Published November 12, 2020 | Version v1
Publication Open

Phylogenomic Analysis of Campylobacter fetus Reveals a Clonal Structure of Insertion Element ISCfe1 Positive Genomes

Creators

  • 1. Friedrich-Loeffler-Institut
  • 2. Zagazig University

Description

Subspecies of the species Campylobacter fetus are associated with specific host niches including mammals and reptiles. Campylobacter fetus subsp. fetus is a zoonotic pathogen infecting humans. Infections can vary from an acute intestinal illness to severe systemic infections, with sheep and cattle as major reservoirs. In contrast, Campylobacter fetus subsp. venerealis causes bovine genital campylobacteriosis, which leads to abortion in cattle and a high economic burden for the farmers. Therefore, high-quality molecular subtyping is indispensable for interventional epidemiology. We used whole-genome sequencing (WGS) data of 283 Campylobacter fetus strains from 18 countries and compared several methods for Campylobacter fetus subtyping, including WGS, multilocus sequence typing, PCR assays, and the presence of the insertion element ISCfe1. We identified a highly clonal clade (designated as clade 1) that harbors the insertion sequence ISCfe1. The presence of this insertion sequence is an essential diagnostic tool for the identification of the subspecies Campylobacter fetus subsp. venerealis, serving as a target for several PCR assays. However, we have found a high sequence variability for the ISCfe1 besides the presence of ISCfe1-paralogues in certain other genomes (n = 7) which may cause incorrect diagnostic results. Clade 1 seems to be the cattle-specific clade of this species. We propose that only this clade might be designated as Campylobacter fetus subsp. venerealis as it harbors the ISCfe1 marker sequence, which is a major target for molecular methods currently used for Campylobacter fetus subspecies identification. Fostering this proposal, we defined eleven stable nucleotide markers specific for this clade. Additionally, we developed a bioinformatics toolbox for the fast identification of this clade based on WGS data. In conclusion, our results demonstrate that WGS can be used for Campylobacter fetus subtyping overcoming limitations of current PCR and MLST protocols.

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

Translated Description (Arabic)

ترتبط الأنواع الفرعية من جنين العطيفة بمنافذ مضيف محددة بما في ذلك الثدييات والزواحف. Campylobacter fetus subsp. fetus هو أحد مسببات الأمراض الحيوانية المنشأ التي تصيب البشر. يمكن أن تختلف العدوى من مرض معوي حاد إلى عدوى جهازية شديدة، مع الأغنام والماشية كمستودعات رئيسية. على النقيض من ذلك، تسبب العطيفة الجنين الفرعي. الأمراض التناسلية داء العطيفة التناسلي البقري، مما يؤدي إلى الإجهاض في الماشية وعبء اقتصادي مرتفع للمزارعين. لذلك، فإن الأنواع الفرعية الجزيئية عالية الجودة لا غنى عنها لعلم الأوبئة التدخلي. استخدمنا بيانات تسلسل الجينوم الكامل (WGS) لـ 283 سلالة من سلالات جنين العطيفة من 18 دولة وقارنا عدة طرق للنمط الفرعي لجنين العطيفة، بما في ذلك WGS، ونوع تسلسل متعدد البؤر، وفحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل، ووجود عنصر الإدراج ISCfe1. حددنا فرعًا مستنسخًا للغاية (يُسمى الفرع 1) يؤوي تسلسل الإدراج ISCfe1. يعد وجود تسلسل الإدخال هذا أداة تشخيصية أساسية لتحديد الأنواع الفرعية من العطيفة الجنين الفرعي. الزهري، بمثابة هدف للعديد من فحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل. ومع ذلك، وجدنا تباين تسلسل عالي لـ ISCfe1 إلى جانب وجود نظائر ISCfe1 في بعض الجينومات الأخرى (n = 7) والتي قد تسبب نتائج تشخيصية غير صحيحة. يبدو أن الفرع 1 هو الفرع الخاص بالماشية لهذا النوع. نقترح أن يتم تعيين هذا الفرع فقط على أنه فصيلة فرعية من الجنين العطيفة حيث أنه يؤوي تسلسل علامة ISCfe1، وهو هدف رئيسي للطرق الجزيئية المستخدمة حاليًا لتحديد الأنواع الفرعية من الجنين العطيفة. لتعزيز هذا الاقتراح، حددنا أحد عشر علامة نيوكليوتيد مستقرة محددة لهذا الفرع. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتطوير مجموعة أدوات المعلوماتية الحيوية للتحديد السريع لهذا الفرع بناءً على بيانات WGS. في الختام، تظهر نتائجنا أنه يمكن استخدام WGS للنمط الفرعي لجنين العطيفة للتغلب على قيود بروتوكولات PCR و MLST الحالية.

