des années s, fréquemment utilisée dans Des études de laboratoire dans le monde entier, et S Typhi CT, un isolat multirésistant recueilli au Vietnam dans S Typhi CT abrite de grands plasmides, dont l’un code la résistance aux médicaments, qui ne sont pas trouvés dans TyA comparaison des chromosomes de S Typhi CT et Ty démontre un degré de conservation remarquable Presque tous les gènes sont partagés entre les isolats Certaines différences incluent un groupe supplémentaire de quelques gènes dans Ty qui pourrait être un nouvel îlot de pathogénicité et un déterminant de phage de type P NR Thomson, des données non publiées. La comparaison des différents types de S Typhi isolées dans le monde est une méthode simple pour mesurer la diversité bactérienne. Il s’agit d’utiliser MLST, une approche qui compare les séquences de portions de gènes domestiques. à partir de l’ADN chromosomique de différents isolats MLST peut être utilisé chez certaines espèces, telles que S enterica elle-même, pour classifier Il est intéressant de noter que la MLST regroupe parfois des isolats d’un sérovar particulier en un seul groupe, mais ce n’est pas toujours le cas, et certains sérovars peuvent être polyphylétiques, suivant différentes lignées évolutives. Cependant, le MLST et d’autres formes de l’analyse d’isolats de S Typhi suggère un degré de conservation remarquable, avec un nombre très limité de modèles MLST hautement liés [, -] Ces données en elles-mêmes mais aussi avec des informations tirées d’autres approches indépendantes suggèrent que S Typhi appartient à un seul En effet, l’examen de la séquence d’ADN et le taux de changement des polymorphismes mononucléotidiques suggèrent que S Typhi peut être aussi jeune que des années , indiquant que sa divergence est apparue significativement plus tard que la divergence estimée de S enterica et E coli Ainsi, S Typhi a eu un laps de temps limité dans lequel accumuler la diversité Le fait que S Typhi les isolats sont si étroitement apparentés qu’il est souvent difficile de différencier les isolats dans une zone locale et encore plus difficile de définir les lignées évolutives au sein de la population. Les méthodes génomiques peuvent être appliquées pour aider des méthodes relativement simples, comme le PFGE, entre isolats Cette méthode a été aidée par la caractéristique inhabituelle de S Typhi à subir une recombinaison, entre différents opérons RNA ribosomique, qui réorganise les blocs du génome d’une manière distincte Cependant, PFGE a un potentiel limité pour identifier lignées évolutionnaires à un Nous attendons le développement de nouvelles méthodes de typage génomique basées sur le polymorphisme mononucléotidique pour répondre à ce besoin. Une des principales caractéristiques de la plupart des isolats de S Typhi est la capacité à exprimer la capsule de polysaccharide Vi. La production de capsule Vi est associée à un ensemble de gènes qui sont situés dans un nouvel îlot de gènes appelé SPI- [, Cet îlot a une longueur de kb et code une variété de groupes de gènes associés à la virulence, y compris le locus Vi, un phage codant pour la protéine effectrice sopE de SPI-, un pilus de type IV et un système de sécrétion de type IV putatif SPI-. de nombreuses caractéristiques typiques associées à l’ADN acquis horizontalement, et la structure est indicative de plusieurs événements d’intégration indépendants. Il existe également des preuves que SPI- peut être capable d’agir d’une manière similaire à celle d’un transposon conjugatif. Un élément similaire codant Vi est présent dans certains isolats de S enterica sérovar Paratyphi C et certains isolats de S enterica serovar Dublin. Le fait que les gènes Vi sont codés sur une région génétique mobile et potentiellement instable est intéressant car l’antigène Vi est la cible d’une Vaccin contre la typhoïde à base de Vi Des méthodes de surveillance devront être introduites pour s’assurer qu’aucun événement de remplacement de la capsule ne se produise à la suite d’une sélection effectuée par une telle campagne de vaccination de masse à base de Vi. gns

Pourquoi S Typhi est-il envahissant et restreint à l’hôte?

