歯周病病原体Tannerella forsythiaの比較ゲノム解析

Comparative genome characterization of the periodontal pathogen Tannerella forsythia.

• Nikolaus F Zwickl
• Nancy Stralis-Pavese
• Christina Schäffer
• Juliane C Dohm
• Heinz Himmelbauer

抄録

背景:

Tannerella forsythiaは歯周病に関与する細菌性病原体である。T. forsythiaの病原性関連遺伝子は数多く報告されているが、病態におけるT. forsythiaの役割をさらに解明するためには、T. forsythiaのゲノム構造や遺伝的レパートリーに関する知見の拡大が必要である。本研究では，T. forsythiaとの近縁種であるTannerella sp. BU063を比較解析することが可能である。過去には、T. forsythiaの参照型株ATCC 43037に関連した株の混乱により、インシリコ分析から得られた結果とウェットラボ実験から得られた結果の間に齟齬が生じていました。

BACKGROUND: Tannerella forsythia is a bacterial pathogen implicated in periodontal disease. Numerous virulence-associated T. forsythia genes have been described, however, it is necessary to expand the knowledge on T. forsythia's genome structure and genetic repertoire to further elucidate its role within pathogenesis. Tannerella sp. BU063, a putative periodontal health-associated sister taxon and closest known relative to T. forsythia is available for comparative analyses. In the past, strain confusion involving the T. forsythia reference type strain ATCC 43037 led to discrepancies between results obtained from in silico analyses and wet-lab experimentation.

研究成果:

菌株のゲノムの99%をカバーする、T. forsythia ATCC 43037の大幅に改良されたゲノムアセンブリを3つの配列で作成しました。10種のTannerella株のゲノムをアノテーションしたものを用いて、解析した株の≧80%に存在するオルソログに基づいて、2108個の遺伝子を含むソフトコアゲノムを構築した。病原菌株と歯周健康関連株であると考えられるTannerella sp. BU063の病原性を促進する候補遺伝子を同定するために、既知および仮説の病原性因子を比較するために使用しました。病原性島を探索すると、T. forsythiaゲノム中に38の候補領域が検出された。これらの領域のうち、これまでに報告されている病原性島に対応するのは4つの領域のみであった。T. forsythia ATCC 43037の一般的なタンパク質O-グリコシル化遺伝子クラスターは既に記述されているが、糖鎖合成の開始に必要な遺伝子はまだ発見されていない。その結果、他の細菌では部分的にしか保存されていない6つの仮説的なグリコシル化遺伝子座を発見した。最後に、T. forsythiaとTannerella sp. BU063の翻訳バイアスの比較解析を行い、高度にバイアスのかかった遺伝子を検出した。

RESULTS: We generated a substantially improved genome assembly of T. forsythia ATCC 43037 covering 99% of the genome in three sequences. Using annotated genomes of ten Tannerella strains we established a soft core genome encompassing 2108 genes, based on orthologs present in > = 80% of the strains analysed. We used a set of known and hypothetical virulence factors for comparisons in pathogenic strains and the putative periodontal health-associated isolate Tannerella sp. BU063 to identify candidate genes promoting T. forsythia's pathogenesis. Searching for pathogenicity islands we detected 38 candidate regions in the T. forsythia genome. Only four of these regions corresponded to previously described pathogenicity islands. While the general protein O-glycosylation gene cluster of T. forsythia ATCC 43037 has been described previously, genes required for the initiation of glycan synthesis are yet to be discovered. We found six putative glycosylation loci which were only partially conserved in other bacteria. Lastly, we performed a comparative analysis of translational bias in T. forsythia and Tannerella sp. BU063 and detected highly biased genes.

結論:

タンネレラ株のゲノムに関する情報を提供しています。また、その比較解析により、T. forsythiaの病原性因子の治療標的としての適合性を評価し、新規病原性因子の候補を示唆することができた。さらに、T. forsythiaのタンパク質O-グリコシル化経路の解明に向けて取り組むべき遺伝子座についても報告した。以上のことから、我々の研究は、T. forsythiaの生物学一般と、特にこの種の病原性についての更なる分子解剖への道を開くものである。

CONCLUSIONS: We provide resources and important information on the genomes of Tannerella strains. Comparative analyses enabled us to assess the suitability of T. forsythia virulence factors as therapeutic targets and to suggest novel putative virulence factors. Further, we report on gene loci that should be addressed in the context of elucidating T. forsythia's protein O-glycosylation pathway. In summary, our work paves the way for further molecular dissection of T. forsythia biology in general and virulence of this species in particular.