Published July 3, 2023 | Version v1
Publication Open

Metagenomics of culture isolates and insect tissue illuminate the evolution of Wolbachia, Rickettsia and Bartonella symbionts in Ctenocephalides spp. fleas

Description

While fleas are often perceived simply as a biting nuisance and a cause of allergic dermatitis, they represent important disease vectors worldwide, especially for bacterial zoonoses such as plague (transmitted by rodent fleas) and some of the rickettsioses and bartonelloses. The cosmopolitan cat ( Ctenocephalides felis ) and dog ( Ctenocephalides canis ) fleas, as well as Ctenocephalides orientis (restricted to tropical and subtropical Asia), breed in human dwellings and are vectors of cat-scratch fever (caused by Bartonella spp.) and Rickettsia spp., including Rickettsia felis (agent of flea-borne spotted fever) and Rickettsia asembonensis , a suspected pathogen. These Rickettsia spp. are members of a phylogenetic clade known as the 'transitional group', which includes both human pathogens and arthropod-specific endosymbionts. The relatively depauperate flea microbiome can also contain other endosymbionts, including a diverse range of Wolbachia strains. Here, we present circularized genome assemblies for two C. orientis -derived pathogens ( Bartonella clarridgeiae and R. asembonensis ) from Malaysia, a novel Wolbachia strain ( w Cori), and the C. orientis mitochondrion; all were obtained by direct metagenomic sequencing of flea tissues. Moreover, we isolated two Wolbachia strains from Malaysian C. felis into tick cell culture and recovered circularized genome assemblies for both, one of which ( w CfeF) is newly sequenced. We demonstrate that the three Wolbachia strains are representatives of different major clades ('supergroups'), two of which appear to be flea-specific. These Wolbachia genomes exhibit unique combinations of features associated with reproductive parasitism or mutualism, including prophage WO, cytoplasmic incompatibility factors and the biotin operon of obligate intracellular microbes. The first circularized assembly for R. asembonensis includes a plasmid with a markedly different structure and gene content compared to the published plasmid; moreover, this novel plasmid was also detected in cat flea metagenomes from the USA. Analysis of loci under positive selection in the transitional group revealed genes involved in host–pathogen interactions that may facilitate host switching. Finally, the first B. clarridgeiae genome from Asia exhibited large-scale genome stability compared to isolates from other continents, except for SNPs in regions predicted to mediate interactions with the vertebrate host. These findings highlight the paucity of data on the genomic diversity of Ctenocephalides -associated bacteria and raise questions regarding how interactions between members of the flea microbiome might influence vector competence.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في حين يُنظر إلى البراغيث في كثير من الأحيان على أنها مجرد مصدر إزعاج عض وسبب لالتهاب الجلد التحسسي، إلا أنها تمثل ناقلات أمراض مهمة في جميع أنحاء العالم، خاصة بالنسبة للأمراض الحيوانية البكتيرية مثل الطاعون (الذي ينتقل عن طريق براغيث القوارض) وبعض الريكتسيات والبارتونيلوز. تتكاثر القطط العالمية ( Ctenocephalides felis ) والبراغيث الكلب ( Ctenocephalides canis )، وكذلك Ctenocephalides orientis (تقتصر على آسيا الاستوائية وشبه الاستوائية)، في المساكن البشرية وهي ناقلات لحمى خدش القطط (التي تسببها Bartonella spp.) و Rickettsia spp.، بما في ذلك Rickettsia felis (عامل الحمى المرقطة التي تنقلها البراغيث) و Rickettsia asembonensis، وهو أحد مسببات الأمراض المشتبه بها. هذه الأنواع من الريكتسيا هي أعضاء في فرع تطوري يعرف باسم "المجموعة الانتقالية"، والذي يشمل كل من مسببات الأمراض البشرية والتعايش الداخلي الخاص بالمفصليات. يمكن أن يحتوي ميكروبيوم البراغيث المحروم نسبيًا أيضًا على متعايشات داخلية أخرى، بما في ذلك مجموعة متنوعة من سلالات Wolbachia. هنا، نقدم تجميعات جينوم دائرية لاثنين من مسببات الأمراض المشتقة من C. orientis ( Bartonella clarridgeiae و R. asembonensis) من ماليزيا، وسلالة Wolbachia جديدة ( w Cori)، و C. orientis mitochondrion ؛ تم الحصول عليها جميعًا عن طريق التسلسل الميتاجيني المباشر لأنسجة البراغيث. علاوة على ذلك، قمنا بعزل سلالتين من Wolbachia من C. felis الماليزية في مزرعة خلايا القراد واستعدنا تجميعات الجينوم الدائرية لكليهما، واحدة منها ( w CfeF) متسلسلة حديثًا. نثبت أن سلالات Wolbachia الثلاث تمثل طبقات رئيسية مختلفة (" مجموعات فائقة ")، يبدو أن اثنتين منها خاصتان بالبراغيث. تُظهر جينومات Wolbachia هذه مجموعات فريدة من الميزات المرتبطة بالتطفل التكاثري أو التبادلية، بما في ذلك طليعة الطور WO وعوامل عدم التوافق السيتوبلازمية ومشغل البيوتين للميكروبات الملزمة داخل الخلايا. يتضمن التجميع الدائري الأول لـ R. asembonensis بلازميدًا له بنية ومحتوى جيني مختلف بشكل ملحوظ مقارنة بالبلازميد المنشور ؛ علاوة على ذلك، تم اكتشاف هذا البلازميد الجديد أيضًا في ميتاجينوم برغوث القطط من الولايات المتحدة الأمريكية. كشف تحليل المواضع تحت الانتقاء الإيجابي في المجموعة الانتقالية عن جينات تشارك في تفاعلات المضيف الممرض التي قد تسهل تبديل المضيف. أخيرًا، أظهر جينوم B. clarridgeiae الأول من آسيا استقرارًا جينيًا واسع النطاق مقارنة بالعزلات من القارات الأخرى، باستثناء SNPs في المناطق التي من المتوقع أن تتوسط التفاعلات مع مضيف الفقاريات. تسلط هذه النتائج الضوء على ندرة البيانات حول التنوع الجيني للبكتيريا المرتبطة بـ Ctenocephalides وتثير تساؤلات حول كيفية تأثير التفاعلات بين أعضاء ميكروبيوم البراغيث على كفاءة الناقل.

