Published May 31, 2022
| Version v1
Publication
Open
Comparative genomics of the Western Hemisphere soft tick-borne relapsing fever borreliae highlights extensive plasmid diversity
Creators
- 1. Baylor College of Medicine
- 2. University of Concepción
- 3. Centers for Disease Control and Prevention
- 4. Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud
- 5. Universidade de São Paulo
Description
Tick-borne relapsing fever (TBRF) is a globally prevalent, yet under-studied vector-borne disease transmitted by soft and hard bodied ticks. While soft TBRF (sTBRF) spirochetes have been described for over a century, our understanding of the molecular mechanisms facilitating vector and host adaptation is poorly understood. This is due to the complexity of their small (~ 1.5 Mb) but fragmented genomes that typically consist of a linear chromosome and both linear and circular plasmids. A majority of sTBRF spirochete genomes' plasmid sequences are either missing or are deposited as unassembled sequences. Consequently, our goal was to generate complete, plasmid-resolved genomes for a comparative analysis of sTBRF species of the Western Hemisphere.Utilizing a Borrelia specific pipeline, genomes of sTBRF spirochetes from the Western Hemisphere were sequenced and assembled using a combination of short- and long-read sequencing technologies. Included in the analysis were the two recently isolated species from Central and South America, Borrelia puertoricensis n. sp. and Borrelia venezuelensis, respectively. Plasmid analyses identified diverse sequences that clustered plasmids into 30 families; however, only three families were conserved and syntenic across all species. We also compared two species, B. venezuelensis and Borrelia turicatae, which were isolated ~ 6,800 km apart and from different tick vector species but were previously reported to be genetically similar.To truly understand the biological differences observed between species of TBRF spirochetes, complete chromosome and plasmid sequences are needed. This comparative genomic analysis highlights high chromosomal synteny across the species yet diverse plasmid composition. This was particularly true for B. turicatae and B. venezuelensis, which had high average nucleotide identity yet extensive plasmid diversity. These findings are foundational for future endeavors to evaluate the role of plasmids in vector and host adaptation.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الحمى الانتكاسية التي تنقلها القراد (TBRF) هي مرض سائد عالميًا، ولكنه غير مدروس جيدًا وينتقل عن طريق القراد الرخو والصلب. في حين تم وصف لولبيات TBRF اللينة (sTBRF) لأكثر من قرن، إلا أن فهمنا للآليات الجزيئية التي تسهل تكيف الناقل والمضيف غير مفهوم بشكل جيد. ويرجع ذلك إلى تعقيد جينوماتها الصغيرة (~ 1.5 ميجابايت) ولكن المجزأة التي تتكون عادة من كروموسوم خطي وكل من البلازميدات الخطية والدائرية. غالبية متواليات بلازميد جينوم الملتويات sTBRF إما مفقودة أو يتم ترسيبها كمتواليات غير مجمعة. وبالتالي، كان هدفنا هو توليد جينومات كاملة ومحلولة بالبلازميد لإجراء تحليل مقارن لأنواع sTBRF في نصف الكرة الغربي. باستخدام خط أنابيب خاص بالبوريليا، تم تسلسل جينومات لولبيات sTBRF من نصف الكرة الغربي وتجميعها باستخدام مزيج من تقنيات التسلسل قصيرة المدى وطويلة المدى. شمل التحليل النوعين المعزولين حديثًا من أمريكا الوسطى والجنوبية، Borrelia puertoricensis n. sp. و Borrelia venezuelensis، على التوالي. حددت تحليلات البلازميد سلاسل متنوعة جمعت البلازميدات في 30 عائلة ؛ ومع ذلك، تم حفظ ثلاث عائلات فقط وتوليفها عبر جميع الأنواع. قمنا أيضًا بمقارنة نوعين، B. venezuelensis و Borrelia turicatae، اللذان تم عزلهما على بعد حوالي 6800 كم ومن أنواع مختلفة من ناقلات القراد ولكن تم الإبلاغ سابقًا عن تشابههما وراثيًا. لفهم الاختلافات البيولوجية التي لوحظت بين أنواع لولبيات TBRF، هناك حاجة إلى تسلسل كروموسوم وبلازميد كامل. يسلط هذا التحليل الجيني المقارن الضوء على التوليف الكروموسومي العالي عبر الأنواع ولكن تكوين البلازميد متنوع. كان هذا صحيحًا بشكل خاص بالنسبة لـ B. turicatae و B. venezuelensis، اللذان كان لهما متوسط هوية نيوكليوتيد مرتفع مع تنوع بلازميدي واسع النطاق. هذه النتائج أساسية للمساعي المستقبلية لتقييم دور البلازميدات في تكيف الناقل والمضيف.Translated Description (French)
