Не очень дикий «дикий тип» E. coli

Escherichia coli штамм K-12 был изолирован в 1922 от выздоравливающего пациента с дифтерией. В 1940-х годах Чарльз Клифтон и Эдвард Тейтем стали использовать его в качестве модельного организма. В настоящее время E. coli является одним из наиболее широко используемых модельных организмов в молекулярной биологии. Лабораторные линии бактерий неизбежно накапливают генетические изменения с течением времени. Чтобы оценить степень таких изменений, британские ученые секвенировали «дикие типы» E. coli K-12.

Группа секвенировала два штамма E. coli K-12 — WG1 и EMG2. Оба хранятся в центре генофонда E. coli в Йельском университете и помечены там как «дикий тип». Не совсем понятно, когда их туда поместили. Данные штаммы являются предположительными предками основных лабораторных штаммов бактерии. Ученые сравнили полученные результаты с сиквенсами штаммов MG1655 и W3110 — первыми отсеквенированными штаммами и прямыми потомками W1485, который, в свою очередь, происходит от «дикого типа E. сoli K12». Все они были выведены и секвенированы во второй половине XX века. Таким образом, сравнение с архивными геномами этих «старых» штаммов позволило ученым выявить изменения, самопроизвольно произошедшие в WG1 и EMG2 со времени отделения W1485 и его потомков.

Исследование показало, что и WG1 и EMG2 не претерпели серьезных геномных перестроек — оба штамма сохранили F-плазмиду и общую структуру хромосомы. Тем не менее, ученые обнаружили ряд изменений. Например, EMG2 и W3110 потеряли криптический профаг CPZ-55. EMG2 также потерял локус gatYZABDR, участвующий в метаболизме галактитола. Интересно, что в регионе этого локуса наблюдается большое количество инсерций у MG1655 и W3110.

Как уже было сказано, оба исследуемых штамма сохранили F-плазмиду. Однако у WG1 она значительно уменьшилась в размерах (67 408 пн против 99 158 пн у EMG2). Такие изменения связаны с потерей ряда генов: ycbB, echA, ompP и IncFIB. Интересно, что F- плазмида EMG2 несет инсерцию IS3 в гене finO, в то время как у WG1 она отсутствует. Данная инсерция считается типичной для F-плазмиды E. coli и приводит к конститутивной экспрессии белков, ответственных за трансфер плазмиды. Полученные результаты позволяют предположить, что инсерция IS3 произошла у непосредственного предка EMG2.

Как WG1, так и EMG2 несут профаг бактериофага λ между генами bioA и ybhC. Однако у них есть ряд изменений в сравнении с референсными последовательностями, в частости, в генах фибрилл хвоста. Такие изменения, предположительно, характерны для фенотипа, который будет формировать фаговые бляшки меньших размеров.

Наконец, ученые также описали ряд однонуклеотидных вариантов, характерных для WG1 и EMG2. Оба штамма несут ряд изменений, в том числе в ключевых генах. Так, WG1 несет мутацию в гене, кодирующем α субъединицу РНК-полимеразы.

Таким образом, работа продемонстрировала, что даже считающиеся «дикими» штаммы претерпели генетические изменения за время содержания в лаборатории, пересевов и мутагенеза. K-12 обладает рядом существенных преимуществ, таких как безопасность в использовании в связи с неспособностью заражать человека, а также целым спектром уже разработанных под него генетических систем. Авторы считают, что эти свойства штамма обеспечат его продолжительное дальнейшее использование в лабораторных условиях. Тем не менее, необходимо изучать и учитывать генетические изменения, которые претерпевают модельные организмы, так как они могут влиять на физиологию и метаболизм бактерий и, как следствие, на исход экспериментов.

Модельные животные для COVID-19