Translated Description (French)

Alors que les puces sont souvent perçues simplement comme une nuisance mordante et une cause de dermatite allergique, elles représentent d'importants vecteurs de maladies dans le monde entier, en particulier pour les zoonoses bactériennes telles que la peste (transmise par les puces des rongeurs) et certaines des rickettsioses et bartonelloses. Les puces cosmopolites du chat ( Ctenocephalides felis ) et du chien ( Ctenocephalides canis ), ainsi que les Ctenocephalides orientis (limitées à l'Asie tropicale et subtropicale), se reproduisent dans les habitations humaines et sont des vecteurs de la fièvre des griffes du chat (causée par Bartonella spp.) et de Rickettsia spp., y compris Rickettsia felis (agent de la fièvre tachetée transmise par les puces) et Rickettsia asembonensis, un agent pathogène présumé. Ces Rickettsia spp. sont membres d'un clade phylogénétique connu sous le nom de « groupe de transition », qui comprend à la fois des agents pathogènes humains et des endosymbiotes spécifiques des arthropodes. Le microbiome des puces relativement dépaupéré peut également contenir d'autres endosymbiotes, y compris une gamme diversifiée de souches de Wolbachia. Ici, nous présentons des assemblages de génome circularisés pour deux agents pathogènes dérivés de C. orientis ( Bartonella clarridgeiae et R. asembonensis) de Malaisie, une nouvelle souche de Wolbachia ( w Cori) et la mitochondrie de C. orientis ; tous ont été obtenus par séquençage métagénomique direct de tissus de puces. De plus, nous avons isolé deux souches de Wolbachia du C. felis malaisien dans une culture de cellules de tiques et récupéré des assemblages de génome circularisés pour les deux, dont l'une ( w CfeF) est nouvellement séquencée. Nous démontrons que les trois souches de Wolbachia sont représentatives de différents clades majeurs (« supergroupes »), dont deux semblent être spécifiques aux puces. Ces génomes de Wolbachia présentent des combinaisons uniques de caractéristiques associées au parasitisme ou au mutualisme reproductif, y compris le prophage WO, les facteurs d'incompatibilité cytoplasmique et l'opéron biotine des microbes intracellulaires obligatoires. Le premier assemblage circularisé pour R. asembonensis comprend un plasmide avec une structure et un contenu génique nettement différents par rapport au plasmide publié ; de plus, ce nouveau plasmide a également été détecté dans des métagénomes de puces de chat des États-Unis. L'analyse des loci sous sélection positive dans le groupe de transition a révélé des gènes impliqués dans les interactions hôte-pathogène qui peuvent faciliter le changement d'hôte. Enfin, le premier génome de B. clarridgeiae d'Asie présentait une stabilité génomique à grande échelle par rapport aux isolats d'autres continents, à l'exception des SNP dans les régions prédites pour médier les interactions avec l'hôte vertébré. Ces résultats mettent en évidence le manque de données sur la diversité génomique des bactéries associées aux Cténocéphalides et soulèvent des questions sur la manière dont les interactions entre les membres du microbiome des puces pourraient influencer la compétence des vecteurs.