La fièvre récurrente transmise par les tiques (TBRF) est une maladie à transmission vectorielle répandue dans le monde, mais sous-étudiée, transmise par des tiques molles et dures. Alors que les spirochètes mous TBRF (sTBRF) sont décrits depuis plus d'un siècle, notre compréhension des mécanismes moléculaires facilitant l'adaptation du vecteur et de l'hôte est mal comprise. Cela est dû à la complexité de leurs génomes petits (~ 1,5 Mo) mais fragmentés qui sont généralement constitués d'un chromosome linéaire et de plasmides linéaires et circulaires. Une majorité des séquences plasmidiques des génomes des spirochètes sTBRF sont manquantes ou sont déposées sous forme de séquences non assemblées. Par conséquent, notre objectif était de générer des génomes complets à résolution plasmidique pour une analyse comparative des espèces sTBRF de l'hémisphère occidental. En utilisant un pipeline spécifique à Borrelia, les génomes des spirochètes sTBRF de l'hémisphère occidental ont été séquencés et assemblés à l'aide d'une combinaison de technologies de séquençage à lecture courte et longue. L'analyse comprenait les deux espèces récemment isolées d'Amérique centrale et d'Amérique du Sud, Borrelia puertoricensis n. sp. et Borrelia venezuelensis, respectivement. Les analyses de plasmides ont identifié diverses séquences qui regroupaient les plasmides en 30 familles ; cependant, seules trois familles étaient conservées et synténiques dans toutes les espèces. Nous avons également comparé deux espèces, B. venezuelensis et Borrelia turicatae, qui ont été isolées à environ 6 800 km d'intervalle et provenant de différentes espèces de vecteurs de tiques, mais qui étaient précédemment signalées comme génétiquement similaires. Pour vraiment comprendre les différences biologiques observées entre les espèces de spirochètes TBRF, des séquences chromosomiques et plasmidiques complètes sont nécessaires. Cette analyse génomique comparative met en évidence une synténie chromosomique élevée à travers l'espèce mais une composition plasmidique diversifiée. Cela était particulièrement vrai pour B. turicatae et B. venezuelensis, qui avaient une identité nucléotidique moyenne élevée mais une grande diversité plasmidique. Ces résultats sont fondamentaux pour les efforts futurs visant à évaluer le rôle des plasmides dans l'adaptation du vecteur et de l'hôte.Translated Description (Spanish)
La fiebre recidivante transmitida por garrapatas (TBRF) es una enfermedad transmitida por vectores de prevalencia mundial, pero poco estudiada, transmitida por garrapatas de cuerpo blando y duro. Si bien las espiroquetas blandas TBRF (sTBRF) se han descrito durante más de un siglo, nuestra comprensión de los mecanismos moleculares que facilitan la adaptación del vector y el huésped es poco conocida. Esto se debe a la complejidad de sus genomas pequeños (~ 1,5 Mb) pero fragmentados que generalmente consisten en un cromosoma lineal y plásmidos lineales y circulares. La mayoría de las secuencias plasmídicas de los genomas de espiroquetas sTBRF faltan o se depositan como secuencias no ensambladas. En consecuencia, nuestro objetivo era generar genomas completos resueltos por plásmidos para un análisis comparativo de las especies de sTBRF del hemisferio occidental. Utilizando una tubería específica de Borrelia, se secuenciaron y ensamblaron genomas de espiroquetas de sTBRF del hemisferio occidental utilizando una combinación de tecnologías de secuenciación de lectura corta y larga. En el análisis se incluyeron las dos especies recientemente aisladas de América Central y del Sur, Borrelia puertoricensis n. sp. y Borrelia Venezuelanuelensis, respectivamente. Los análisis de plásmidos identificaron diversas secuencias que agrupaban los plásmidos en 30 familias; sin embargo, solo tres familias se conservaron y fueron sinténicas en todas las especies. También comparamos dos especies, B. Venezuelensis y Borrelia turicatae, que se aislaron a ~ 6,800 km de distancia y de diferentes especies de vectores de garrapatas, pero que anteriormente se informó que eran genéticamente similares. Para comprender realmente las diferencias biológicas observadas entre las especies de espiroquetas de TBRF, se necesitan secuencias completas de cromosomas y plásmidos. Este análisis genómico comparativo destaca una alta sintenia cromosómica en todas las especies pero una composición de plásmidos diversa. Esto fue particularmente cierto para B. turicatae y B. Venezuelensis, que tenían una identidad de nucleótidos media alta pero una amplia diversidad de plásmidos. Estos hallazgos son fundamentales para futuros esfuerzos para evaluar el papel de los plásmidos en la adaptación de vectores y huéspedes.Files
s12864-022-08523-7.pdf
Files
(4.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d8bfffd230b3e4168c8e65ad3f29ffa8
|
4.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- علم الجينوم المقارن لنصف الكرة الغربي الحمى الانتكاسية اللينة المنقولة بالقراد يسلط الضوء على التنوع الواسع للبلازميد
- Translated title (French)
- La génomique comparative de la fièvre borrélienne récurrente à tiques molles de l'hémisphère occidental met en évidence une grande diversité de plasmides
- Translated title (Spanish)
- La genómica comparativa de las borrelias de fiebre recidivante transmitidas por garrapatas blandas del hemisferio occidental destaca la amplia diversidad de plásmidos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4281893153
