بررسی انتقال افقی ژن‌های مربوط به پروتئین‌های تیپ III سیستم ترشحی T3SS در چندین گونه باکتری سودوموناس با استفاده از نرم‌افزار SeqWord

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 گروه نانوبیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده
همه باکتری‌ها دارای سیستم ترشحی برای انتقال ماکرومولکول‌های خود به بیرون هستند. در حال حاضر هفت سیستم ترشحی شناسایی شده است. بررسی انتقال افقی این ژن‌ها و ردیابی آنها، می‌تواند نقس بسیار مهمی در فهم ما در مورد نقش وکاربرد این ژن‌ها در باکتری و موجوات دیگر مانند میزبان آنها را داشته باشد. در مطالعه حاضر با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیکی مانند SeqWord_Viewer در پایگاهای اطلاعاتی مانند عناصر ژنتیکی متحرک (MGEs)، ACLAME، PAthogenicity Islands DataBase (PAIDB) به بررسی ژن‌های تیپ III (T۳SS) در بعضی از گونه‌ای باکتری سودوموناس پرداخته شد. نتایج نشان داد انتقال افقی بین ژن‌های تیپ III بین ۳۰ تا ۱۰۰% است. همچنین باکتری گونه سودوموناس فلورسنس با ۱۵ ژن انتقال‌یافته بیشترین گونه را دارد. بررسی‌های بیوانفورماتیکی نشان داد که گونه P. fluorescens F۱۱۳ با ۱۱ ژن بیشترین قابلیت انتقال ژن‌های تیپ ۳ سیستم ترشحی را دارد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که انتقال افقی در بین ژن‌های تیپ سه در بعضی از گونه‌ها همچون P. fluorescens Pf-۵، P. syringae pv. Glycinea، P. syringae pv.aptata، P. syringae pv.Japonica، P. syringae pv. Pisi و P. aeruginosa UCBPP-PA۱۴ و انتقال ۱۰۰% در تیپ III سیستم ترشحی مشاهده شد. می‌توان از بررسی‌ها استنتاج کرد که باکتری‌های با احتمال بالا در بیماری‌زایی، بیشترین انتقال افقی را دارند که نشان‌دهنده انتقال سیستماتیک انتقال بیماری بین میزبان و عامل بیماری‌زایی طی تکامل است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Avery OT, MacLeod CM, McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of Pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from Pneumococcus type III. J Exp Med. 1944;79(2):137-58. [Link] [DOI:10.1084/jem.79.2.137]
Coburn B, Sekirov I, Finlay BB. Type III secretion systems and disease. Clin Microbiol Rev. 2007;20(4):535-49. [Link] [DOI:10.1128/CMR.00013-07]
Alto NM, Shao F, Lazar CS, Brost RL, Chua G, Mattoo S, et al. Identification of a bacterial type III effector family with G protein mimicry functions. Cell. 2006;124(1):133-45. [Link] [DOI:10.1016/j.cell.2005.10.031]
Gallois A, Klein JR, Allen LA, Jones BD, Nauseef WM. Salmonella pathogenicity island 2-encoded type III secretion system mediates exclusion of NADPH oxidase assembly from the phagosomal membrane. J Immunol. 2001;166(9):5741-8. [Link] [DOI:10.4049/jimmunol.166.9.5741]
McDaniel TK, Kaper JB. A cloned pathogenicity island from enteropathogenic Escherichia coli confers the attaching and effacing phenotype on E. coli K‐12. Mol Microbiol. 1997;23(2):399-407. [Link] [DOI:10.1046/j.1365-2958.1997.2311591.x]
Ghosh P. Process of protein transport by the type III secretion system. Microbiol Mol Biol Rev. 2004;68(4):771-95. [Link] [DOI:10.1128/MMBR.68.4.771-795.2004]
Xiao Y, Lan L, Yin C, Deng X, Baker D, Zhou JM, et al. Two-component sensor RhpS promotes induction of Pseudomonas syringae type III secretion system by repressing negative regulator RhpR. Mol Plant Microbe Interact. 2007;20(3):223-34. [Link] [DOI:10.1094/MPMI-20-3-0223]
OECD. Safety assessment of transgenic organisms: OECD consensus documents. 3. Paris: OECD; 2010. pp. 171-4. [Link]
Andam CP, Gogarten JP. Biased gene transfer in microbial evolution. Nat Rev Microbiol. 2011;9(7):543-55. [Link] [DOI:10.1038/nrmicro2593]
Hirt RP, Alsmark C, Embley TM. Lateral gene transfers and the origins of the eukaryote proteome: A view from microbial parasites. Curr Opin Microbiol. 2015;23:155-62. [Link] [DOI:10.1016/j.mib.2014.11.018]
Keeling PJ, Palmer JD. Horizontal gene transfer in eukaryotic evolution. Nat Rev Genet. 2008;9(8):605-18. [Link] [DOI:10.1038/nrg2386]
Vernikos GS, Parkhill J. Interpolated variable order motifs for identification of horizontally acquired DNA: Revisiting the Salmonella pathogenicity islands. Bioinformatics. 2006;22(18):2196-203. [Link] [DOI:10.1093/bioinformatics/btl369]
