Pseudomonas aeruginosa糸状体ファージの2つの系統-統合嗜好性を超えた構造的均一性

Two lineages of Pseudomonas aeruginosa filamentous phages - structural uniformity over integration preferences.

• Krzysztof Fiedoruk
• Magdalena Zakrzewska
• Tamara Daniluk
• Ewelina Piktel
• Sylwia Chmielewska
• Robert Bucki

抄録

緑膿菌糸状体（Pf）ファージは、バイオフィルムの形成やマクロファージによる細菌貪食の抑制など、この日和見細菌の病原性に寄与する重要な因子である。さらに、Pfファージは液晶構造を形成する能力とその高い負電荷密度により、アミノグリコシド系抗生物質や宿主抗菌ペプチドなどのカチオン性抗菌剤の強力な封鎖体となっている。したがって、Ｐｆファージは、抗生物質耐性開発のリスクの潜在的なバイオマーカーとして提案されてきた。Pfウイルスの生物学的機能を記述した研究の大部分は、そのうちの3つだけで行われてきた。しかし、我々の解析の結果、Pfファージは、宿主染色体中の統合部位を共有しているにもかかわらず、構造的・形態形成的に大きく異なる2つの進化系統(IとII)として存在していることが明らかになった。前述のモデルPfファージはすべてI系統のメンバーであることから、P. aeruginosaとの相互作用や病原性への影響がII系統のメンバーに完全に外挿されていない可能性があると推測するのが妥当である。さらに、現在のPfファージの数値命名法を整理するために、Pf-tRNA-Gly, -Met, -Sec, -tmRNA, -DR（直接リピート）の挿入部位に基づいた、より有益なアプローチを提案する。最後に、この分裂の背後にある可能性のある進化機構とその結果について、ウイルス-ウイルス、ウイルス-バクテリウム、ウイルス-ヒト相互作用の観点から考察する。

Pseudomonas aeruginosa filamentous (Pf) bacteriophages are important factors contributing to the pathogenicity of this opportunistic bacterium, including biofilm formation and suppression of bacterial phagocytosis by macrophages. In addition, the capacity of Pf phages to form liquid crystal structures and their high negative charge density make them potent sequesters of cationic antibacterial agents, such as aminoglycoside antibiotics or host antimicrobial peptides. Therefore, Pf phages have been proposed as a potential biomarker for risk of antibiotic resistance development. The majority of studies describing biological functions of Pf viruses have been performed with only three of them: Pf1, Pf4 and Pf5. However, our analysis revealed that Pf phages exist as two evolutionary lineages (I and II), characterized by substantially different structural/morphogenesis properties, despite sharing the same integration sites in the host chromosomes. All aforementioned model Pf phages are members of the lineage I. Hence, it is reasonable to speculate that their interactions with P. aeruginosa and impact on its pathogenicity may be not completely extrapolated to the lineage II members. Furthermore, in order to organize the present numerical nomenclature of Pf phages, we propose a more informative approach based on the insertion sites, i.e. Pf-tRNA-Gly, -Met, -Sec, -tmRNA and -DR (direct repeats), which are fully compatible with one of five types of tyrosine integrases/recombinases XerC/D carried by these viruses. Finally, we discuss possible evolutionary mechanisms behind this division and consequences from the perspective of virus-virus, virus-bacterium and virus-human interactions.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Molecular Biology and Evolution.