Translated Description (French)

Les sous-espèces de l'espèce Campylobacter fetus sont associées à des niches d'hôtes spécifiques, y compris les mammifères et les reptiles. Campylobacter fetus subsp. fetus est un pathogène zoonotique infectant les humains. Les infections peuvent aller d'une maladie intestinale aiguë à des infections systémiques graves, les ovins et les bovins étant les principaux réservoirs. En revanche, Campylobacter fetus subsp. venerealis provoque une campylobactériose génitale bovine, ce qui entraîne un avortement chez les bovins et un fardeau économique élevé pour les agriculteurs. Par conséquent, un sous-typage moléculaire de haute qualité est indispensable pour l'épidémiologie interventionnelle. Nous avons utilisé les données de séquençage du génome entier (WGS) de 283 souches de Campylobacter foetus provenant de 18 pays et comparé plusieurs méthodes de sous-typage de Campylobacter foetus, notamment le WGS, le typage de séquence multilocus, les tests PCR et la présence de l'élément d'insertion ISCfe1. Nous avons identifié un clade hautement clonal (désigné clade 1) qui héberge la séquence d'insertion ISCfe1. La présence de cette séquence d'insertion est un outil de diagnostic essentiel pour l'identification de la sous-espèce Campylobacter fetus subsp. venerealis, servant de cible à plusieurs tests PCR. Cependant, nous avons trouvé une grande variabilité de séquence pour l'ISCfe1 en plus de la présence de ISCfe1-paralogues dans certains autres génomes (n = 7) qui peuvent causer des résultats diagnostiques incorrects. Le clade 1 semble être le clade spécifique au bétail de cette espèce. Nous proposons que seul ce clade puisse être désigné comme Campylobacter fetus subsp. venerealis car il abrite la séquence de marqueurs ISCfe1, qui est une cible majeure pour les méthodes moléculaires actuellement utilisées pour l'identification de la sous-espèce Campylobacter fetus. En favorisant cette proposition, nous avons défini onze marqueurs nucléotidiques stables spécifiques de ce clade. De plus, nous avons développé une boîte à outils bioinformatique pour l'identification rapide de ce clade basée sur des données WGS. En conclusion, nos résultats démontrent que le WGS peut être utilisé pour le sous-typage du fœtus de Campylobacter en surmontant les limitations des protocoles actuels de PCR et de MLST.

Translated Description (Spanish)