- DOI
- 10.1186/s12864-022-08523-7
References
- https://openalex.org/W145409054
- https://openalex.org/W171503304
- https://openalex.org/W1750147358
- https://openalex.org/W1839541726
- https://openalex.org/W1922277472
- https://openalex.org/W1926303070
- https://openalex.org/W1971973336
- https://openalex.org/W1972043771
- https://openalex.org/W1982475042
- https://openalex.org/W1982855075
- https://openalex.org/W1986609151
- https://openalex.org/W1988651143
- https://openalex.org/W1991785635
- https://openalex.org/W1995945585
- https://openalex.org/W2025454557
- https://openalex.org/W2025974955
- https://openalex.org/W2027582822
- https://openalex.org/W2029904991
- https://openalex.org/W2041257508
- https://openalex.org/W2049740823
- https://openalex.org/W2054121664
- https://openalex.org/W2058767645
- https://openalex.org/W2064686642
- https://openalex.org/W2067677292
- https://openalex.org/W2069813264
- https://openalex.org/W2073247834
- https://openalex.org/W2076686528
- https://openalex.org/W2080333715
- https://openalex.org/W2080744010
- https://openalex.org/W2085645520
- https://openalex.org/W2087996659
- https://openalex.org/W2097600764
- https://openalex.org/W2098466396
- https://openalex.org/W2101291993
- https://openalex.org/W2104370341
- https://openalex.org/W2105281406
- https://openalex.org/W2105861972
- https://openalex.org/W2107446812
- https://openalex.org/W2107621690
- https://openalex.org/W2107772251
- https://openalex.org/W2111602096
- https://openalex.org/W2112657948
- https://openalex.org/W2115725107
- https://openalex.org/W2118224447
- https://openalex.org/W2120902911
- https://openalex.org/W2122673596
- https://openalex.org/W2123087023
- https://openalex.org/W2124168303
- https://openalex.org/W2124951518
- https://openalex.org/W2126361238
- https://openalex.org/W2127036970
- https://openalex.org/W2134375163
- https://openalex.org/W2136421813
- https://openalex.org/W2136573311
- https://openalex.org/W2139687638
- https://openalex.org/W2140290887
- https://openalex.org/W2142678478
- https://openalex.org/W2145608399
- https://openalex.org/W2148723086
- https://openalex.org/W2148861792
- https://openalex.org/W2153148746
- https://openalex.org/W2155465240
- https://openalex.org/W2160709029
- https://openalex.org/W2163428114
- https://openalex.org/W2167396808
- https://openalex.org/W2170747616
- https://openalex.org/W2178890195
- https://openalex.org/W2196703056
- https://openalex.org/W2266654810
- https://openalex.org/W2277574918
- https://openalex.org/W2324534980
- https://openalex.org/W2336553127
- https://openalex.org/W2344940607
- https://openalex.org/W2397051997
- https://openalex.org/W2408848129
- https://openalex.org/W2411543323
- https://openalex.org/W2419288453
- https://openalex.org/W2434700673
- https://openalex.org/W2470052926
- https://openalex.org/W2514573950
- https://openalex.org/W2529038616
- https://openalex.org/W2546499806
- https://openalex.org/W2575750030
- https://openalex.org/W2585102247
- https://openalex.org/W2588701839
- https://openalex.org/W2596319910
- https://openalex.org/W2614081736
- https://openalex.org/W2617972526
- https://openalex.org/W2735917085
- https://openalex.org/W2766480038
- https://openalex.org/W2780666286
- https://openalex.org/W2784788330
- https://openalex.org/W2789843538
- https://openalex.org/W2789970830
- https://openalex.org/W2792955504
- https://openalex.org/W2796377562
- https://openalex.org/W2801361050
- https://openalex.org/W2801984495
- https://openalex.org/W2803356794
- https://openalex.org/W2888266148
- https://openalex.org/W2892251234
- https://openalex.org/W2898402099
- https://openalex.org/W2900701906
- https://openalex.org/W2943825966
- https://openalex.org/W2947468913
- https://openalex.org/W2950006249
- https://openalex.org/W2950354111
- https://openalex.org/W2951254987
- https://openalex.org/W2951278111
- https://openalex.org/W2951464304
- https://openalex.org/W2951563276
- https://openalex.org/W2951664382
- https://openalex.org/W2951912016
- https://openalex.org/W2955628779
- https://openalex.org/W2970842946
- https://openalex.org/W2991012415
- https://openalex.org/W2994969834
- https://openalex.org/W2999243267
- https://openalex.org/W3005235420
- https://openalex.org/W3021936614
- https://openalex.org/W3022572641
- https://openalex.org/W3038998461
- https://openalex.org/W3045244624
- https://openalex.org/W3085758516
- https://openalex.org/W3087088522
- https://openalex.org/W3097435702
- https://openalex.org/W3124929539
- https://openalex.org/W3138486288
- https://openalex.org/W3156572991
- https://openalex.org/W3196251726
- https://openalex.org/W3198341990
- https://openalex.org/W4244292587
- https://openalex.org/W4256465218
- https://openalex.org/W587883607