Caracterização de dois bacteriófagos líticos, infectando Streptococcus bovis/equinus complex (SBSEC) de ruminante coreano

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9110 (2023) Citar este artigo

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Streptococcus bovis/complexo equino (SBSEC) é uma das mais importantes bactérias ruminais produtoras de ácido lático, causando acidose ruminal subaguda. Apesar da importância das bactérias ruminais, bacteriófagos líticos (fagos) capazes de infectar SBSEC no rúmen raramente foram caracterizados. Assim, descrevemos as características biológicas e genômicas de dois fagos líticos (designados como vB_SbRt-pBovineB21 e vB_SbRt-pBovineS21) infectando várias espécies de SBSEC, incluindo o recém-relatado S. ruminicola. Os fagos SBSEC isolados eram morfologicamente semelhantes a Podoviridae e poderiam infectar outros gêneros de bactérias produtoras de ácido láctico, incluindo Lactococcus e Lactobacillus. Além disso, eles mostraram alta estabilidade térmica e de pH, e essas características induzem forte adaptação ao ambiente ruminal, como o baixo pH encontrado na acidose ruminal subaguda. A filogenia baseada no genoma revelou que ambos os fagos estavam relacionados ao fago Streptococcus C1 no Fischettivirus. No entanto, eles tinham uma menor similaridade de nucleotídeos e arranjos genômicos distintos do que o fago C1. A atividade bacteriolítica do fago foi avaliada usando S. ruminicola, e os fagos inibiram eficientemente o crescimento bacteriano planctônico. Além disso, ambos os fagos podem prevenir biofilmes bacterianos de várias cepas SBSEC e outras bactérias produtoras de ácido láctico in vitro. Assim, os dois fagos SBSEC recém-isolados foram classificados como novos membros de Fischettivirus e podem ser considerados como potenciais agentes de biocontrole contra bactérias ruminais SBSEC e seus biofilmes.

O complexo Streptococcus bovis/Streptococcus equinus (SBSEC) é um grupo bacteriano comensal do trato gastrointestinal de humanos e animais domesticados, incluindo vacas, cabras e cavalos1. O grupo SBSEC foi classificado com base nas características fenotípicas das espécies, incluindo Streptococcus (S.) equinus (sinônimo de S. bovis), S. gallolyticus subsp. galloyticus, S. gallolyticus subsp. pasteurianus, S. gallolyticus subsp. macedonicus, S. infantarius subsp. infantarius, S. lutetiensis e S. alactolyticus2. Recentemente, uma nova espécie, S. ruminicola, isolada de ruminantes na Coreia do Sul, foi proposta como um novo membro com propriedades biológicas distintas entre as cepas desse grupo3. As (sub)espécies específicas do SBSEC têm causado infecções clínicas, como endocardite infecciosa e bacteremia com câncer colorretal. Eles também estão envolvidos em distúrbios metabólicos animais, como a acidose ruminal subaguda em ruminantes4,5,6, indicando assim a importância desse grupo como patógenos potenciais.

Bacteriófagos (fagos) infectam bactérias naturalmente por meio de dois ciclos de vida de replicação (lítico e lisogênico) e possuem alta especificidade de direcionamento do hospedeiro, evitando distúrbios da comunidade do microbioma7. Os atributos únicos dos fagos os tornam potenciais antimicrobianos para controlar seletivamente várias bactérias patogênicas. O biofilme bacteriano constituído por substâncias poliméricas extracelulares é altamente resistente a antibióticos, calor e condições ácidas, resultando em aumento de bactérias resistentes a antimicrobianos em comunidades abióticas e bióticas8. Foi relatado que os fagos controlam a formação do biofilme e penetram no biofilme existente nas superfícies das células planctônicas9. Os fagos foram encontrados no rúmen em aproximadamente 108 populações de partículas por grama de conteúdo ruminal10, mas pouco se sabe em termos das propriedades biológicas da maioria dos fagos em ambientes de cultivo estritos. Até agora, 14 fagos infectando Streptococcus spp. foram aprovados taxonomicamente pelo Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV; https://ictv.global/taxonomy), e aproximadamente 800 genomas completamente sequenciados, incluindo fagos de Streptococcus, estão disponíveis no banco de dados GenBank. No entanto, estudos sobre fagos infectando SBSEC são relativamente mais escassos do que os de outros Streptococcus sp. apesar da importância das bactérias ruminais. Apenas um genoma do isolado de fago SBSEC ϕSb01, com morfotipos da família Siphoviridae, está atualmente disponível no Joint Genome Institute Genome Portal11.

33% and predicted 27 and 26 open reading frames (ORFs), respectively. The genome maps are shown in Fig. 5a and Fig. 5b. In both phages, 10 ORFs were predicted as functional proteins, including encapsidation protein, DNA polymerase, putative lysis system-associated proteins, phage tail protein, tail fiber protein, head-to-tail adapter, upper collar protein, and major capsid protein. Additionally, 13 conserved domains were detected in functionally predicted ORFs based on homology comparisons of phage-originated proteins. Over 10 ORFs in phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 were similar (amino acid identities; 25.5–63.6%) to the predicted proteins from Streptococcus phage C119. In addition, over four ORFs were similar (amino acid identities < 45%) to other Podoviridae phages available in the GenBank database, indicating that isolated SBSEC phages possess unique genomic structures. The remaining ORFs were predicted as hypothetical proteins, with unknown proteins annotated using BLASTP searches. Additionally, transmembrane domains were predicted in three ORFs and no signal peptide was predicted in all the ORFs of both phages (Supplementary Tables 1 and 2). tRNA genes and bacterial virulence- and antimicrobial resistance-associated genes were not detected in the genomes of both the isolated phages. The PhageTerm analysis was predicted to be permuted with redundant ends in the isolated phages. Particularly, the genomes of phages vB_SbRt-pBovineB21 and vB_SbRt-pBovineS21 had high similarities to 18 predicted ORFs, and 13 putative functional proteins divided into four functional groups: two nucleotide metabolisms, four viral structure and packaging, four lysis, and three tail structures. However, both phages distinctly differed in the genes present in the intergenic regions between ORF 13 and ORF 15. In phage vB_SbRt-pBovineS21, ORF 14 (171 bp) and ORF 15 (232 bp) were located next to ORF 13, encoding a tail protein of 583 bp in a row; however, the ORF 14 presented in phage vB_SbRt-pBovineS21 was not detected in phage vB_SbRt-pBovineB21 (Fig. 6)./p>