Preview

БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение

Расширенный поиск

Прямые и косвенные методы определения нуклеотидного состава ДНК последовательностей микроорганизмов

https://doi.org/10.30895/2221-996X-2015--2-9-14

Полный текст:

Аннотация

Типирование бактериальных линий и идентификация микроорганизмов - чрезвычайно важные задачи в области профилактики, диагностики и лечения бактериальных инфекций. За последние два десятилетия бурно развивающиеся молекулярные подходы к типированию бактериальных линий стали необходимым инструментом для решения этой задачи. Информация, которую могут дать нуклеиновые кислоты, является наиболее полной по сравнению с другими характеристиками организма. Получить ее можно как непосредственным определением избранных последовательностей генома, так и с помощью различных техник, позволяющих, косвенно оценить нуклеотидный состав репрезентативного участка генома исследуемого микроорагнизма. Статья посвящена обзору литературных данных по прямым и косвенным методам определения нуклеотидного состава ДНК последовательностей микроорганизмов (типирование по мультилокусным сик-венсам, типирование по множеству отсеквенированных участков, электрофорез в денатурирующей системе, высокочувствительный анализ кривых плавления, ДНК макро(микро)чипы).

Об авторах

Р. А. Волкова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


Е. С. Сколотнева
МГУ им. М.В. Ломоносова
Россия


Е. В. Эльберт
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


Е. Д. Мыца
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


В. А. Меркулов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


В. П. Бондарев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


И. В. Борисевич
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия


Список литературы

1. Binnewies T.T., Motro Y., Hallin P.F., Lund O., Dunn D., La T., Hampson D.J., Bellgard M., Wassenaar T.M., Ussery D.W. Ten years of bacterial genome sequencing: comparative genomics-based discoveries. Funct Integr Genomics. 2006; 6: 165-85.

2. Kato-Maeda M., Rhee J.T., Gingeras T.R., Salamon H., Drenkow J., Smittipat N., Small P.M. Comparing genomes within the species Mycobacterium tuberculosis. Genome Res. 2001; 11: 547-54.

3. Li W., Raoult D., Fournier P. Bacterial strain typing in the genomic era. FEMS Microbiol. Rev. 2009; 33 (5): 892-916.

4. Drancourt M., Roux V., Dang L.V., Tran-Hung L., Castex D., Chenal-Francisque V., Ogata H., Fournier P.E., Crubezy E., Raoult D. Genotyping, orientalis-like Yersinia pestis, and plague pandemics. Emerg Infect Dis. 2004; 10: 158592.

5. Lupski J.R., Weinstock G.M. Short, interspersed repetitive DNA sequences in prokaryotic genomes. J Bacteriol. 1992; 174: 4525-9.

6. Ogata H., Audic S., Barbe V., Artiguenave F., Fournier P.E., Raoult D., Claverie J.M. Selfish DNA in protein-coding genes of Rickettsia. Science 2000; 290: 347-50.

7. Van Belkum A., Scherer S., van Alphen L., Verbrugh H. Short-sequence DNA repeats in prokaryotic genomes. Microbiol Mol Biol R. 1998; 62: 275-93.

8. Maiden M.C., Jansen van Rensburg M.J., Bray J.E., S.G. Earle S.G., Ford S.A, Jolley K.A., McCarthy N.D. MLST revisited: the gene-by-gene approach to bacterial genomic. Nat Rev Microbiol. 2013; 11(10): 728-36

9. Gottfredsson M., Diggle M.A., Lawrie D.I., Erlensdottir H., Hardardottir H., Kristinsson K.G., Clarke Sc. Neisseria meningitidis sequence type and risk for death, Iceland. Emerg Infect Dis. 2006; 12(7): 1066-73

10. Maiden M.C., Bygraves J.A., Feil E. Multilocus sequence typing: a portable approach to the identification of clones within populations of pathogenc microorganisms. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95: 3140-5.

11. Duarte C., Sanabria O., Moreno J. Molecular characterization of Streptococcus pneumoniae serotype 1 invasive isolates in Colombia. Rev Panam Salud Publica. 2013; 33(6): 422-6.

12. Enright M.C., Spratt B.G. A multilocus sequence typing scheme for Streptococcus pneumoniae: identification of clones associated with serious invasive disease. Microbiology 1998; 144: 3049-60.

13. Jauneikaite E., Carnon Jefferies J.M., Vere Churton N.W., Pin Lin R.T., Hibberd M.L., Clarke S.C. Genetic diversity of Streptococcus pneumonia causing meningitis and sepsis in Singapore during the first year of PCV7 implementation. Emerging Microbes Infect. 2014. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4078789/pdf/emi201437a.pdf.

14. Lefebure T., Stanhope M.J. Evolution of the core and pangenome of Streptococcus: positive selection, recombination, and genome composition. Genome Biol. 2007; 8: 71-9.

