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プロビデンシア属のトランスポゾン挿入部位の配列決定。必須遺伝子、カテーテル関連尿路感染症のフィットネス因子、および微生物感染がフィットネス要件に与える影響
Transposon Insertion Site Sequencing of Providencia stuartii: Essential Genes, Fitness Factors for Catheter-Associated Urinary Tract Infection, and the Impact of Polymicrobial Infection on Fitness Requirements.
PMID: 32461277 PMCID: PMC7253602. DOI: 10.1128/mSphere.00412-20.
抄録
は多菌性カテーテル関連尿路感染症（CAUTI）の一般的な原因であるが、その病態の分子機構を記述した文献は限られている。我々は、単種感染時および共通のコロニー化剤を用いた多菌感染時のコロニー化に重要な因子を同定するために、約50,000個のトランスポゾン変異体の飽和ライブラリーを作成し、マウスCAUTIモデルを用いてトランスポゾン挿入部位シークエンス（Tn-Seq）を行った。input/output fold change cutoff値20、<0.05の値を用いて、単一種感染のみに重要な遺伝子を340個、多菌感染に重要な遺伝子を63個、単一種感染とコインフェクションの両方に寄与する遺伝子を168個同定した。一次スクリーニングの実験的検証のために、鞭毛（変異体）、双子アルギニン転座（変異体）、ATP依存性プロテアーゼ（変異体）、d-アラニン-d-アラニンリガーゼ（変異体）、3型分泌（変異体）、VI型分泌（変異体）に対応する7つの変異体が構築された。感染症特異的表現型は、野生型との直接共挑戦では6/7（86％）の突然変異体が検証され、また , との感染では3/5（60％）の突然変異体が検証され、これらを合わせた検証率は9/12（75％）であった。Tn-Seqにより、尿路内病原体のフィットネスに寄与する遺伝子を同定することに成功し、共同感染がフィットネス要件に与える影響を決定し、複数の尿路病原体のフィットネスに寄与する可能性のある遺伝子のコレクションの同定に加えた。しかし、本菌の病態についてはほとんど知られていない。我々はトランスポゾン挿入部位シークエンス（Tn-Seq）を用いて、CAUTIの適合性因子のグローバルな評価を行うと同時に、他の病原体との共感染が適合性要件をどのように変化させるかを明らかにした。このアプローチは、この分野に4つの重要な貢献をもたらした。(i)実験用培地での増殖に必須な遺伝子の世界的な推定、(ii)カテーテルを用いた尿路のコロニー化に対する新規の適合性因子の同定、(iii)単一種および多菌性CAUTIのコアとなる適合性因子の同定、(iv)一般的な尿路病原体間での適合性因子の保存性の評価である。このようにして、単一種 CAUTI と微生物 CAUTI の両方における共通の病原体のフィットネス要件をゲノムワイドに評価することで、疾患の重症化に寄与する複雑な相互作用を明らかにし、治療介入のための保存されたターゲットを明らかにすることができると考えられる。
is a common cause of polymicrobial catheter-associated urinary tract infection (CAUTI), and yet literature describing the molecular mechanisms of its pathogenesis is limited. To identify factors important for colonization during single-species infection and during polymicrobial infection with a common cocolonizer, , we created a saturating library of ∼50,000 transposon mutants and conducted transposon insertion site sequencing (Tn-Seq) in a murine model of CAUTI. strain BE2467 carries 4,398 genes, 521 of which were identified as essential for growth in laboratory medium and therefore could not be assessed for contribution to infection. Using an input/output fold change cutoff value of 20 and values of <0.05, 340 genes were identified as important for establishing single-species infection only and 63 genes as uniquely important for polymicrobial infection with , and 168 genes contributed to both single-species and coinfection. Seven mutants were constructed for experimental validation of the primary screen that corresponded to flagella ( mutant), twin arginine translocation (), an ATP-dependent protease (), d-alanine-d-alanine ligase (), type 3 secretion ( and ), and type VI secretion (). Infection-specific phenotypes validated 6/7 (86%) mutants during direct cochallenge with wild-type and 3/5 (60%) mutants during coinfection with , for a combined validation rate of 9/12 (75%). Tn-Seq therefore successfully identified genes that contribute to fitness of within the urinary tract, determined the impact of coinfection on fitness requirements, and added to the identification of a collection of genes that may contribute to fitness of multiple urinary tract pathogens. is a common cause of polymicrobial catheter-associated urinary tract infections (CAUTIs), particularly during long-term catheterization. However, little is known regarding the pathogenesis of this organism. Using transposon insertion site sequencing (Tn-Seq), we performed a global assessment of fitness factors for CAUTI while simultaneously determining how coinfection with another pathogen alters fitness requirements. This approach provides four important contributions to the field: (i) the first global estimation of genes essential for growth in laboratory medium, (ii) identification of novel fitness factors for colonization of the catheterized urinary tract, (iii) identification of core fitness factors for both single-species and polymicrobial CAUTI, and (iv) assessment of conservation of fitness factors between common uropathogens. Genomewide assessment of the fitness requirements for common uropathogens during single-species and polymicrobial CAUTI thus elucidates complex interactions that contribute to disease severity and will uncover conserved targets for therapeutic intervention.
Copyright © 2020 Johnson et al.