全ゲノムシークエンシングデータを用いた腸管外病原性遺伝子のジェノタイピング

Genotyping of Isolates for Extraintestinal Virulence Genes by Use of Whole-Genome Sequencing Data.

• Anna Maria Malberg Tetzschner
• James R Johnson
• Brian D Johnston
• Ole Lund
• Flemming Scheutz

抄録

腸管外病原体（ExPEC）は、ヒトにおける尿路感染症や菌血症の主要な原因となっています。以前に発表されたウェブツールVirulenceFinder（http://cge.cbs.dtu.dk/services/VirulenceFinder/）は、分離株の特徴付けに全ゲノムシークエンシング（WGS）データを使用し、研究者や臨床保健担当者がWGSデータからウイルス性関連情報を迅速に抽出・解釈することを可能にした。本研究では、既存のVirulenceFinderデータベースに38のExPEC関連病原性遺伝子を追加した。合計で14,441個の対立遺伝子がダウンロードされた。冗長配列を除去し、ORFについて残りの対立遺伝子を解析した結果、合計1,890個の異なる対立遺伝子がデータベースに追加された。そのうち44の遺伝子がExPECに関連しており、2,826の対立遺伝子が掲載されている。また、そのうち44の遺伝子はExPECに関連するもので、対応する対立遺伝子は2,826個であった。増補されたデータベースは、(i)9株の対照株と(ii)288株のヒト由来株を用いて評価した。その結果、PCRとWGSの所見は非常に高い一致率（平均93.4％）を示したが、WGSの方がより多くの対立遺伝子を同定した。結論として、VirulenceFinderのデータベースにExPEC関連遺伝子38種と関連する対立遺伝子を追加することで、WGSデータに基づいて分離株をより完全に解析することが可能となり、ゲノムの可塑性を考慮するとますます重要になってきた。

Extraintestinal pathogenic (ExPEC) is the leading cause in humans of urinary tract infection and bacteremia. The previously published web tool VirulenceFinder (http://cge.cbs.dtu.dk/services/VirulenceFinder/) uses whole genome sequencing (WGS) data for characterization of isolates and enables researchers and clinical health personnel to quickly extract and interpret virulence-relevant information from WGS data. In this study, 38 ExPEC-associated virulence genes were added to the existing VirulenceFinder database. In total, 14,441 alleles were downloaded. A total of 1,890 distinct alleles were added to the database after removal of redundant sequences and analysis of the remaining alleles for ORFs. The database now contains 139 genes - of which 44 are related to ExPEC - and 2,826 corresponding alleles. Construction of the database included validation against 27 primer pairs from previous studies, a search for serotype-specific P fimbriae alleles, and a BLASTn confirmation of seven genes (, , , , , tcpC, and ) not covered by the primers. The augmented database was evaluated using (i) a panel of nine control strains and (ii) 288 human-source strains classified by PCR as ExPEC and non-ExPEC. We observed very high concordance (average, 93.4%) between PCR and WGS findings, but WGS identified more alleles. In conclusion, the addition of 38 ExPEC-associated genes and the associated alleles to the VirulenceFinder database allows for a more complete characterization of isolates based on WGS data, which has become increasingly important considering the plasticity of the genome.

Copyright © 2020 Malberg Tetzschner et al.