한국 반추 동물의 SBSEC(Streptococcus bovis/equinus complex)를 감염시키는 두 개의 용해성 박테리오파지의 특성 분석

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9110(2023) 이 기사 인용

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SBSEC(Streptococcus bovis/equinus complex)는 아급성 반추위 산증을 일으키는 가장 중요한 젖산 생성 반추위 박테리아 중 하나입니다. 반추위 박테리아의 중요성에도 불구하고, 반추위에서 SBSEC를 감염시킬 수 있는 용해성 박테리오파지(파지)는 거의 특성화되지 않았습니다. 따라서 우리는 새로 보고된 S. ruminicola를 포함하여 다양한 SBSEC 종을 감염시키는 두 개의 용해성 파지(vB_SbRt-pBovineB21 및 vB_SbRt-pBovineS21로 지정)의 생물학적 및 게놈 특성을 설명합니다. 분리된 SBSEC 파지는 형태학적으로 포도바이러스과와 유사했으며 락토코커스(Lactococcus)와 락토바실러스(Lactobacillus)를 포함한 다른 젖산 생산 박테리아 속을 감염시킬 수 있었습니다. 또한 높은 열 안정성과 pH 안정성을 보였으며 이러한 특성은 아급성 반추위 산증에서 발견되는 낮은 pH와 같은 반추위 환경에 대한 강력한 적응을 유도합니다. 게놈 기반 계통발생을 통해 두 파지 모두 Fischettivirus의 Streptococcus 파지 C1과 관련이 있음이 밝혀졌습니다. 그러나 그들은 파지 C1보다 더 낮은 뉴클레오티드 유사성과 뚜렷한 게놈 배열을 가지고 있었습니다. 파지의 세균분해 활성은 S. ruminicola를 사용하여 평가되었으며, 파지는 플랑크톤 세균의 성장을 효율적으로 억제했습니다. 또한, 두 파지 모두 시험관 내에서 다양한 SBSEC 균주 및 기타 젖산 생산 박테리아의 박테리아 생물막을 예방할 수 있습니다. 따라서 새로 분리된 두 개의 SBSEC 파지는 새로운 Fischettivirus 구성원으로 분류되었으며 반추위 SBSEC 박테리아 및 이들의 생물막에 대한 잠재적인 생물학적 방제제로 간주될 수 있습니다.

SBSEC(Streptococcus bovis/Streptococcus equinus complex)는 인간과 소, 염소, 말을 포함한 가축의 위장관에 존재하는 공생 박테리아 그룹입니다1. SBSEC 그룹은 Streptococcus (S.) Equinus (S. bovis와 동의어), S. gallolyticus subsp.를 포함하여 종의 표현형 특성을 기준으로 분류되었습니다. galloyticus, S. gallolyticus subsp. 파스퇴리아누스(pasteurianus), S. 갈로리티쿠스(S. gallolyticus) subsp. 마케도니쿠스, S. infantarius subsp. infantarius, S. lutetiensis 및 S. alactolyticus2. 최근 국내 반추동물에서 분리된 새로운 종인 S. ruminicola가 이 그룹의 계통 중에서 뚜렷한 생물학적 특성을 지닌 새로운 구성원으로 제안되었습니다3. SBSEC의 특정 (아)종은 감염성 심내막염 및 대장암에 의한 균혈증과 같은 임상 감염을 유발했습니다. 또한 반추 동물의 아급성 반추위 산증과 같은 동물 대사 장애에도 관여하므로4,5,6 이 그룹이 잠재적인 병원체로서 중요성을 나타냅니다.

박테리오파지(파지)는 두 가지 복제 수명주기(용해성 및 용원성)를 통해 자연적으로 박테리아를 감염시키고 숙주 표적화에 대한 특이성이 높아 미생물 군집 교란을 피합니다7. 파지의 독특한 특성으로 인해 여러 병원성 박테리아를 선택적으로 제어할 수 있는 잠재적인 항균제가 됩니다. 세포외 고분자 물질로 구성된 박테리아 생물막은 항생제, 열 및 산성 조건에 대한 내성이 높기 때문에 비생물적 및 생물적 공동체에서 항균제 내성 박테리아가 증가합니다8. 파지는 생물막 형성을 제어하고 플랑크톤 세포 표면의 기존 생물막을 침투하는 것으로 보고되었습니다9. 파지는 반추위 내용물 1g당 약 108개의 입자 집단으로 반추위에서 발견되었지만 엄격한 재배 환경에서 대부분의 파지의 생물학적 특성에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 지금까지 Streptococcus spp.를 감염시키는 파지는 14개입니다. 국제 바이러스 분류 위원회(ICTV; https://ictv.global/taxonomy)에 의해 분류학적으로 승인되었으며 연쇄상구균 파지를 포함하여 약 800개의 완전히 서열화된 게놈이 GenBank 데이터베이스에서 이용 가능합니다. 그러나 SBSEC를 감염시키는 파지에 대한 연구는 다른 Streptococcus sp.에 비해 상대적으로 적습니다. 반추위 박테리아의 중요성에도 불구하고. Siphoviridae 계통의 형태를 지닌 SBSEC 파지 분리물 фSb01의 단 하나의 게놈만이 현재 Joint Genome Institute Genome Portal11에서 이용 가능합니다.

33% and predicted 27 and 26 open reading frames (ORFs), respectively. The genome maps are shown in Fig. 5a and Fig. 5b. In both phages, 10 ORFs were predicted as functional proteins, including encapsidation protein, DNA polymerase, putative lysis system-associated proteins, phage tail protein, tail fiber protein, head-to-tail adapter, upper collar protein, and major capsid protein. Additionally, 13 conserved domains were detected in functionally predicted ORFs based on homology comparisons of phage-originated proteins. Over 10 ORFs in phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 were similar (amino acid identities; 25.5–63.6%) to the predicted proteins from Streptococcus phage C119. In addition, over four ORFs were similar (amino acid identities < 45%) to other Podoviridae phages available in the GenBank database, indicating that isolated SBSEC phages possess unique genomic structures. The remaining ORFs were predicted as hypothetical proteins, with unknown proteins annotated using BLASTP searches. Additionally, transmembrane domains were predicted in three ORFs and no signal peptide was predicted in all the ORFs of both phages (Supplementary Tables 1 and 2). tRNA genes and bacterial virulence- and antimicrobial resistance-associated genes were not detected in the genomes of both the isolated phages. The PhageTerm analysis was predicted to be permuted with redundant ends in the isolated phages. Particularly, the genomes of phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 had high similarities to 18 predicted ORFs, and 13 putative functional proteins divided into four functional groups: two nucleotide metabolisms, four viral structure and packaging, four lysis, and three tail structures. However, both phages distinctly differed in the genes present in the intergenic regions between ORF 13 and ORF 15. In phage vB_SbRt-pBovineS21, ORF 14 (171 bp) and ORF 15 (232 bp) were located next to ORF 13, encoding a tail protein of 583 bp in a row; however, the ORF 14 presented in phage vB_SbRt-pBovineS21 was not detected in phage vB_SbRt-pBovineB21 (Fig. 6)./p>