Гончаров Артемий Евгеньевич — д. м. н., заведующий лабораторией микробиологического мониторинга биологических угроз
Санкт-Петербург
Artemiy E. Goncharov — D. Sc. in Medicine, Head of the Laboratory of Microbiological Monitoring of Biohazards, Institute of Experimental Medicine; Professor at the Department of Epidemiology, Parasitology, and Disinfection
Saint Petersburg
Асланов Батырбек Исмелович — д. м. н., профессор, директор Института профилактической медицины, заведующий лабораторией молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов
Санкт-Петербург
Batyrbek I. Aslanov — D. Sc. in Medicine, Professor, Director of the Institute of Preventive Medicine, Head of the Laboratory of Molecular Epidemiology and Bacteriophage Research
Saint Petersburg
Азаров Даниил Валерьевич — к. м. н., старший преподаватель кафедры эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии
Санкт-Петербург
Daniil V. Azarov — Ph. D. in Medicine, Senior Lecturer at the Department of Epidemiology, Parasitology, and Disinfection
Saint Petersburg
Колоджиева Виктория Васильевна — к. м. н., доцент кафедры эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии
Санкт-Петербург
Victoria V. Kolodzhieva — Ph. D. in Medicine, Associate Professor at the Department of Epidemiology, Parasitology, and Disinfection
Saint Petersburg
Гаврило Мария Владиславовна — к. б. н., ведущий научный сотрудник лаборатории «Арктик-шельф» им. Г. К. Зубакина
Архангельск
Maria V. Gavrilo — Ph. D. in Biology, Leading Researcher at the Arctic Shelf Laboratory
Saint Petersburg
Аксенов Андрей Сергеевич — к. т. н., профессор кафедры биологии, экологии и биотехнологии
Архангельск
Andrey S. Aksenov — Ph. D. in Technical Sciences, Professor at the Department of Biology, Ecology, and Biotechnology
Arkhangelsk
Шутов Владимир Михайлович — аспирант
Санкт-Петербург
Vladimir M. Shutov — Postgraduate student
Saint Petersburg
Щиплецова Варвара Тимофеевна — студент
Москва
Varvara T. Shchipletsova — student
Moscow
Поликина Юлия Михайловна — студент
Архангельск
Julia M. Polikina — student
Arkhangelsk
Майорова Ксения Александровна — инженер
Архангельск
Ksenia A. Mayorova — engineer
Arkhangelsk
Шеманаева Арина Антоновна — аспирант
Санкт-Петербург
Arina A. Shemanaeva — Postgraduate student
Saint Petersburg
Гончаров Никита Евгеньевич — младший научный сотрудник лаборатории медицинской микробиологии
Санкт-Петербург
Nikita E. Goncharov — Junior Researcher at the Laboratory of Medical Microbiology
Saint Petersburg
Полев Дмитрий Евгеньевич — к. б. н., заведующий лабораторией метагеномных исследований
Санкт-Петербург
Dmitrii E. Polev — Ph. D. in Biology, Head of the Laboratory of Metagenomic Research
Saint Petersburg
Актуальность. Изучение разнообразия бактериофагов в дикой природе, включая территории, незатронутые человеческой деятельностью, представляет существенный интерес с точки зрения определения стратегий поиска компонентов бактериофаговых препаратов для борьбы с актуальными инфекциями, обусловленными бактериями с множественной лекарственной устойчивостью.
Цель исследования. Описать структуру и особенности виромов, ассоциированных с колониями морских птиц на островах Баренцева моря, в качестве потенциального источника вирулентных бактериофагов для фаготерапии инфекционных заболеваний человека и животных.
Материал и методы. В ходе исследования проведён метагеномный анализ образцов почв, сформировавшихся в колониях птиц на острове Северный архипелага Новая Земля и острове Западный Нортбрук архипелага Земля Франца-Иосифа, а также эксперименты по выделению бактериофагов Escherichia coli из этих образцов. Метагеномное секвенирование проводилось на секвенаторе DNBSEQ-G400 с длиной парноконцевых прочтений 150 п. н. Биоинформационный анализ включал в себя сборку сырых ридов в контиги с использованием MEGAHIT v.1.2.9 и их классификацию при помощи Kraken2 с использованием Refseq базы данных вирусных последовательностей. Выделение бактериофагов проводилось с использованием метода накопления на культурах Escherichia coli flora2c и OO17. Геномы двух выделенных бактериофагов были секвенированы и проведён филогенетический анализ их последовательностей с использованием программы parsnp.
Результаты. В структуре метавиромов доминируют последовательности хвостатых фагов класса Caudoviricetes, составляя до 78,45% от общего числа последовательностей, классифицированных в качестве вирусных. Анализ метавиромных данных продемонстрировал значительное разнообразие бактериофагов класса Caudoviricetes, включая семейства Straboviridae и Shitoviridae, рода Baikalvirus, Phitrevirus, представители которых могут быть использованы для фаговой терапии. Из образцов орнитогенных почв выделены два вирулентных бактериофага Escherichia coli. По результатам филогеномного анализа один из них представляет известный вид рода Justusliebigvirus, а второй может быть классифицирован как новый вид рода Kagunavirus.
Заключение. Результаты настоящего исследования свидетельствуют о значительном биологическом разнообразии вирулентных бактериофагов в составе микробиомов, связанных с колониями морских арктических птиц, и подтверждают перспективность поиска новых бактериофагов, применимых для фаготерапии, в орнитогенных субстратах побережий арктических островов.
Background. Studying the diversity of bacteriophages in pristine Arctic ecosystems is of significant interest for determining strategies for finding viruses that can be used as antibacterial agents against multidrug-resistant bacteria.
The aim of the study was to describe the structure and characteristics of viromes associated with seabird colonies on the Barents Sea islands as a potential source for virulent bacteriophages that can be used for phage therapy of infectious diseases in humans and animals.
Material and methods. The study included metagenomic analysis of soil samples collected in the seabird colonies on Severny Island (Novaya Zemlya archipelago) and Western Northbrook Island (Franz-Josef Land archipelago), as well as isolation and sequencing of Escherichia coli bacteriophage genomes from these samples. Metagenomic sequencing was performed on a DNBSEQ-G400 sequencing platform with a paired-end read length of 150 base pairs. Further analysis included assembling raw reads into contigs using MEGAHIT version 1.2.9, followed by classification using Kraken2 and the RefSeq database of viral sequences. Bacteriophage isolation was achieved through the accumulation method using Escherichia coli flora2c and OO17 cultures. The genomes of the two isolated bacteriophages were sequenced, and their phylogenetic relationships were analyzed using the Parsnp program.
Results. The structure of metaviromes is dominated by sequences of Caudoviricetes-class tailed phages, accounting for up to 78.45% of the total number of classified viral sequences. The analysis of metavirome data revealed a significant diversity of Caudoviricetes bacteriophages, including Straboviridae and Shitoviridae families and genera such as Baikalvirus and Phitrevirus. Representatives of these genera can be used in phage therapy. Two virulent Escherichia coli bacteriophages were isolated from ornithogenic soil samples. Based on phylogenomic analysis, one of them represents a known species of the genus Justusliebigvirus, while the second can be classified as a novel species of the genus Kagunavirus.
Conclusion. The current study reveals a considerable diversity of virulent bacteriophage species in the microbiomes associated with Arctic seabird colonies, suggesting that there is potential for finding new bacteriophages applicable for phage therapy.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.