16S-ITS-23S rRNA operon segment sequencing provides necessary and sufficient conditions for bacterial species-specific identification

封面

如何引用文章

全文:

详细

Introduction. Sequencing of the 16S rRNA gene is the predominant method for assessing microbial communities and strain molecular identification. The short reads (2nd generation sequencing)-based technology does not allow analysis beyond the 16S rRNA gene. The taxonomic verification level of samples usually remains at the genus or even family level. Currently, there have been proposed the latest versions of long-read technologies (Oxford Nanopore MinION, PacBio) for amplicon sequencing of near-complete ribosomal operon, including genes 16S, 23S, 5S, and internal transcribed spacer (ITS). At the moment, this approach has not been sufficiently studied, in addition, it involves PCR amplification of a very extended DNA region (more than 4000 bp-long). Materials and methods. The collection of non-tuberculous mycobacteria strains and their primary identification was carried out in the years 2019–2021. The strains were obtained by inoculation of positive cultures from the Bactec MGIT 960 bacteriological analyzer lacking MPT64 antigen in the MGIT TB Identification Test (Becton Dickinson, USA) on Lowenstein-Jensen medium. Preliminary species strain identification was carried out with the Speed-oligo Mycobacteria kit (Vircell, Spain) according to the manufacturer’s protocol. In this work, both known and newly developed universal bacterial primers flanking the near-complete 16S rRNA gene, ITS, and the beginning of the 23S rRNA gene are used. In the present study, both known and newly developed universal bacterial primers are used to flank the near-complete 16S rRNA gene, ITS, and start of the 23S rRNA gene. Results and discussion. Sanger sequencing of the amplicons (about 2000 bp) obtained shows the taxonomic level sufficient to determine species up to 8 strains of non-tuberculous mycobacteria isolated from humans that caused clinically and bacteriologically confirmed diseases. The method proposed for PCR amplification of a bacterial operon a fragment containing most of the 16S rRNA gene, ITS, and the beginning of the 23S rRNA gene is considered by us as an approbation of a methodological approach to study microbial communities in material with a high degree of degradation (necrotic foci, etc.). The results obtained indicate a significantly higher resolution of the approach used than the classical 16S rRNA gene sequencing.

作者简介

O. Ogarkov

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

编辑信件的主要联系方式.
Email: obogarkov@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Head of the Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

S. Zhdanova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: svetnii@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Leading Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

E. Orlova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: elizaveta.a.orlova@gmail.com

Junior Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

P. Khromova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: polina.and38@gmail.com

Junior Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

N. Belkova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: nlbelkova@gmail.com

PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

V. Sinkov

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: vsinkov@gmail.com

PhD (Medicine), Senior Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

I. Kondratov

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: kondratovig@mail.ru

PhD (Biology), Researcher, Department of Epidemiology and Microbiology

俄罗斯联邦, Irkutsk

参考

  1. Bel’kova N.L., Parfenova V.V., Kostornova T.Ya., Denisova L.Ya., Zaichikov E.F. Microbial biodiversity in the water of lake Baikal. Microbiology, 2003, vol. 72, pp. 203–213. doi: 10.1023/A:1023224215929
  2. Benítez-Páez A., Sanz Y. Multi-locus and long amplicon sequencing approach to study microbial diversity at species level using the MinION™ portable nanopore sequencer. Gigascience, 2017, vol. 6, no. 7, pp. 1–12. doi: 10.1093/gigascience/gix043
  3. Brown J.R., Douady C.J., Italia M.J., Marshall W.E., Stanhope M.J. Universal trees based on large combined protein sequence data sets. Nat. Genet., 2001, vol. 28, no. 3, pp. 281–285. doi: 10.1038/90129
  4. Burke C.M., Darling A.E. A method for high precision sequencing of near full-length 16S rRNA genes on an Illumina MiSeq. Peer J., 2016, vol. 4: e2492. doi: 10.7717/peerj.2492
  5. Delsuc F., Brinkmann H., Philippe H. Phylogenomics and the reconstruction of the tree of life. Nat. Rev. Genet., 2005, vol. 6, no. 5, pp. 361–375. doi: 10.1038/nrg1603
  6. Doolittle W.F. Phylogenetic classification and the universal tree. Science, 1999, vol. 284, no. 5423, pp. 2124–2129. doi: 10.1126/science.284.5423.2124
  7. Green R., Noller H.F. Ribosomes and translation. Annu. Rev. Biochem., 1997, vol. 66, pp. 679–716. doi: 10.1146/annurev.biochem.66.1.679
  8. Hunt D.E., Klepac-Ceraj V., Acinas S.G., Gautier C., Bertilsson S., Polz M.F. Evaluation of 23S rRNA PCR primers for use in phylogenetic studies of bacterial diversity. Appl. Environ. Microbiol., 2006, vol. 72, no. 3, pp. 2221–2225.
  9. Martijn J., Lind A.E., Schön M.E., Spiertz I., Juzokaite L., Bunikis I., Pettersson O.V., Ettema T.J.G. Confident phylogenetic identification of uncultured prokaryotes through long read amplicon sequencing of the 16S-ITS-23S rRNA operon. Environ. Microbiol., 2019, vol. 21, no. 7, pp. 2485–2498. doi: 10.1111/1462-2920.14636
  10. Milani C., Alessandri G., Mangifesta M., Mancabelli L., Lugli G.A., Fontana F., Longhi G., Anzalone R., Viappiani A., Duranti S., Turroni F., Costi R., Annicchiarico A., Morini A., Sarli L., Ossiprandi M.C., van Sinderen D., Ventura M. Untangling species-level composition of complex bacterial communities through a novel metagenomic approach. mSystems, 2020, vol. 5, no. 4: e00404-20. doi: 10.1128/msystems.00404-20
  11. Orlova E.A., Ogarkov O.B., Suzdalnitskiy A.E., Khromova P.A., Sinkov V.V., Plotnikov A.O., Belkova N.L., Zhdanova S.N. Analysis of microbial diversity in caseous necrosis of tuberculosis foci. Mol. Genet. Microbiol. Virol., 2021, vol. 36, pp. 132–138. doi: 10.3103/S0891416821030058
  12. Peker N., Garcia-Croes S., Dijkhuizen B., Wiersma H.H., van Zanten E., Wisselink G., Friedrich A.W., Kooistra-Smid M., Sinha B., Rossen J.W.A., Couto N. A comparison of three different bioinformatics analyses of the 16S-23S rRNA encoding region for bacterial identification. Front. Microbiol., 2019, vol. 10: 620. doi: 10.3389/fmicb.2019.00620
  13. Weisburg W.G., Barns S.M., Pelletier D.A., Lane D.J. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J. Bacteriol., 1991, vol. 173, no. 2, pp. 697–703. doi: 10.1128/jb.173.2.697-703.1991
  14. Wilson K.H., Blitchington R.B., Greene R.C. Amplification of bacterial 16S ribosomal DNA with polymerase chain reaction. J. Clin. Microbiol., 1990, vol. 28, no. 9, pp. 1942–1946. doi: 10.1128/jcm.28.9.1942-1946.1990
  15. Woese C.R. Bacterial evolution. Microbiol. Rev., 1987, vol. 51, pp. 221–271. doi: 10.1128/mr.51.2.221-271.1987

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

版权所有 © Ogarkov O.B., Zhdanova S.N., Orlova E.A., Khromova P.A., Belkova N.L., Sinkov V.V., Kondratov I.G., 2022

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».