Translated Description (Spanish)

Si bien las pulgas a menudo se perciben simplemente como una molestia para morder y una causa de dermatitis alérgica, representan importantes vectores de enfermedades en todo el mundo, especialmente para zoonosis bacterianas como la peste (transmitida por pulgas de roedores) y algunas de las rickettsiosis y bartonelosis. Las pulgas cosmopolitas de gato ( Ctenocephalides felis ) y perro ( Ctenocephalides canis ), así como Ctenocephalides orientis (restringida a Asia tropical y subtropical), se reproducen en viviendas humanas y son vectores de la fiebre por arañazo de gato (causada por Bartonella spp.) y Rickettsia spp., incluyendo Rickettsia felis (agente de la fiebre manchada transmitida por pulgas) y Rickettsia asembonensis, un patógeno sospechoso. Estas Rickettsia spp. son miembros de un clado filogenético conocido como el "grupo de transición", que incluye tanto patógenos humanos como endosimbiontes específicos de artrópodos. El microbioma de pulgas relativamente depauperado también puede contener otros endosimbiontes, incluida una amplia gama de cepas de Wolbachia. Aquí, presentamos ensamblajes de genoma circularizados para dos patógenos derivados de C. orientis ( Bartonella clarridgeiae y R. asembonensis ) de Malasia, una nueva cepa de Wolbachia ( w Cori) y la mitocondria de C. orientis; todos se obtuvieron mediante secuenciación metagenómica directa de tejidos de pulgas. Además, aislamos dos cepas de Wolbachia de C. felis de Malasia en cultivo de células de garrapatas y recuperamos ensamblajes de genoma circularizados para ambas, una de las cuales ( w CfeF) está recién secuenciada. Demostramos que las tres cepas de Wolbachia son representativas de diferentes clados principales ("supergrupos"), dos de los cuales parecen ser específicos de pulgas. Estos genomas de Wolbachia exhiben combinaciones únicas de características asociadas con el parasitismo reproductivo o mutualismo, incluyendo el profago WO, factores de incompatibilidad citoplasmática y el operón de biotina de microbios intracelulares obligados. El primer ensamblaje circularizado para R. asembonensis incluye un plásmido con una estructura y contenido génico marcadamente diferentes en comparación con el plásmido publicado; además, este nuevo plásmido también se detectó en metagenomas de pulgas de gato de los EE. UU. El análisis de los loci bajo selección positiva en el grupo de transición reveló genes involucrados en las interacciones huésped-patógeno que pueden facilitar el cambio de huésped. Finalmente, el primer genoma de B. clarridgeiae de Asia exhibió estabilidad genómica a gran escala en comparación con aislados de otros continentes, a excepción de los SNP en regiones que se predijo que mediarían en las interacciones con el huésped vertebrado. Estos hallazgos resaltan la escasez de datos sobre la diversidad genómica de las bacterias asociadas a Ctenocephalides y plantean preguntas sobre cómo las interacciones entre los miembros del microbioma de la pulga podrían influir en la competencia del vector.

Files

40625420.pdf

Files (2.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:54c399671ff695c7d57eb4c6f061776c
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ميتاجينوميكس الثقافة يعزل والأنسجة الحشرية تضيء تطور Wolbachia، Rickettsia و Bartonella symbionts في Ctenocephalides spp. البراغيث
Translated title (French)
La métagénomique des isolats de culture et des tissus d'insectes éclaire l'évolution des symbiotes Wolbachia, Rickettsia et Bartonella chez les puces Ctenocephalides spp.
Translated title (Spanish)
La metagenómica de aislados de cultivo y tejido de insectos ilumina la evolución de Wolbachia, Rickettsia y Bartonella symbionts en pulgas Ctenocephalides spp.

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4382989012
DOI
10.1099/mgen.0.001045

