Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2753310.32607/actanaturae.27533Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleComparative Analysis of Spacer Targets in CRISPR-Cas Systems of Starter CulturesСравнительный анализ мишеней спейсеров CRISPR-Cas заквасочных культурFatkulinA. A.ФаткулинА. А.
Russian Federation

Faculty of Biology and Biotechnology

факультет биологии и биотехнологии

mshkurnikov@hse.ruChuksinaT. A.ЧуксинаТ. А.
Russian Federation

Faculty of Biology and Biotechnology

факультет биологии и биотехнологии

mshkurnikov@hse.ruSorokinaN. P.СорокинаН. П.
Russian Federation
mshkurnikov@hse.ruSmykovI. T.СмыковИ. Т.
Russian Federation
mshkurnikov@hse.ruKuraevaE. V.КураеваЕ. В.
Russian Federation
mshkurnikov@hse.ruMasezhnayaE. S.МасежнаяЕ. С.
Russian Federation
mshkurnikov@hse.ruSmaginaK. A.СмагинаК. А.
Russian Federation
mshkurnikov@hse.ruShkurnikovM. Y.ШкурниковМ. Ю.
Russian Federation

Faculty of Biology and Biotechnology

факультет биологии и биотехнологии

mshkurnikov@hse.ruHigher School of EconomicsВысшая школа экономикиGorbatov Federal Research Center for Food SystemsФедеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН0912202416481850910202407112024Copyright ©; 2024, Shkurnikov S., Fatkulin A.A.Copyright ©; 2024, Шкурников М.Ю., Фаткулин А.А.2024Shkurnikov S., Fatkulin A.A.Шкурников М.Ю., Фаткулин А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27533

Dairy production facilities represent a unique ecological niche for bacteriophages of lactic acid bacteria. Throughout evolution, bacteria have developed a wide range of defense mechanisms against viral infections caused by bacteriophages. The CRISPR-Cas system is of particular interest due to its adaptive nature. It allows bacteria to acquire and maintain specific resistance to certain bacteriophages. In this study, we investigated the CRISPR-Cas systems of lactic acid bacteria. Special attention was paid to the specificity of the spacers in CRISPR cassettes. CRISPR-Cas systems were found in the genomes of 43% of the lactic acid bacteria studied. Additionally, only 13.1% of the total number of CRISPR cassette spacers matched bacteriophage genomes, indicating that many predicted spacers either lack known phage targets or are directed against other types of mobile genetic elements, such as plasmids.

Предприятия молочной промышленности представляют собой уникальную экологическую нишу для бактериофагов молочнокислых бактерий. В ходе эволюции бактерии выработали широкий спектр защитных механизмов, направленных против инфекций, вызванных бактериофагами. Особый интерес представляет система CRISPR-Cas, которая позволяет бактериям приобретать специфичную устойчивость к определенным бактериофагам. В представленной работе изучены системы CRISPR-Cas молочнокислых бактерий. Особое внимание было уделено специфичности спейсеров CRISPR-кассет. Системы CRISPR-Cas выявлены в геномах 43% исследованных молочнокислых бактерий. Кроме того, лишь 13.1% от общего числа спейсеров CRISPR-кассет совпадали с геномами бактериофагов, что свидетельствует о том, что многие из предсказанных спейсеров либо не имеют известных фаговых мишеней, либо направлены против других видов мобильных генетических элементов, например, плазмид.

bacteriophageCRISPR-Cas systemscheesemakingstarter culturesOne HealthбактериофагCRISPR-Casсыроделиезаквасочные культурыединое здоровьеMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации075-15-2024-483Frantzen C.A., Kleppen H.P., Holo H. // Appl. Environ. Microbiol. 2018. V. 84. № 3. P. e02199-17.Lahbib-Mansais Y., Mata M., Ritzenthaler P. // Biochimie. 1988. V. 70. № 3. P. 429–435.Romero D.A., Magill D., Millen A., Horvath P., Fremaux C. // FEMS Microbiol. Rev. 2020. V. 44. № 6. P. 909–932.van Houte S., Buckling A., Westra E.R. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016. V. 80. № 3. P. 745–763.Nussenzweig P.M., Marraffini L.A. // Annu. Rev. Genet. 2020. V. 54. № 1. P. 93–120.Makarova K.S., Wolf Y.I., Iranzo J., Shmakov S.A., Alkhnbashi O.S., Brouns S.J.J., Charpentier E., Cheng D., Haft D.H., Horvath P., et al. // Nat. Rev. Microbiol. 2020. V. 18. № 2. P. 67–83.Kuznedelov K., Mekler V., Lemak S., Tokmina-Lukaszewska M., Datsenko K.A., Jain I., Savitskaya E., Mallon J., Shmakov S., Bothner B., et al. // Nucl. Acids Res. 2016. V. 44. № 22. P. 10849–10861.Xue C., Seetharam A.S., Musharova O., Severinov K., Brouns S.J., Severin A.J., Sashital D.G. // Nucl. Acids Res. 2015. V. 43. № 22. P. 10831–10847.Payne L.J., Todeschini T.C., Wu Y., Perry B.J., Ronson C.W., Fineran P.C., Nobrega F.L., Jackson S.A. // Nucl. Acids Res. 2021. V. 49. № 19. P. 10868–10878.Bland C., Ramsey T.L., Sabree F., Lowe M., Brown K., Kyrpides N.C., Hugenholtz P. // BMC Bioinformatics. 2007. V. 8. № 1. P. 209.Langmead B., Salzberg S.L. // Nat. Meth. 2012. V. 9. № 4. P. 357–359.Bouras G., Nepal R., Houtak G., Psaltis A.J., Wormald P.-J., Vreugde S. // Bioinformatics. 2023. V. 39. № 1. P. btac776.Crawley A.B., Henriksen E.D., Stout E., Brandt K., Barrangou R. // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 11544.Horvath P., Coûté-Monvoisin A.-C., Romero D.A., Boyaval P., Fremaux C., Barrangou R. // Internat. J. Food Microbiol. 2009. V. 131. № 1. P. 62–70.