Raoultella物种中CRISPR-Cas系统的基因组探索：多样性及其结构

《Current Microbiology》：Genomic Exploration of CRISPR-Cas Systems in Raoultella species: Diversity and Architecture

摘要

规律排列的短回文重复序列（CRISPR相关蛋白系统，CRISPR-Cas系统）是细菌抵御入侵的移动遗传元素的适应性免疫机制。这些系统可以影响水平基因转移、噬菌体抗性以及抗菌素耐药性（AMR）的动态。尽管已在多种克雷伯菌（Klebsiella）物种中研究了这些系统，但关于历史上定义的劳尔泰拉菌（Raoultella）物种的信息仍然有限。在这项研究中，分析了103个代表劳尔泰拉菌物种的完整基因组（目前这些物种被归类在更广泛的克雷伯菌谱系中），以了解CRISPR-Cas系统的分布、结构和多样性。使用CRISPRCasFinder和CRISPRone工具鉴定CRISPR-Cas位点，随后进行亚型分类、直接重复序列和引导序列分析、间隔序列匹配、基于Cas1的系统发育分析以及抗菌素耐药性决定因子的筛查。在23个基因组中检测到了完整的CRISPR-Cas系统，主要存在于R. ornithinolytica菌株中。所有完整的CRISPR-Cas系统都位于染色体上，而在某些R. ornithinolytica菌株中观察到了与质粒相关的孤立CRISPR序列阵列。研究发现两种主要的结构类型，其中Type I-E类型占主导地位，而Type I-F类型仅限于少数菌株。直接重复序列分析发现了六种共有序列，引导区域显示出保守的AT富集基序和菌株特异性的差异。间隔序列分析表明这些系统曾与噬菌体和质粒发生过相互作用，特别是与克雷伯菌及其他肠杆菌科（Enterobacteriaceae）物种相关的移动遗传元素。基于Cas1的系统发育分析显示亚型之间存在差异，表明CRISPR-Cas系统的进化并不严格遵循核心基因组的系统发育关系。CRISPR-Cas位点与抗菌素耐药性决定因子的共存表明，这些位点的存在并不必然排除携带耐药性决定因子的可能性。总体而言，这项研究扩展了目前对所分析劳尔泰拉菌基因组中CRISPR-Cas系统多样性的认识，并为未来的功能研究提供了基因组框架。