嚢胞性線維症の新たな病原体であるバークホルダリアコンタミナンの病原性を理解する

Burkholderia cepacia complex（BCC）のいくつかの細菌種は、嚢胞性線維症（CF）患者における致命的な敗血症を発症するリスクが高い肺感染症につながる日和見病原体を恐れています。ただし、他のBCC種の病原性の可能性はまだ不明です。イベロ系アメリカ人諸国のCF呼吸器サンプルから頻繁に分離された種であるバークホルディアコンタミナンの臨床的関連性を解明するために、私たちは、不利な臨床結果に関連する可能性のある重要な病原性因子を特定することを目指しました。アルゼンチンの女性CF患者のsputおよび血液培養からのB. contaminans ST872の2つの分離株のゲノムワイド比較分析を実施しました。RNA-seqデータは、クォーラムセンシング制御毒性因子と運動性と走化性の発現に有意な変化を示しました。さらに、ストレス関連のタンパク質をコードする最近記載された低酸素活性化（LXA）遺伝子座の発現変化と、抗真菌および溶血性化合物のピロロールニトリンとオクシジオファンギンの生合成の原因となる2つのクラスターの発現変化を検出しました。運動性とタンパク質分解、溶血性、抗真菌活性の変化を確認する表現型アッセイに基づいて、宿主に共存して血流に入った2つの表現型をB. contaminansの2つの表現型を区別することができました。全ゲノムシーケンスにより、sputおよび血流分離株（それぞれが明確な表現型を表す）は、sputum孤立株のミスマッチ修復欠損過剰浸透性状態の結果として、1,400を超える変異によって異なることが明らかになりました。非同義突然変異に対する浄化選択の推測の欠如と、導出された分離株における高度化速度は、栄養豊富で安定したCF sput環境の進化中の限られた進化的圧力を示しています。本研究は、B。pontaminansの縦方向の分離株間のゲノムとトランスクリプトームの違いを最初に調べることができます。多くの推定毒性因子の検出された活性は、この新規BCC種の真の病原性の性質を意味します。

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.