15. Ruiz-Garbajosa P., Bonten M.J., Robinson D.A. Multilocus sequence typing scheme for Enterococcus faecalis reveals hospital-adapted genetic complexes in a background of high rates of recombination. J Clin Microbiol. 2006; 44P: 2220-8.

16. Rathnayake I., Hargreaves M., Huygens F. SNP diversity of Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium in a South East Queensland waterway, Australia, and associated antibiotic resistance gene profiles. BMC Microbiology 2011; 11: 201.

17. Lim E.L., Tomita A.V., Thilly W.G., Polz M.F. Combination of competitive quantitative PCR and constant-denaturant capillary electrophoresis for high-resolution detection and enumeration of microbial cells. Appl Environ Microb. 2001; 67: 3897-903.

18. Urwin R., Maiden M.C. Multi-locus sequence typing: a tool for global epidemiology. Trends Microbiol. 2003; 10(11): 479-87.

19. Feil E.J., Spratt B.G. Recombination and the population structures of bacterial pathogens. Annu Rev Microbiol. 2001; 55: 561-90.

20. Fournier P.E., Zhu Y., Ogata H., Raoult D. Use of highly variable intergenetic spacer sequences for multispacer typing of Rickettsia conorii strains. J Clin Microbiol. 2004; 42: 5757-66.

21. Li W., Chomel B.B., Maruyama S., Guptil L., Sander A., Raoult D., Fournier P.E. Multispacer typing to study the genotypic distribution of Bartonella henselae populations. J Clin Microbiol. 2006; 44: 2499-2506.

22. Li W., Raoult D., Fournier P.E. Genetic diversity of Bartonella henselae in human infection detected with multispacer typing. Emerg Infect Dis. 2007; 13: 1178-83.

23. Sassi M., Ben Kahla I., Drancourt M. Mycobacterium abscessus multispacer sequence typing. BMC Microbiology 2013; 3.

24. Zhu Y., Fournier P.E., Ogata H., Raoult D. Multispacer typing of Rickettsia prowazekii enabling epidemiological studies of epidemic typhus. J Clin Microbiol. 2005; 43: 4708-12.

25. Glazunova O., Roux V., Freylikman O., Sekeyova Z., Fournous G., Tyczka J., Tokarevich N., Kovacava E., Marrie T.J., Raoult D. Coxiella burnetii genotyping. Emerg Infect Dis. 2005; 11: 1211-7.

26. Foucault C., La S.B., Lindroos H., Andersson S.G., Raoult D. Multispacer typing technique for sequence-based typing of Bartonella Quintana. J Clin Microbiol. 2005; 43: 41-8.

27. Li W., Fenollar F., Rolain J.M. Genotyping reveals a wide heterogeneity of Tropheryma whipplei. Microbiology. 2008; 154: 521-7.

28. Hughes L.A., Wigley P., Bennett M., Chantrey J., Williams N. Multi-locus sequence typing of Salmonella enterica serovar typhimurium isolates from wild birds in northern England suggests host-adapted strain. Lett Appl Microbiol. 2010; 51: 477-9.

29. Grad Y.H., Lipsitch M., Feldgarden M., Arachchi H.M., Cerqueira G.C., Fitzgerald M. et al. Genomic epidemiology of the Escherichia coli O104: H4 outbreaks in Europe, 2011. Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109(8): 3065-70.

30. Arvand M., Viezens J. Evaluation of pulsed-field gel electrophoresis and multi-locus sequence typing for the analysis of clonal relatedness among Bartonella henelae isolates. Int J Med Microbiol. 2007; 297: 255-62.

31. Алексеева А.Е., Бруснигина Н.Ф. Возможности и перспективы применения методов массивного параллельного секвенирования в диагностике и эпидемиологическом надзоре за инфекционными заболеваниями (аналитический обзор). Медиаль 2014; 2(12): 1-28.

32. Olsen R.J., Long S.W., Musser J.M. Bacterial genomics in infectious disease and the clinical pathology laboratory. Arch Pathol Lab Med. 2012; 136: 1414-22.

33. Veranja L., Ang I, Tsang D., Fung K., Keung Ng.T., Zhou H., Ip.M. Application of a target enrichment-based next-generation sequencing protocol for identification and sequence-based prediction of pneumococcal serotypes. BMC Microbiology 2014. Available from: http://www.biomedcentral.com/1471-2180/14/60.

34. Мокроусов И.В. Методологические подходы к генотипированию Mycobacterium tuberculosis для эволюционных и эпидемиологических исследований. Инфекция и иммунитет 2012; 2(3): 603-14.

35. Eppinger M., Mammel M.K., LeClerc J.E., Ravel J., Cebula T.A. Genomic anatomy of Escherichia coli O157: H7 outbreaks. Proc Natl Acad Sci USA. 2011; 108: 20142-7.

