파지 tailspike 모듈화 및 수평 유전자 전달은 E. coli O에 대한 특이성을 나타냅니다.

바이러스학 저널 20권, 논문 번호: 174(2023) 이 기사 인용

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박테리오파지와 숙주 사이의 상호 작용은 복잡하고 매우 구체적입니다. 꼬리 섬유 및 꼬리 스파이크와 같은 파지의 수용체 결합 단백질(RBP)이 감염 과정을 시작합니다. 이러한 RBP는 그람 음성 박테리아의 외부 지질다당류 층의 혈청군 특이적 당 기반 구성 요소인 O-항원을 포함한 다양한 외부 막 구조에 결합합니다. 가장 독성이 강한 대장균 균주 중에는 O-항원 혈청그룹의 하위 집합이 지배하는 시가 독소 생성 대장균(STEC) 병원형이 있습니다.

RBP 진화의 주요 동인으로 수평 유전자 전달 원리에 의존하여 파지 RBP 하위 유형과 STEC O-항원 혈청군 사이의 특이성 상관 관계를 식별하고 검증하기 위해 광범위한 계통발생 및 구조 분석이 사용되었습니다.

우리는 가장 널리 퍼진 STEC 혈청군 9개(O26, O45, O103, O104, O111, O145 및 O157) 중 7개와 추가 E. coli 혈청군 7개(O2, O8, O16, O18, 4s/ O22, O77 및 O78). 8개의 파지 속(Gamaleya-, Justusliebig-, Kaguna-, Kayfuna-, Kutter-, Lederberg-, Nouzilly- 및 Uetakeviruses)이 높은 비율의 혈청군 특정 RBP로 나타났습니다. 또한, 우리는 잠재적으로 용해성 파지 사이의 재조합 핫스팟 역할을 하는 RBP 영역의 서열 모티프를 밝힙니다.

결과는 파지 RBP의 모자이크 현상에 대한 더 나은 이해에 기여할 뿐만 아니라 현재 및 미래의 신흥 혈청군에 대한 새로운 RBP 하위 유형을 식별하고 검증하는 방법도 보여줍니다.

박테리오파지(또는 파지)는 박테리아를 감염시키는 바이러스입니다. 파지-숙주 관계는 구체적이고 복잡합니다. 꼬리 섬유 및 꼬리 스파이크와 같은 파지의 수용체 결합 단백질(RBP)은 숙주와 상호 작용하여 감염 과정을 시작하는 첫 번째 파지 단백질입니다. 이러한 단백질은 피막 다당류(CPS)[32, 57] 또는 지질다당류(LPS)[21], (리포)테이코산, 외막 단백질, 편모 또는 필리[54]와 같은 박테리아의 외부 세포벽 구조에 특이적으로 결합할 수 있습니다. 꼬리 섬유는 일반적으로 섬유질 형태를 취하고 수용체를 결합하는 원위 도메인을 포함하는 반면, 꼬리 스파이크는 일반적으로 더 짧고 결합 시 수용체를 분해하는 효소 도메인을 포함합니다[12]. 이 연구에서는 그러한 효소 활성의 존재에 대한 정보가 일관되지 않기 때문에 포괄적인 용어 RBP를 사용합니다. 대부분의 파지는 단일 또는 두 개의 RBP를 인코딩하는 반면, 일부 다가 파지는 여러 RBP를 표현하여 분지형 RBP 구조를 형성합니다. 이들 RBP 각각은 서로 다른 수용체를 인식하여 파지가 여러 숙주를 감염시킬 수 있도록 합니다[17, 31, 41, 45, 53].

대장균을 감염시키는 수많은 파지는 O-항원이라고 불리는 LPS의 외층을 표적으로 하는 RBP를 암호화합니다. 이 병독성 인자가 E. coli 외부 세포벽에 존재하는 경우 해당 구조를 매끄러운 LPS라고 합니다. 현재 평활 E. coli 균주에 대해 176개의 서로 다른 구조를 갖는 높은 O-항원 혈청군 변동성이 설명되어 있습니다[37]. 가장 병원성이 높은 대장균 균주 중에는 시가 독소 생성 대장균(STEC) 병원형이 있으며, 이는 전 세계적으로 위장병의 주요 원인 중 하나입니다. 이 병원형과 관련된 특정 O-항원의 유병률은 시간과 지리적 위치에 따라 다릅니다. STEC의 중요성은 2015년 UN 식량농업기구(FAO)와 세계보건기구(WHO)에 의해 인식되었습니다. O157 혈청군은 미국에서 가장 널리 퍼진 혈청형이지만 O157이 아닌 혈청군도 계속해서 증가하고 있습니다. 2020년에는 유럽에서 O157 혈청군을 보유하는 사례보다 혈청군 O26에서 더 많은 STEC 사례가 보고되었습니다[13]. 또한 2011년 독일에서 발생한 O104 혈청군 STEC 발생과 같이 새로 등장하는 혈청군에서 분리된 STEC 발생이 발생할 수 있습니다[28]. 인간 질병과 관련된 다른 중요한 비O157 혈청군에는 O45, O91, O103, O104, O111, O145 및 O146이 포함되며, 미국과 유럽에서 유병률이 다릅니다[15, 16].

0.8) prophage genome sequences. An exception was made for some Lederbergviruses due to their highly variable genome. When no active prophages were found, prophages with a score between 0.5 and 0.8 (labeled as ‘ambiguous’) were also used. Prophage genomes were annotated using the KBase platform [1] with the RAST annotation tool [4]. When multiple strains of the same serogroup encoded a highly similar RBP (≥ 80% aa identity), only the prophage with the highest Prophage Hunter score was withheld to avoid RBP redundancy./p> 75% aa identity) were confirmed for the O78 antigen of E. coli and the O22 antigen and O4/O9 antigen backbone of S. enterica [56]. In our work, we found reliable clustering in RBP subtypes based on mere ≥ 30% aa identity, while the predicted quaternary protein structures remain highly similar. This indicates that substantial divergence by adaptive evolution happens to improve phage fitness upon a HGT event of a RBD, while conserving serogroup specificity. RBPs of the same subtype but with low sequence similarity thus have a more distantly related ancestor compared to RBPs with higher similarities. These observations illustrate the interplay of horizontal and vertical evolutionary processes that shape tailspikes. However, the low threshold may lead to the inclusion of false positives, when assigning a serogroup to a RBP that has already undergone crucial mutations resulting in a serogroup specificity switch. As a criterion, we stated that 90% of all RBPs within a subtype needed to be conform in their host serogroup, otherwise the RBP subtype was classified as non-O-antigen targeting. Therefore, we may have falsely discarded serogroup-specific RBP subtypes due to a single RBP that has potentially alternated its specificity. In addition to the eight genera investigated in this study, Agtre-, Phapecocta-, Roguna- and Vectreviruses and members of the family Ackermannviridae or subfamily Braunvirinae also frequently popped up in the group F RBPs based on HGT identification, suggesting that they could also play an important role in the HGT of RBPs with E. coli serogroup specificity./p>

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