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W128985141
  • https://openalex.org/W1595263455
  • https://openalex.org/W1598166759
  • https://openalex.org/W1604612617
  • https://openalex.org/W1964001519
  • https://openalex.org/W1967836944
  • https://openalex.org/W1970049121
  • https://openalex.org/W1973993610
  • https://openalex.org/W1982855075
  • https://openalex.org/W1987150843
  • https://openalex.org/W1990190727
  • https://openalex.org/W1990515956
  • https://openalex.org/W1999026250
  • https://openalex.org/W2014467433
  • https://openalex.org/W2020284185
  • https://openalex.org/W2025345042
  • https://openalex.org/W2027515342
  • https://openalex.org/W2034898090
  • https://openalex.org/W2035975692
  • https://openalex.org/W2036897871
  • https://openalex.org/W2039220900
  • https://openalex.org/W2041257508
  • https://openalex.org/W2045232153
  • https://openalex.org/W2056085948
  • https://openalex.org/W2063756105
  • https://openalex.org/W2066568243
  • https://openalex.org/W2075563069
  • https://openalex.org/W2076605298
  • https://openalex.org/W2076617993
  • https://openalex.org/W2091030812
  • https://openalex.org/W2091897887
  • https://openalex.org/W2096093282
  • https://openalex.org/W2099550759
  • https://openalex.org/W2104189207
  • https://openalex.org/W2109244466
  • https://openalex.org/W2111647009
  • https://openalex.org/W2116233885
  • https://openalex.org/W2121139063
  • https://openalex.org/W2122301597
  • https://openalex.org/W2123539550
  • https://openalex.org/W2127774996
  • https://openalex.org/W2129082474
  • https://openalex.org/W2133579817
  • https://openalex.org/W2133897638
  • https://openalex.org/W2135097960
  • https://openalex.org/W2136765986
  • https://openalex.org/W2139025411
  • https://openalex.org/W2139134537
  • https://openalex.org/W2143936548
  • https://openalex.org/W2146573624
  • https://openalex.org/W2158804744
  • https://openalex.org/W2159165131
  • https://openalex.org/W2159957100
  • https://openalex.org/W2160995125
  • https://openalex.org/W2161444534
  • https://openalex.org/W2161825304
  • https://openalex.org/W2162737864
  • https://openalex.org/W2176341219
  • https://openalex.org/W2177555845
  • https://openalex.org/W2316026204
  • https://openalex.org/W2316448932
  • https://openalex.org/W2330775033
  • https://openalex.org/W2336408146
  • https://openalex.org/W2345791363
  • https://openalex.org/W2408617049
  • https://openalex.org/W2475143894
  • https://openalex.org/W2482300724
  • https://openalex.org/W2537143620
  • https://openalex.org/W2560598840
  • https://openalex.org/W2575750030
  • https://openalex.org/W2599417231
  • https://openalex.org/W2602887890
  • https://openalex.org/W2606410004
  • https://openalex.org/W2614081736
  • https://openalex.org/W2748735012
  • https://openalex.org/W2750791471
  • https://openalex.org/W2788194819
  • https://openalex.org/W2788228074
  • https://openalex.org/W2789843538
  • https://openalex.org/W2805484017
  • https://openalex.org/W2807130195
  • https://openalex.org/W2808089621
  • https://openalex.org/W2888645153
  • https://openalex.org/W2893178655
  • https://openalex.org/W2899782239
  • https://openalex.org/W2909209446
  • https://openalex.org/W2909643971
  • https://openalex.org/W2917045807
  • https://openalex.org/W2922113358
  • https://openalex.org/W2947125761
  • https://openalex.org/W2951180101
  • https://openalex.org/W2951464304
  • https://openalex.org/W2953326935
  • https://openalex.org/W2969443468
  • https://openalex.org/W2969866109
  • https://openalex.org/W2977282014
  • https://openalex.org/W2979866000
  • https://openalex.org/W2980338873
  • https://openalex.org/W2986916574
  • https://openalex.org/W2988396470
  • https://openalex.org/W2990618091
  • https://openalex.org/W3008084399
  • https://openalex.org/W3034382946
  • https://openalex.org/W3034695509
  • https://openalex.org/W3036033251
  • https://openalex.org/W3043039778
  • https://openalex.org/W3049006320
  • https://openalex.org/W3088362339
  • https://openalex.org/W3092066509
  • https://openalex.org/W3092929313
  • https://openalex.org/W3093868212
  • https://openalex.org/W3093874648
  • https://openalex.org/W3111672640
  • https://openalex.org/W3118171640
  • https://openalex.org/W3121652846
  • https://openalex.org/W3131055609
  • https://openalex.org/W3138086792
  • https://openalex.org/W3184264220
  • https://openalex.org/W3186072202
  • https://openalex.org/W3186309583
  • https://openalex.org/W3203185271
  • https://openalex.org/W3203343200
  • https://openalex.org/W4206190289
  • https://openalex.org/W4220660613
  • https://openalex.org/W4220847315
  • https://openalex.org/W4226465262
  • https://openalex.org/W4280497449
  • https://openalex.org/W4280536895
  • https://openalex.org/W4281735645
  • https://openalex.org/W4283204303
  • https://openalex.org/W4283360231
  • https://openalex.org/W4283738065
  • https://openalex.org/W4287577495
  • https://openalex.org/W4293440992
  • https://openalex.org/W4294916139
  • https://openalex.org/W4296322284
  • https://openalex.org/W4297460137
  • https://openalex.org/W4306410006
  • https://openalex.org/W4307885814
  • https://openalex.org/W4319461044
  • https://openalex.org/W4321495990
  • https://openalex.org/W4323316749
  • https://openalex.org/W4375862196
  • https://openalex.org/W4382989012
  • https://openalex.org/W44202579