Published August 11, 2016
| Version v1
Publication
Open
Understanding the Pathogenicity of Burkholderia contaminans, an Emerging Pathogen in Cystic Fibrosis
Creators
- 1. Charles University
- 2. University of Manitoba
- 3. Czech Academy of Sciences, Institute of Molecular Genetics
- 4. University of Buenos Aires
- 5. Hospital General de Niños Ricardo Gutierrez
Description
Several bacterial species from the Burkholderia cepacia complex (Bcc) are feared opportunistic pathogens that lead to debilitating lung infections with a high risk of developing fatal septicemia in cystic fibrosis (CF) patients. However, the pathogenic potential of other Bcc species is yet unknown. To elucidate clinical relevance of Burkholderia contaminans, a species frequently isolated from CF respiratory samples in Ibero-American countries, we aimed to identify its key virulence factors possibly linked with an unfavorable clinical outcome. We performed a genome-wide comparative analysis of two isolates of B. contaminans ST872 from sputum and blood culture of a female CF patient in Argentina. RNA-seq data showed significant changes in expression for quorum sensing-regulated virulence factors and motility and chemotaxis. Furthermore, we detected expression changes in a recently described low-oxygen-activated (lxa) locus which encodes stress-related proteins, and for two clusters responsible for the biosynthesis of antifungal and hemolytic compounds pyrrolnitrin and occidiofungin. Based on phenotypic assays that confirmed changes in motility and in proteolytic, hemolytic and antifungal activities, we were able to distinguish two phenotypes of B. contaminans that coexisted in the host and entered her bloodstream. Whole genome sequencing revealed that the sputum and bloodstream isolates (each representing a distinct phenotype) differed by over 1,400 mutations as a result of a mismatch repair-deficient hypermutable state of the sputum isolate. The inferred lack of purifying selection against nonsynonymous mutations and the high rate of pseudogenization in the derived isolate indicated limited evolutionary pressure during evolution in the nutrient-rich, stable CF sputum environment. The present study is the first to examine the genomic and transcriptomic differences between longitudinal isolates of B. contaminans. Detected activity of a number of putative virulence factors implies a genuine pathogenic nature of this novel Bcc species.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يُخشى أن تكون العديد من الأنواع البكتيرية من مركب بوركهولديريا سيباسيا (Bcc) من مسببات الأمراض الانتهازية التي تؤدي إلى التهابات الرئة المنهكة مع ارتفاع خطر الإصابة بتسمم الدم المميت في مرضى التليف الكيسي (CF). ومع ذلك، فإن الإمكانات المسببة للأمراض لأنواع Bcc الأخرى غير معروفة بعد. لتوضيح الأهمية السريرية للبوركولديريا الملوثة، وهو نوع يتم عزله بشكل متكرر من عينات الجهاز التنفسي CF في البلدان الأيبيرية الأمريكية، كنا نهدف إلى تحديد عوامل الفوعة الرئيسية التي قد ترتبط بنتيجة سريرية غير مواتية. أجرينا تحليلًا مقارنًا على مستوى الجينوم لعزلتين من B. contaminans ST872 من البلغم ومزرعة الدم لمريضة CF في الأرجنتين. أظهرت بيانات RNA - seq تغييرات كبيرة في التعبير عن عوامل الفوعة المنظمة لاستشعار النصاب القانوني والحركة والانجذاب الكيميائي. علاوة على ذلك، اكتشفنا تغيرات في التعبير في موضع منخفض الأكسجين (lxa) تم وصفه مؤخرًا والذي يشفر البروتينات المرتبطة بالإجهاد، ولمجموعتين مسؤولتين عن التخليق الحيوي للمركبات المضادة للفطريات والانحلال الدموي بيرولنيترين وأوكسيديوفونجين. استنادًا إلى فحوصات النمط الظاهري التي أكدت التغيرات في الحركة وفي الأنشطة البروتينية والانحلالية ومضادات الفطريات، تمكنا من التمييز بين نمطين ظاهريين من ب. الملوثات التي تعايشت في المضيف ودخلت مجرى دمها. كشف تسلسل الجينوم الكامل أن البلغم وعزلات مجرى الدم (كل منهما يمثل نمطًا ظاهريًا متميزًا) اختلفت بأكثر من 1400 طفرة نتيجة لعدم تطابق الحالة المفرطة التغير لعزل البلغم التي تفتقر إلى الإصلاح. يشير الافتقار المستنتج إلى الانتقاء المنقي ضد الطفرات غير المترادفة والمعدل العالي للتولد الكاذب في العزلة المشتقة إلى ضغط تطوري محدود أثناء التطور في بيئة البلغم CF الغنية بالمغذيات والمستقرة. هذه الدراسة هي الأولى التي تدرس الاختلافات الجينومية والنسخية بين العزلات الطولية لـ B. contaminans. النشاط المكتشف لعدد من عوامل الضراوة المفترضة ينطوي على طبيعة مسببة للأمراض حقيقية من هذا النوع Bcc الجديد.Translated Description (French)
