Phân tích pan-genome của các chủng vi khuẩn Edwardsiella hướng tới phát triển các phương pháp kiểm soát bệnh thủy sản

Trong nghiên cứu này khảo sát pan-genome của chủng Edwardsiella để tìm sự khác biệt về hệ gene, tái định danh loài ở mức độ phát sinh bộ gene (phylogenomics). Kết quả phân tích pan-genome cho thấy, giống Edwardsiella được phân tách thành các kiểu loài trong quần thể và có thể giúp định danh lại loài với độ chính xác cao. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích pan-genome của các chủng vi khuẩn Edwardsiella hướng tới phát triển các phương pháp kiểm soát bệnh thủy sản PHÂN TÍCH PAN-GENOME CỦA CÁC CHỦNG VI KHUẨN EDWARDSIELLA HƢỚNG TỚI PHÁT TRIỂN CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM SOÁT BỆNH THỦY SẢN Nguyễn Thành Luân1,*, Phạm Thị Hải Hà2,** 1 Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh 2 Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Môi trường, Đại học Nguyễn Tất Thành Email: *nt.luan@hutech.edu.vn **pthha@ntt.edu.vn TÓM TẮT Các bệnh thủy sản gậy ra bởi sự gia tăng quá mức của các chủng vi khuẩn gây bệnh đang đặt ra những thách thức lớn cho việc phát triển các biện pháp kiểm soát sinh học bền vững như các biện pháp sử dụng kháng sinh thích hợp và chiến lược sản xuất vaccine. Dựa vào những tiến bộ trong công nghệ giải trình tự bộ gene vi khuẩn đã mở ra cuộc cách mạng hóa trong việc phân tích pan-genome vi khuẩn gây bệnh và cũng như ảnh hưởng đến việc quản lý dịch bệnh trong các trang trại nuôi trồng thủy sản. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát pan-genome của chủng Edwardsiella để tìm sự khác biệt về hệ gene, tái định danh loài ở mức độ phát sinh bộ gene (phylogenomics). Kết quả phân tích pan-genome cho thấy, giống Edwardsiella được phân tách thành các kiểu loài trong quần thể và có thể giúp định danh lại loài với độ chính xác cao. Chúng tôi xác nhận rằng E. tarda EIB202, FL6_60, và ET-1 thuộc nhóm E. piscicida. Dựa vào các phân tích sâu hơn về hàm lượng/chức năng các gene khác biệt trong hệ gene của Edwardsiella, chúng tôi đã chỉ ra những thông tin về các gene có tính phân biệt cao có thể sử dụng thực hiện pan-PCR trong định danh phân tử các chủng gây bệnh từ mẫu lâm sàng. Ngoài ra, các phương pháp phân tích pan- genome có thể dùng để khám phá các gene được chia sẻ để tìm hiểu khả năng thích nghi và dùng phát triển các loại vaccine tiềm năng nhằm cải thiện hiệu quả ngăn chặn dịch bệnh thủy sản khi thực hiện kết hợp với phân tích pan-genome. Từ khóa: Edwarsiella; phylogenomics; pan-genome; định danh phân tử; vaccine. 1. ĐẶT VẦN ĐỀ Sự gia tăng nhanh chóng nhiều trình tự bộ gen của tác nhân vi sinh gây bệnh thủy sinh sẽ cho phép chúng tôi xây dựng nhanh một quy trình kiểm soát sự lây nhiễm, và là một hướng tiềm năng để nghiên cứu cải thiện hiệu quả của các loại vaccine trong trồng thủy sản và ngăn chặn dịch bệnh khi thực hiện các phân tích bộ gene. Edwardsiellosis được biết đến như một bệnh truyền nhiễm mãn tính, gây chết hàng loạt ở nhiều loài cá có giá trị kinh tế cao [4]. Ba loài gây bệnh bao gồm E. hoshinae, E. ictaluri và E. tarda được mô tả tốt trong mối liên hệ với các vật chủ khác nhau, bao gồm chim và bò sát, cá trê kênh nuôi và cá rô phi nuôi [1]. Ngoài ra, các ổ sinh thái của nó có thể bao gồm hồ, sông, nước biển và ruột của động vật thủy sinh khỏe mạnh [2, 3]. Một mầm bệnh mới gây dịch bệnh truyền nhiễm cho các loài cá nuôi trên toàn cầu là E. piscicida, chủng trước đây được xác định nhầm là E. tarda [3, 4] vì chúng có chung nhiều đặc điểm kiểu hình [5, 6]. Sự phân loại E. tarda dựa trên kết quả phân tích sự phát sinh loài từ các gene cho thấy chúng 1049 là các nhóm khác biệt về mặt di truyền [3, 4] và phân tích sự phát sinh loài từ bộ gene bao gồm gene trung tâm và pan-genomics. Trong nghiên cứu này, pan-genome của Edwardsiella từ các nguồn khác nhau sẽ được phân tích và so sánh để chứng minh việc pan-genome là ông cụ cần thiết để trong phân loại các loài thuộc chi Edwardsiella. Ngoài ra, phương pháp này có thể dùng để khám phá các gene được chia sẻ giữa các loài để hiểu khả năng thích nghi và tính đặc thù loài, cũng như dung để phát triển các phương pháp phát hiện nhanh loài gây bệnh. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1 Chọn lọc dữ liệu Trong nghiên cứu này, tổng cộng có 15 bộ gene hoàn chỉnh của chủng Edwardsiella được phân lập từ các hệ sinh thái khác nhau được thu thập từ ngân hàng bộ gene vi khuẩn NCBI (ftp://ftp.ncbi.nih.gov/genomes/). Việc chọn các bộ gene hoàn chỉnh để so sánh sẽ giúp hạn chế ảnh hưởng tới kết quả. 2.2 Định danh và phân tích phát sinh loài Sự phát sinh loài dựa trên toàn bộ thông tin bộ gene (phylogenomic) của các chủng Edwardsiella được thiết lập dựa trên sự phân tích giá trị nucleotide trung bình (ANI) bằng phần mềm JSpecies v1.2.1 [7] và được hiển thị dưới dạng bản đồ nhiệt bằng phần mềm Gene-e (http://www.broadinstitute.org/cancer/software/GENE-E/). 2.3 Phân tích pan-genome Pan-genome của 15 chủng Edwardsiella được phân tích bằng phần mềm EDGAR v2.2 [8]. Các nhóm gene, bao gồm số lượng gene thuộc core gene, accessory gene, và singleton gene, được trích xuất theo các thông số mặc định. Các chức năng của gene, các nhóm gene trong pan-genome được phân loại dựa vào cơ sở dữ liệu NCBI Clusters of Orthologous Group (COG), thự ...