Garcia-Vallvé S, Romeu A, Palau J. Horizontal gene transfer in bacterial and archaeal complete genomes. Genome Res. 2000;10(11):1719-25. [Link] [DOI:10.1101/gr.130000]
Tsirigos A, Rigoutsos I. A new computational method for the detection of horizontal gene transfer events. Nucleic Acids Res. 2005;33(3):922-33. [Link] [DOI:10.1093/nar/gki187]
Langille MG, Brinkman FS. Bioinformatic detection of horizontally transferred DNA in bacterial genomes. F1000 Biol Rep. 2009;1:25. [Link] [DOI:10.3410/B1-25]
Adato O, Ninyo N, Gophna U, Snir S. Detecting horizontal gene transfer between closely related taxa. PLoS Comput Biol. 2015;11(10):e1004408. [Link] [DOI:10.1371/journal.pcbi.1004408]
Ochi K. Comparative ribosomal protein sequence analyses of a phylogenetically defined genus, Pseudomonas, and its relatives. Int J Syst Bacteriol. 1995;45(2):268-73. [Link] [DOI:10.1099/00207713-45-2-268]
Ashton Acton Q, editor. Pseudomonas aeruginosa: New insights for the healthcare professional. Atlanta: Scholarly Editions; 2013. pp. 11-32. [Link]
Quinn PJ, Markey BK, Leonard FC, Hartigan P, Fanning S, Fitzpatrick ES. Veterinary, microbiology and microbial disease. 2nd Edition. Hoboken: John Wiley & Sons; 2011. pp. 225-43. [Link]
Hauser AR. The type III secretion system of Pseudomonas aeruginosa: Infection by injection. Nat Rev Microbiol. 2009;7(9):654-65. [Link] [DOI:10.1038/nrmicro2199]
Hwang MS, Morgan RL, Sarkar SF, Wang PW, Guttman DS. Phylogenetic characterization of virulence and resistance phenotypes of Pseudomonas syringae. Appl Environ Microbiol. 2005;71(9):5182-91. [Link] [DOI:10.1128/AEM.71.9.5182-5191.2005]
Fatmi MB, Collmer A, Iacobellis NS, Mansfield JW, Murillo J, Schaad NW, et al, editors. Pseudomonas syringae pathovars and related pathogens-identification, epidemiology, and genomics. Berlin: Springer Science & Business Media; 2008. pp. 420-30. [Link] [DOI:10.1007/978-1-4020-6901-7]
Bezuidt O, Lima-Mendez G, Reva ON. SeqWord Gene Island Sniffer: A program to study the lateral genetic exchange among bacteria. World Acad Sci Eng Technol. 2009;3(10):2399-404. [Link]
Reva ON, Tümmler B. Global features of sequences of bacterial chromosomes, plasmids and phages revealed by analysis of oligonucleotide usage patterns. BMC Bioinform. 2004;5(1):90. [Link] [DOI:10.1186/1471-2105-5-90]
Ganesan H, Rakitianskaia AS, Davenport CF, Tümmler B, Reva ON. The SeqWord Genome Browser: An online tool for the identification and visualization of atypical regions of bacterial genomes through oligonucleotide usage. BMC Bioinform. 2008;9(1):333. [Link] [DOI:10.1186/1471-2105-9-333]
Syvanen M. Horizontal gene transfer: Evidence and possible consequences. Annu Rev Genet. 1994;28(1):237-61. [Link] [DOI:10.1146/annurev.ge.28.120194.001321]
Ochman H, Lawrence JG, Groisman EA. Lateral gene transfer and the nature of bacterial innovation. Nature. 2000;405(6784):299-304. [Link] [DOI:10.1038/35012500]
Yoon SH, Hur CG, Kang HY, Kim YH, Oh TK, Kim JF. A computational approach for identifying pathogenicity islands in prokaryotic genomes. BMC Bioinform. 2005;6(1):184. [Link] [DOI:10.1186/1471-2105-6-184]
Qiu X, Kulasekara BR, Lory S. Role of horizontal gene transfer in the evolution of Pseudomonas aeruginosa virulence. In: De Reuse H, Bereswill S, editors. Microbial pathogenomics. 6th Volume. Basel: Karger Publishers; 2009. pp. 126-39. [Link] [DOI:10.1159/000235767]
Zhu Q, Kosoy M, Dittmar K. HGTector: An automated method facilitating genome-wide discovery of putative horizontal gene transfers. BMC Genom. 2014;15(1):717. [Link] [DOI:10.1186/1471-2164-15-717]
Nguyen M, Ekstrom A, Li X, Yin Y. HGT-Finder: A new tool for horizontal gene transfer finding and application to Aspergillus genomes. Toxins. 2015;7(10):4035-53. [Link] [DOI:10.3390/toxins7104035]
Boc A, Diallo AB, Makarenkov V. T-REX: A web server for inferring, validating and visualizing phylogenetic trees and networks. Nucleic Acids Res. 2012;40(W1):W573-9. [Link] [DOI:10.1093/nar/gks485]