36. Satou K., Shiroma A., Teruya K., Shimoji M., Nakano K., Juan A., Tamotsu H., Terabayashi Y., Aoyama M., Teruya M., Suzuki R., Matsuda M., Sekine A., Kinjo N., Kinjo F., Yamaoka Y., Hiranoa T. Complete genome sequences of eight Helicobacter pylori strains with different virulence factor genotypes and methylation profiles, isolated from patients with diverse gastrointestinal diseases on Okinawa Island, Japan, determined using PacBio SingleMolecule Real-Time technology Genome Announcements. 2014; 2: 1-2.

37. Harris S.R., Cartwright E.J.P, Török M.E., Holden M.T., Brown N.M., Ogilvy-Stuart A.L. et al. Whole-genome sequencing for analysis of an outbreak of meticillin-resistant Staphylococcus aureus: a descriptive study. Lancet Infect Dis. 2013; 13(2): 130-6.

38. Попов Ю.А., Ерошенко Г.А., Булгакова Е.Г., Смирнова Н.И. Разработка комплексного алгоритма генотипирования и методов оценки генетического разнообразия природных штаммов возбудителей чумы и холеры. Проблемы особо опасных инфекций 2009; 4(102): 5-10.

39. Filippis I., Paula de Lemos A.S., Hostetler J.B., Wollenberg K., Sacchi C.T., Harrison L.H., Bash M.C., Prevots D.R. Molecular epidemiology of Neisseria meningitidis serogroup B in Brazil. Pub Library Sci. 2012; 7(3): 1-9.

40. Wyres K.L., Conway T.C., Garg S., Queiroz C., Reumann M., Holt K., Rusu L.I. WGS analysis and interpretation in clinical and public health microbiology laboratories: what are the requirements and how do existing tools compare? Pathogens 2014; (3): 437-58.

41. Muyzer G., de Waal E.C., Uitterlinden A.G. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl Environ Microb. 1993; 59: 695-700.

42. Fromin N., Hamelin J., Tarnawski S., Roesti D., Jourdain-Miserez K., Forestier N., Teyssier-Cuvelle S., Gillet F., Aragno M., Rossi P. Statistical analysis of denaturing gel electrophoresis (DGE) fingerprinting patterns. Environ Microbiol. 2002; 4: 634-43.

43. Thompson J.R., Randa M.A., Marcelino L.A., Tomita-Mitchell A., Lim E., Polz M.F. Diversity and dynamics of a north atlantic coastal Vibro community. Appl Environ Microb. 2004; 70: 4103-10.

44. Iwamoto T., Tani K., Nakamura K. Monitoring impact of in situ biostimulation treatment on groundwater bacterial community by DGGE. FEMS Microbiol Ecol. 2000; 32: 129-41.

45. Ji N.N., Liu M.M., Huang X.R., Zhen J., Li S.S., Jiang S., Yu H.H., Wang S.Y., Peng X.X. Immunocapture UPPCR combined with DGGE for rapid detection of Shigella species. J Appl Microbiol. 2006; 100(4): 795-9.

46. Portillo M.C., Villahermosa D., Corzo A., Gonzalez J.M. Microbial community fingerprinting by differential display-denaturing gradient gel electrophoresis. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77(1): 351-4.

47. Ji N., Peng B., Wang G., Wang S., Peng X. Universal primer PCR with DGGE for rapid detection of bacterial pathogens. J Microbiol Methods. 2004; 57(3): 409-13.

48. Wongkamchai S., Mayoon B., Wanachiwanawin D., Foongladda S., Boitano J.J., Nochote1 H., Loymak S. Real-time PCR with high-resolution melting analysis for diagnosis of Lymphatic filariasis. JITMM Proceedings 2014; 3: 23-30.

49. Gundry C.N., Vandersteen J.G., Reed G.H., Pryor R.J., Chen J., Wittwer C.T. Amplicon melting analysis with labeled primers: a closed-tube method for differentiating homozygotes and heterozygotes. Clin Chem. 2003; 49: 396-406.

50. Schork N.J., Fallin D., Lanchbury J.S. Single nucleotide polymorphisms and the future of genetic epidemiology. Clin Genet. 2000; 58: 250-64.

51. Jeffery N., Gasser R.B., Steer P.A., Noormohammadi A.H. Classification of Mycoplasma synoviae strains using singlestrand conformation polymorphism and high-resolution melting-curve analysis of the vlhA gene single-copy region. Microbiology 2007; 153: 2679-88.

52. Souza R.A., Falc o J.P. A novel high-resolution melting analysis-based method for Yersinia pseudotuberculosis genotyping. J Microbiol Meth. 2012; 91(3): 329-35.

