Genetic characterization of Enterococcus faecium genome locus potentially coding for the bacteriocin-like peptide LcbE

Abstract

Генетическая характеристика участка генома Enterococcus faecium, потенциально кодирующего бактериоцинподобный пептид LcbE Бактериоцины – это большое семейство секретируемых некоторыми бактериями пептидов, обладающих антимикробной активностью против близкородственных видов и родов бактерий. Изучение полногеномного сиквенса пробиотического штамма Enterococcus faecium L-3 показало наличие генов, отвечающих за продукцию бактериоцинов: entA, entB, entXα и entXβ. Также у данного штамма в составе оперона, ответственного за продукцию бактериоцина EntA встречается ген lcbE, который потенциально кодирует бактериоцино-подобный пептид, однако реальная функция данного гена не известна. Для изучения функции данного гена путем его инактивации методом инсерционного мутагенеза было необходимо создать рекомбинантный интегративный вектор, а также подобрать подходящий штамм E.faecium. В ходе работы методом ПЦР был проведен скрининг коллекции штаммов Enterococcus faecium на наличие генов, кодирующих бактериоцины и охарактеризованы участки генома, содержащие ген lcbE. Методом диффузии в агар изучалась антимикробная активность исследуемых штаммов и их культуральных жидкостей в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий. Результаты работы показали, что гены, кодирующие бактериоцины и ген lcbE встречаются в подавляющем большинстве клинических штаммов Enterococcus faecium, однако структура и состав участка ДНК, включающего ген lcbE, различаются у разных штаммов. Гены lcbE и entA не обязательно локализованы в пределах одного оперона. Большая часть штаммов E. faecium обладали выраженной антимикробной активностью в отношении грамположительных бактерий. Показано, что эта активность связана с продукцией энтерококками антимикробных пептидов. В ходе работы были успешно созданы рекомбинатные интегративные конструкции и подобран штамм E.faecium для дальнейшего проведения процедуры инсерционного мутагенеза.

Genetic characterization of Enterococcus faecium genome locus potentially coding for the bacteriocin-like peptide LcbE Bacteriocins comprise a large family of peptides produced by various bacteria, having antimicrobial activity towards closely related species and genera of bacteria. Computational analysis of the whole-genome sequence of the probiotic strain Enterococcus faecium L-3 indicate the presence of genes entA, entB, entXα and entXβ responsible for the production of bacteriocins. Additionaly, the lcbE gene that potentially encoded a bacteriocin-like peptide, was found in the operon responsible for the production of bacteriocin EntA, but the function of this gene is unknown. In this study the collection of Enterococcus faecium strains was screened for the presence of bacteriocin-encoding genes, and the the structure of genomic regions, containing the lcbE gene were also characterized by PCR. The antimicrobial activity of these strains and their cell-free supernatants against gram-positive and gram-negative bacteria was analyzed by agar well-diffusion method. The results of the work showed that the genes encoding bacteriocins and the lcbE gene were found in most of clinical strains of Enterococcus faecium under study, however, the structure and composition of the DNA segment comprising the lcbE gene varied in different strains. The lcbE and entA genes are not obligatory located within the same operon. The majority of strains of E. faecium exhibited antimicrobial activity against gram-positive bacteria. It was shown that this activity was associated with the production of antimicrobial peptides. In this work, the recombinant integrative vectors were successfully created and one E. faecium strain was chosen for further procedure of insertional mutagenesis of lcbE gene, to discover the function of this gene.