Идентификация и анализ структур CRISPR/Cas-систем в геномах антибиотикорезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae

Обоснование. Klebsiella pneumoniae относится к группе бактерий-оппортунистов, обладающих способностью формировать множественную антибиотикорезистентность и передавать её разным видам бактерий путём горизонтального переноса генов. Данные исследования посвящены изучению структурного и функционального разнообразия CRISPR/Cas-систем, защищающих бактерии от инородной ДНК. Их анализ на примере антибиотикорезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae продемонстрирует их устойчивость к определённым бактериофагам, что позволит разработать подходы в лечении сложных инфекционных заболеваний, вызванных данными микроорганизмами, путём создания таргетной фаговой терапии.

Цель исследований. Выполнить биоинформатический анализ выявленных структурных компонентов CRISPR/Cas-систем для скрининга отбора бактериофагов через спейсеры CRISPR-кассет на примере антибиотикорезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae.

Материалы и методы. В статье проанализированы 29 полногеномных последовательностей Klebsiella pneumoniae, в геноме которых были определены структуры CRISPR/Cas-систем и гены антибиотикорезистентности (по данным NCBI). Для решения поставленной цели с помощью программных методов моделирования произведён поиск Сas-генов и CRISPR-кассет, дана их структурная и функциональная характеристики.

Результаты. При помощи биоинформационных алгоритмов поиска в геноме антибиотикорезистентных штаммов были определены функционально активные CRISPR/Cas-системы с наличием одной или двух CRISPRкассет и относящиеся к Type I Subtype IЕ. Определены группы резистентных штаммов, обладающие идентичным спейсерным составом CRISPR-кассет. Проведён филогенетический анализ, подтверждающий их единое происхождение. Путём анализа спейсерных последовательностей CRISPR-кассет определён спектр разнообразия фагов бактерий рода Klebsiella, Salmonella, относящихся к одному семейству Enterobacteriaceae. Таким образом, была получена информация о бактериофагах, на которые нацелено действие CRISPR-систем штаммов Klebsiella pneumoniae, обладающих антибиотикорезистентностью.

Заключение. Анализ функциональных и структурных особенностей CRISPR/Cas-систем антибиотикорезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae позволил получить информацию об их эволюционной истории и о бактериофагах, против которых направлено их действие, то есть об их фагоустойчивости. Использованный в данный исследованиях подход в дальнейшем может послужить основой для создания персонифицированной фаготерапии.