Las subespecies de la especie Campylobacter fetus se asocian con nichos de hospedadores específicos, incluidos mamíferos y reptiles. Campylobacter fetus subsp. fetus es un patógeno zoonótico que infecta a los humanos. Las infecciones pueden variar desde una enfermedad intestinal aguda hasta infecciones sistémicas graves, con ovejas y vacas como reservorios principales. Por el contrario, Campylobacter fetus subsp. venerealis causa campilobacteriosis genital bovina, lo que conduce al aborto en el ganado y a una alta carga económica para los agricultores. Por lo tanto, la subtipificación molecular de alta calidad es indispensable para la epidemiología intervencionista. Utilizamos datos de secuenciación del genoma completo (WGS) de 283 cepas de Campylobacter fetus de 18 países y comparamos varios métodos para la subtipificación de Campylobacter fetus, incluyendo WGS, tipificación de secuencias multilocus, ensayos de PCR y la presencia del elemento de inserción ISCfe1. Identificamos un clado altamente clonal (designado como clado 1) que alberga la secuencia de inserción ISCfe1. La presencia de esta secuencia de inserción es una herramienta diagnóstica esencial para la identificación de la subespecie Campylobacter fetus subsp. venerealis, sirviendo como diana para varios ensayos de PCR. Sin embargo, hemos encontrado una alta variabilidad de secuencia para el ISCfe1 además de la presencia de parálogos de ISCfe1 en ciertos otros genomas (n = 7) que pueden causar resultados diagnósticos incorrectos. El clado 1 parece ser el clado específico del ganado de esta especie. Proponemos que solo este clado podría designarse como Campylobacter fetus subsp. venerealis, ya que alberga la secuencia marcadora ISCfe1, que es un objetivo importante para los métodos moleculares utilizados actualmente para la identificación de subespecies de Campylobacter fetus. Al fomentar esta propuesta, definimos once marcadores de nucleótidos estables específicos para este clado. Además, desarrollamos una caja de herramientas de bioinformática para la identificación rápida de este clado basada en datos de WGS. En conclusión, nuestros resultados demuestran que WGS se puede utilizar para la subtipificación de Campylobacter fetus superando las limitaciones de los protocolos actuales de PCR y MLST.

Files

pdf.pdf

Files (9.8 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:ca7007b6a4163aa959388e2971e8ee27
9.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يكشف التحليل الوراثي لجنين العطيفة عن بنية نسيلية لعنصر الإدراج ISCfe1 الجينوم الإيجابي
Translated title (French)
L'analyse phylogénomique du fœtus de Campylobacter révèle une structure clonale de l'élément d'insertion ISCfe1 génomes positifs
Translated title (Spanish)
El análisis filogenómico de Campylobacter fetus revela una estructura clonal de los genomas positivos del elemento de inserción ISCfe1

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3096272560
DOI
10.3389/fmicb.2020.585374

Is supplement to
https://openalex.org/W4245511365 (Other)
https://openalex.org/W4210591221 (Other)
https://openalex.org/W4206050663 (Other)
https://openalex.org/W2929412932 (Other)
https://openalex.org/W2772269296 (Other)
https://openalex.org/W2730569024 (Other)
https://openalex.org/W2425388544 (Other)
https://openalex.org/W2139701694 (Other)
https://openalex.org/W2117789346 (Other)
https://openalex.org/W2030665715 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1542265507
  • https://openalex.org/W1972145956
  • https://openalex.org/W1988367285
  • https://openalex.org/W1994576782
  • https://openalex.org/W2009041064
  • https://openalex.org/W2019299631
  • https://openalex.org/W2022893249
  • https://openalex.org/W2041257508
  • https://openalex.org/W2049749941
  • https://openalex.org/W2053940732
  • https://openalex.org/W2075965486
  • https://openalex.org/W2081774267
  • https://openalex.org/W2086358393
  • https://openalex.org/W2095651628
  • https://openalex.org/W2106961803
  • https://openalex.org/W2107768082
  • https://openalex.org/W2111878491
  • https://openalex.org/W2114659564
  • https://openalex.org/W2119888547
  • https://openalex.org/W2123033701
  • https://openalex.org/W2124226882
  • https://openalex.org/W2141052558
  • https://openalex.org/W2142165000
  • https://openalex.org/W2155645165
  • https://openalex.org/W2160378127
  • https://openalex.org/W2162767870
  • https://openalex.org/W2167327943
  • https://openalex.org/W2178637309
  • https://openalex.org/W2529838505
  • https://openalex.org/W2566509893
  • https://openalex.org/W2726257503
  • https://openalex.org/W2744477787
  • https://openalex.org/W2765684905
  • https://openalex.org/W2790446641
  • https://openalex.org/W2799524357
  • https://openalex.org/W2905561682
  • https://openalex.org/W2927961455
  • https://openalex.org/W2952620784
  • https://openalex.org/W2973688123
  • https://openalex.org/W3039755929