Plusieurs espèces bactériennes du complexe Burkholderia cepacia (Bcc) sont des agents pathogènes opportunistes redoutés qui conduisent à des infections pulmonaires débilitantes avec un risque élevé de développer une septicémie mortelle chez les patients atteints de mucoviscidose (FC). Cependant, le potentiel pathogène d'autres espèces de Cci est encore inconnu. Pour élucider la pertinence clinique de Burkholderia contaminans, une espèce fréquemment isolée à partir d'échantillons respiratoires de mucoviscidose dans les pays ibéro-américains, nous avons cherché à identifier ses facteurs de virulence clés éventuellement liés à un résultat clinique défavorable. Nous avons effectué une analyse comparative à l'échelle du génome de deux isolats de B. contaminans ST872 provenant d'expectorations et d'hémoculture d'une patiente atteinte de mucoviscidose en Argentine. Les données RNA-seq ont montré des changements significatifs dans l'expression des facteurs de virulence régulés par quorum sensing et de la motilité et de la chimiotaxie. De plus, nous avons détecté des changements d'expression dans un locus récemment décrit faiblement activé par l'oxygène (lxa) qui code pour les protéines liées au stress, et pour deux grappes responsables de la biosynthèse des composés antifongiques et hémolytiques pyrrolnitrine et occidiofungine. Sur la base de tests phénotypiques qui ont confirmé des changements dans la motilité et dans les activités protéolytiques, hémolytiques et antifongiques, nous avons pu distinguer deux phénotypes de B. contaminans qui coexistaient chez l'hôte et entraient dans sa circulation sanguine. Le séquençage du génome entier a révélé que les isolats d'expectoration et de circulation sanguine (chacun représentant un phénotype distinct) différaient par plus de 1 400 mutations en raison d'un état hypermutable de l'isolat d'expectoration déficient en réparation du mésappariement. L'absence inférée de sélection purificatrice contre les mutations non synonymes et le taux élevé de pseudogénisation dans l'isolat dérivé indiquaient une pression évolutive limitée au cours de l'évolution dans l'environnement stable et riche en nutriments des expectorations de mucoviscidose. La présente étude est la première à examiner les différences génomiques et transcriptomiques entre les isolats longitudinaux de B. contaminans. L'activité détectée d'un certain nombre de facteurs de virulence présumés implique un véritable caractère pathogène de cette nouvelle espèce Bcc.Translated Description (Spanish)
Se teme que varias especies bacterianas del complejo Burkholderia cepacia (Bcc) sean patógenos oportunistas que conducen a infecciones pulmonares debilitantes con un alto riesgo de desarrollar septicemia fatal en pacientes con fibrosis quística (FQ). Sin embargo, aún se desconoce el potencial patógeno de otras especies de Bcc. Para dilucidar la relevancia clínica de Burkholderia contaminans, una especie frecuentemente aislada de muestras respiratorias de FQ en países iberoamericanos, nos propusimos identificar sus factores de virulencia clave posiblemente relacionados con un resultado clínico desfavorable. Realizamos un análisis comparativo de todo el genoma de dos aislados de B. contaminans ST872 de esputo y hemocultivo de una paciente femenina con FQ en Argentina. Los datos de RNA-seq mostraron cambios significativos en la expresión de factores de virulencia regulados por detección de quórum y motilidad y quimiotaxis. Además, detectamos cambios de expresión en un locus recientemente descrito de baja activación de oxígeno (lxa) que codifica proteínas relacionadas con el estrés, y para dos grupos responsables de la biosíntesis de compuestos antifúngicos y hemolíticos pirrolnitrina y occidiofungina. Con base en ensayos fenotípicos que confirmaron cambios en la motilidad y en las actividades proteolíticas, hemolíticas y