La question de savoir quelle est la base génétique de la nature invasive et du phénotype humain restreint de S Typhi a fasciné les chercheurs pendant de nombreuses années S Typhi a fourni peu d’indices avant le séquençage du génome Cependant, examen du génome de S Typhi et comparaison avec d’autres sérovars , comme S enterica sérovar Paratyphi A, qui ont également la capacité de provoquer une maladie typhoïde invasive chez l’homme a fourni quelques indices intrigants Le génome S Typhi CT a été le premier à être complètement déterminé, et l’annotation du répertoire de gènes de cet isolat a indiqué que & gt; des gènes présents dans le génome ont montré des signes de perturbation ou d’inactivation Nous nous référons à des gènes tels que “pseudogenes” Pseudogenes ont été décrits dans l’ADN humain et certaines bactéries fastidieuses, mais on ne s’attendait pas à être présents en nombre aussi élevé Des bactéries telles que S Typhi Comparaison avec le génome de S Typhimurium LT, le premier génome de S Typhimurium publiquement disponible a montré que la majorité des gènes semblaient être intacts et très probablement pleinement fonctionnels dans ce sérovar . Typhi avait accumulé des mutations qui inactivaient ~% de son répertoire de gènes. D’autres analyses ont indiqué que différents isolats de S Typhi abritent un complément presque identique de pseudogènes avec essentiellement les mêmes mutations, soutenant encore l’hypothèse que S Typhi avait évolué une fois, relativement récemment, et s’était propagé. la population humaine à partir de cette source unique Il est intéressant de noter que si l’on établit des tableaux reliant des gènes apparentés, certains types de gènes intéressants sont f Soit avoir été inactivé dans S Typhi Sept des systèmes fimbriaux sont inactivés, ainsi que d’autres gènes codant pour des gènes fimbriaux putatifs Des gènes tels que shdA et ratB associés à la persistance intestinale dans S Typhimurium ont été inactivés Plusieurs gènes associés à des îlots de pathogénicité connus tels que SPI-, SPI-, SPI-, SPI- et SPI- sont également devenus inactivés. Ceci suggère que S Typhi a perdu la capacité d’exprimer plusieurs caractères associés à la virulence, un facteur qui pourrait commencer pour expliquer la perte de la gamme d’hôtes de ce sérovarIntéressant, un certain nombre de gènes qui sont présents comme pseudogènes dans S Typhi sont aussi des pseudogènes dans S enterica sérovar Paratyphi A, et certains d’entre eux sont inactivés par des mutations identiques, suggérant une origine évolutionnaire commune de la fonction des gènes associés à l’attachement et à la persistance intestinaux s’inscriraient dans un mode de vie associé à l’invasion du tissu systémique et à la transmission par excrétion La vésicule biliaire plutôt que la colonisation intestinale intestinale Ce caractère peut être apparent à partir des données fournies par les études de provocation humaine à la fois des formulations vaccinales virulentes et vivantes, dans lesquelles S Typhi semble être éliminé à un niveau inférieur après épreuve orale, comparé aux sérovars moins invasifs, comme S Typhimurium Bien que cette preuve soit, dans l’ensemble, circonstancielle, elle permet de formuler des hypothèses testables pour répondre à ces questions. Plus récemment, des études sur l’antigène Vi ont indiqué que Vi pourrait avoir des activités immunomodulatrices. limitant la capacité des neutrophiles à être recrutés dans l’intestin durant les phases précoces de l’infection par S Typhi, limitant la diarrhée mais favorisant le potentiel invasif du processus de colonisation Ainsi, une combinaison d’acquisition et de perte des caractères associés à la virulence peut contribuer à le potentiel pathogène de S Typhi

Conclusion

Le séquençage des génomes des isolats de S Typhi et la possibilité de comparer ces plans génétiques avec ceux de micro-organismes apparentés ont fourni de nouvelles perspectives sur la façon dont ce pathogène a évolué pour causer des maladies invasives chez les humains. cela améliorera nos capacités à interroger la structure et l’évolution de S Typhi, et ces développements seront probablement suivis par des outils de diagnostic améliorés. Nous pourrions aussi nous attendre à plus d’efforts pour comprendre les mécanismes pathogènes fondamentaux employés par ce pathogène dans l’hôte humain.

Remerciements

Soutien financier Wellcome TrustSupplement sponsorship Cet article a été publié dans le cadre d’un supplément intitulé «Hommage à Ted Woodward», parrainé par une subvention sans restriction de Cubist Pharmaceuticals et un don de John G McCormick de McCormick & amp; Company, Hunt Valley, Maryland Conflits d’intérêts potentiels SB et GD: aucun conflit