表皮葡萄球菌噬菌体Cicami、Sazerac、Southeast、Slasher、Spartan和Undine的完整基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequences of Staphylococcus epidermidis phages Cicami, Sazerac, Southeast, Slasher, Spartan, and Undine

表皮葡萄球菌噬菌体基因组测序显示六株siphovirus形态噬菌体（Cicami, Sazerac, Slasher, Southeast, Spartan, Undine）均无致病性和溶原性相关蛋白，为新型生物治疗提供潜在资源。

　　

摘要

葡萄球菌是一种机会性病原体，可引发多种耐抗生素感染，而葡萄球菌病毒（噬菌体）可作为替代疗法加以利用。本文报道了六种具有噬菌体形态的Staphylococcus epidermidis噬菌体的基因组序列，这些噬菌体缺乏与毒力和溶原性相关的蛋白质。我们的观察结果表明它们在治疗方法中具有潜在的应用价值。

公告

Staphylococcus epidermidis是一种常与植入医疗设备相关感染的共生机会性病原体（1），而噬菌体疗法作为对抗植入物相关感染的策略正受到越来越多的关注（2–4）。虽然已知具有肌病毒和尾病毒形态的葡萄球菌噬菌体具有严格的溶菌性，是理想的治疗候选者，但大多数具有噬菌体形态的已测序葡萄球菌噬菌体属于溶原性噬菌体，被认为不适合用于治疗。然而，这一群体中的一些罕见成员缺乏可识别的整合酶，被认为具有严格的溶菌性（5），因此这些噬菌体值得作为治疗候选者进行研究。

本文报道了六种具有噬菌体形态的S. epidermidis噬菌体的完整基因组序列（图1和表1）。这些噬菌体是从阿拉巴马州塔斯卡卢萨（Cicami和Southeast）和伊利诺伊州厄巴纳-香槟（Sazerac、Slasher、Spartan和Undine）的污水处理设施收集的未经处理的废水中分离得到的（表1）。所有噬菌体都是使用免疫缺陷宿主S. epidermidis LM1680作为“诱饵”分离的，该宿主是S. epidermidis RP62a的一个变体（6），已失去了大部分抗噬菌体防御机制（7, 8）。根据参考文献9》中的描述，通过将噬菌体与宿主一起在含有5 mM CaCl₂的胰蛋白酶大豆肉汤中培养（预处理加入2%氯仿），并在37°C下连续培养三个晚上来富集噬菌体。使用双琼脂覆盖法进行传统检测，以可视化并纯化噬菌体斑块，并将噬菌体扩增到高滴度（>10⁹个颗粒/毫升）（9）。噬菌体通过透射电子显微镜（TEM）成像，基因组DNA按照制造商的说明使用Wizard DNA提取试剂盒（Promega）进行提取。Cicami、Sazerac、Southeast、Spartan和Undine的样本文库使用Illumina DNA Prep Kit制备，并在Illumina NextSeq 2000上进行测序。Slasher的样本文库使用基于标签化和PCR的Illumina Prep Kit制备，并在Illumina NovaSeq X Plus上进行测序。多重检测、质量控制和接头修剪使用bcl-convert（v3.9.3）和bcl-convert1（v4.2.4）完成。测序读段使用SPAdes v3.15.3进行组装（10），组装图在Bandage v0.8.1中使用默认参数进行可视化（11）。所有噬菌体都被组装成单个环状contig（表1），并通过PCR和Sanger测序确认contig末端之间的连接。使用Phynteny和Phold作为快速噬菌体注释工具Pharokka的一部分来预测基因和蛋白质功能（12）。

图1

图1 S. epidermidis噬菌体Cicami、Sazerac、Slasher、Southeast、Spartan和Undine的表型和基因型特征。（A）代表性噬菌体的透射电子显微照片。高滴度的噬菌体裂解物被沉积在Formvar涂层的TEM网格上，用2%醋酸铀染色，并在60 kV（Cicami和Southeast）和120 kV（Slasher和Spartan）的加速电压下成像。比例尺 = 100 nm。（B）发现噬菌体与相关噬菌体CUB-EPI_14和Lacachita的基因簇比对。括号中的数字表示基因组长度（以核苷酸计），开放阅读框（ORFs）用箭头表示。同源蛋白质用灰色连接器表示，颜色根据底部的图例显示蛋白质同源性百分比。比对使用Clinker生成（13）。(C) 显示Cicami噬菌体基因组图谱及预测的蛋白质功能。

表1

表1 本研究中报告的六种S. epidermidis噬菌体的样本收集、Illumina测序和遗传特征的附加信息

噬菌体	收集日期	收集地点	GPS坐标	GC含量（%）	ORFs	具有已知功能的ORFs	覆盖深度	原始读段	原始读段文件
Cicami	2020年1月	Hilliard N Fletcher水资源设施	33.17045, ?87.56117	34.3	73	32	2,499.10	1,624,291	SRR34308873
Sazerac	2021年10月	Urbana Champaign卫生区SW工厂	40.08465, ?88.33282	36.0	71	23	3,640.30	1,828,003	SRR19241993
Slasher	2025年1月	Urbana Champaign卫生区NE工厂	40.12062, ?88.19589	36.3	72	28	2,599.97	2,972,425	SRR34308870
Southeast	2018年1月	Hilliard N Fletcher水资源设施	33.17045, ?87.56117	35.0	70	24	2,444.00	1,370,722	SRR23857886
Spartan	2022年1月	Urbana Champaign卫生区NE工厂	40.12062, ?88.19589	35.5	73	30	3,841.00	1,930,419	SRR34308872
Undine	2022年1月	Urbana Champaign卫生区NE工厂	40.12062, ?88.19589	35.2	73	31	3,671.23	1,828,361	SRR34308871

所有六种噬菌体的双链DNA基因组长度在46,000到48,000个核苷酸之间，编码70-80个基因（表1和图1B）。重要的是，这些噬菌体缺乏与毒力和溶原性相关的可识别基因，基因组注释后未发现此类预测域。它们的核苷酸序列彼此之间的同源性超过96%，与之前报道的两种S. epidermidis噬菌体——CUB-EPI_14（ON325435.2）和Lacachita（OP142323）（14, 15）的同源性超过90%。虽然CUB-EPI_14被认为适合用于治疗（14），但Lacachita能够传递抗生素抗性基因，因此不适合作为治疗候选者（15）。因此，需要进一步研究Cicami、Sazerac、Slasher、Southeast、Spartan和Undine的生活方式及其传递潜力，以准确评估它们的治疗效用。

致谢

本工作得到了美国国家科学基金会（NSF）CAREER奖（2054755号，授予A.H.-A.）的支持。

开放获取费用的资助来自美国国立卫生研究院（NIH）内部研究部门（1R01AI173022号，授予A.H.-A.）。A.H.-A.还获得了Burroughs Wellcome基金颁发的传染病发病机制研究奖。

Tori A. Boyle因为在发现和表征Sazerac噬菌体方面的贡献，在校对阶段被添加到作者名单中。这一添加得到了所有作者的同意，但Kevin Gonzalez未能联系到。