antifúngicas, pudimos distinguir dos fenotipos de B. contaminans que coexistieron en el huésped y entraron en su torrente sanguíneo. La secuenciación del genoma completo reveló que los aislados de esputo y del torrente sanguíneo (cada uno representa un fenotipo distinto) diferían en más de 1400 mutaciones como resultado de un estado hipermutable deficiente en la reparación de desajustes del aislado de esputo. La falta inferida de selección purificadora contra mutaciones no sinónimas y la alta tasa de pseudogenización en el aislado derivado indicaron una presión evolutiva limitada durante la evolución en el entorno de esputo de FQ estable y rico en nutrientes. El presente estudio es el primero en examinar las diferencias genómicas y transcriptómicas entre los aislados longitudinales de B. contaminans. La actividad detectada de una serie de supuestos factores de virulencia implica una naturaleza patógena genuina de esta nueva especie Bcc.Files
journal.pone.0160975&type=printable.pdf
Files
(4.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b74ea74a09b3efc8119d880c83ede8f3
|
4.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- فهم مسببات أمراض البوركهولدريا الملوثة، وهو أحد مسببات الأمراض الناشئة في التليف الكيسي
- Translated title (French)
- Comprendre la pathogénicité de Burkholderia contaminans, un agent pathogène émergent dans la fibrose kystique
- Translated title (Spanish)
- Comprender la patogenicidad de Burkholderia contaminans, un patógeno emergente en la fibrosis quística
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2511671681
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0160975
References
- https://openalex.org/W1602579419
- https://openalex.org/W1719616878
- https://openalex.org/W1810815273
- https://openalex.org/W1867732039
- https://openalex.org/W1888185978
- https://openalex.org/W1937008768
- https://openalex.org/W1966790266
- https://openalex.org/W1969483014
- https://openalex.org/W1970929573
- https://openalex.org/W1980217150
- https://openalex.org/W1983287958
- https://openalex.org/W2003935269
- https://openalex.org/W2019385975
- https://openalex.org/W2028595761
- https://openalex.org/W2028927886
- https://openalex.org/W2029479476
- https://openalex.org/W2032519858
- https://openalex.org/W2033779629
- https://openalex.org/W2033950869
- https://openalex.org/W2034285706
- https://openalex.org/W2041120378
- https://openalex.org/W2043503013
- https://openalex.org/W2050271774
- https://openalex.org/W2053908004
- https://openalex.org/W2059610863
- https://openalex.org/W2063644637
- https://openalex.org/W2067964678
- https://openalex.org/W2080055139
- https://openalex.org/W2085630244
- https://openalex.org/W2096441981
- https://openalex.org/W2097059517
- https://openalex.org/W2098429327
- https://openalex.org/W2108716844
- https://openalex.org/W2109628626
- https://openalex.org/W2110914629
- https://openalex.org/W2115756362
- https://openalex.org/W2116388403
- https://openalex.org/W2119404698
- https://openalex.org/W2124799197
- https://openalex.org/W2125066248
- https://openalex.org/W2126591309
- https://openalex.org/W2126973513
- https://openalex.org/W2128429807
- https://openalex.org/W2128880918
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2131478115
- https://openalex.org/W2132666490
- https://openalex.org/W2135850335
- https://openalex.org/W2141660491
- https://openalex.org/W2142390970
- https://openalex.org/W2142580407
- https://openalex.org/W2148871749
- https://openalex.org/W2149341297
- https://openalex.org/W2151706742
- https://openalex.org/W2151906718
- https://openalex.org/W2152207030
- https://openalex.org/W2152555572
- https://openalex.org/W2154741848
- https://openalex.org/W2160697532
- https://openalex.org/W2160969485
- https://openalex.org/W2166010748
- https://openalex.org/W2166706771
- https://openalex.org/W2170861437
- https://openalex.org/W2171197491
- https://openalex.org/W2179438025
- https://openalex.org/W2227578447
- https://openalex.org/W2316910359
- https://openalex.org/W4211150422
- https://openalex.org/W4212865600
- https://openalex.org/W4230320438