53. Pourcel C., Salvignol G., Vergnaud G. CRISPR elements in Yersinia pestis acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies. Microbiology 2005; 151: 653-63.

54. Price E.P., Smith H., Huygens F., Giffard P.M. High-resolution DNA melt curve analysis of the clustered, regularly interspaced short-palindromic-repeat locus of Campylobacter ieiuni. Appl Environ Microb. 2007; 72: 3431-6.

55. Fortini D., Ciammaruconi A., De S.R., Fasanella A., Battisti A., D’Amelio R., Lista F., Cassone A., Carattoli A. Optimization of high-resolution melting analysis for low-cost and rapid screening of allelic variants of Bacillus anthracis by multiple-locus variable-number tandem repeat analysis. Clin Chem. 2007; 53: 1377-80.

56. Goyal M., Saunders N.A., van Embden J.D., Young D.B., Shaw R.J. Differentiation of Mycobacterium tuberculosis isolates by spoligotyping and IS6110 restriction fragment length polymorphism. J Clin Microbiol. 1997; 35: 647-51.

57. Hayward A.C., Watson J.M. Typing of mycobacteria using spoligotyping. Thorax 1998; 53: 329-30..

58. Heyderman R.S., Goyal M., Roberts P., Ushewokunze S., Zizhou S., Marshall B.G., Makombe R., van Embden J.D., Mason P.R., Shaw R.J. Pulmonary tuberculosis in Harare, Zimbabwe: analysis by spoligotyping. Thorax 1998; 53: 346-50.

59. Zhang S.L., Shen JG., Xu P.H., Li D.X., Sun Z.Q., Li L., Yang Z.R., Sun Q. A novel genotypic test for rapid detection of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates by a multiplex probe array. J Appl Microbiol. 2007; 103: 1262-71.

60. Mokrousov I., Vyazovaya A., Kolodkina V., Limeschenko E., Titov L., Narvskaya O. Novel macroarray-based method of Corynebacterium diphtheriae genotyping: evaluation in a field study in Belarus. Eur J Clin Microbiol. 2008; 28: 701-3.

61. Trad S., Allignet J., Frangeul L. DNA macroarray for identification and typing of Staphylococcus aureus isolates. J Clin Microbiol. 2004; 42: 2054-64.

62. Duggan D.J., Bittner M., Chen Y., Meltzer P., Trent J.M. Expression profiling using cDNA microarrays. Nat Genet. 1999; 21: 10-14.

63. Garaizar J., Porwollik S., Echeita A., Rementeria A., Herrera S., Wong R.M., Frye J., Usera M.A., McClelland M. DNA microarray-based typing of an atypical monophasic Salmonella enterica serovar. J Clin Microbiol. 2002; 40: 2074-8.

64. Borucki M.K., Kim S.H., Call D.R., Smole S.C., Pagotto F. Selective discrimination of Listeria monocytogenes epidemic strains by a mixed-genome DNA microarray compared to discrimination by pulsed-field gel electrophoresis, ribotyping, and multilocus sequence typing. J Clin Microbiol. 2004; 42: 5270-6.

65. Cleven B.E., Palka-Santini M., Gielen J., Meembor S., Kronke M., Krut O. Identification and characterization of bacterial pathogens causing bloodstream infections by DNA microarray. J Clin Microbiol. 2006; 44: 2389-97.

66. Dorrell N., Mangan J.A., Laing K.G. Whole genome comparison of Campylobacter jejuni human isolates using a low-cost microarray reveals extensive genetic diversity. Genome Res. 2001; 11: 1706-15.

67. Iwasaki H., Ezura Y., Ishida R., Kajita M., Kodaira M., Knight J., Daniel S., Shi M., Emi M. Accuracy of genotyping for single nucleotide polymorphisms by a microarray-based single nucleotide polymorphism typing method involving hybridization of short allele-specific oligonucleotides. DNA Res. 2002; 9: 59-62.

68. Lockhart D.J., Dong H., Byrne M.C. Expression monitoring by hybridization to high-density oligonucleotide arrays. Nat Biotechnol. 1996; 14: 1675-80.


Для цитирования:


Волкова Р.А., Сколотнева Е.С., Эльберт Е.В., Мыца Е.Д., Меркулов В.А., Бондарев В.П., Борисевич И.В. Прямые и косвенные методы определения нуклеотидного состава ДНК последовательностей микроорганизмов. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2015;(2):9-14. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2015--2-9-14

For citation:


Volkova R.A., Skolotneva E.S., Elbert E.V., Mytsa E.D., Merkulov V.A., Bondarev V.P., Borisevich I.V. Direct and indirect methods of determining DNA nucleotide sequences in microorganisms. BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2015;(2):9-14. (In Russ.) https://doi.org/10.30895/2221-996X-2015--2-9-14

Просмотров: 28


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2221-996X (Print)
ISSN 2619-1156 (Online)