استفاده از آنالیز به روش (Single Nucleotide Polymorphism (SNP به عنوان یک راهبرد بررسی ژنتیکی در مطالعات پاراتوبرکولوزیس در ایران

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دپارتمان میکروبیولوژی، دانشکده علوم، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

2 موسسه تحقیقات واکسن و سرم سازی رازی،سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، کرج، ایران

3 دپارتمان میکروبیولوژی، دانشکده علوم، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران و موسسه تحقیقات واکسن و سرم سازی رازی،سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

ژنوتایپینگ مایکوباکتریوم ایویوم زیرگونه پاراتوبرکولوزیس (MAP) حتی با وجود دسترسی به تکنیک‌های مولکولی متعارفی نظیر PFGE, RFLP, SSR and MIRU-VNTR همچنان به عنوان یک چالش محسوب می‌گردد بدان سبب که این باکتری از نظر ژنتیکی بسیار یکنواخت و همگن می‌باشد. به نظر می‌رسد که در شرایط امروزی پاراتوبرکولوزیس در سراسر ایران انتشار یافته است چرا که گزارشات مربوط به وقوع بیماری در گله‌های گاو گوسفند و بز بصورت فزاینده در هر سال انتشار می‌یابند. میزان اطلاعات موجود از ساختار جمعیت این باکتری در ایران محدود می‌باشد. یافته‌های موجود حاکی از فعالیت جدایه‌های متعلق به تیپ معروف به گاوی می‌باشند و این در حالی است که تاکنون نشانه‌ای از وجود تیپ گوسفندی در ایران یافت نشده است. در این تحقیق یک سیستم ژنوتایپینگ (Single Nucleotide Polymorphism (SNP متشکل از 13 لوکوس و با اتکا به PCR بر روی یک جدایه بومی MAP اجرا گردید. آزمون به گونه‌ای انجام گردید که از یک پروتکل واحد PCR برای همه لوکوس‌ها استفاده شد. محصولات تکثیر DNA به روش Sanger تعیین توالی شدند. نوکلئوتیدهای هدف تعیین و شناسایی گردیدند. این نوکلئوتیدها بطور کامل با نوکلئوتیدهای هم ارز در ژنوم سویه آزمایشگاهی MAP K10 مطابقت داشتند و هویت جدایه ایرانی را به عنوان جدایه تیپ گاوی نشان دادند. ما معتقدیم اگر روش SNP معرفی شده توسط Leao در مقیاس گسترده در ایران بکار گرفته شود امکان دستیابی به دانش جامع‌تر از اتفاقات و جریانات تکاملی که وقوع آنها وضعیت اپیدمیولوژیک امروز پاراتوبرکولوزیس در ایران را شکل داده‌اند، فراهم گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Single nucleotide polymorphism (SNP) analysis, a practical means of genomic interrogation for paratuberculosis studies in Iran

نویسندگان [English]

  • M. Mohammadlu 1
  • K. Tadayon 2
  • E. Asli 3
1 Microbiology Department, College of Science, Karaj branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran.
2 Razi Vaccine & Serum Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
3 Microbiology Department, College of Science, Karaj branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran; Razi Vaccine & Serum Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Ira
چکیده [English]

Genotyping of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP) remains a challenge in epidemiology of paratuberculosis even with availability of the traidional molecular techinques such as PFGE, RFLP, SSR and MIRU-VNTR assays as MAPs are genetically monomorphic bacteria. In the Iranian environment MAP seems to have extensively scatterd across the country as reports indicating frequent occurrence of the disease in bovine, caprine and ovine populations are now on rise. However, only little is known on population structure of MAP in this country. The few conducted observations are in support of existence of cattle (C) type of MAP with no trace of sheep (S) type isolates ever found. In this work, a recently-developed PCR-based Single Nucleotide Polymorphism (SNP) assay concentrating on 13 individual loci across the MAP genome was conducted on a single endogenous Iranian MAP isolate of caprine origin. PCRs were conducted using universal protocol with all amplicons Sanger sequenced in search for target SNPs. An identical pattern of SNPs with that of the MAP K10 laboratory strain was revealed to confirm the identity of this local strain as a cattle type. The Leao’s SNP analysis is a simple, straightforward assay that if used extensively, we might expect a better understanding of evolutionary scenario behind todays’ epidemiology of paratuberculosis in Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis
  • SNP
  • isolate
  • Epidemiology
1- Achtman M. 2008. Evolution, population structure, and phylogeography of genetically monomorphic bacterial pathogens. Annual review of microbiology 62,53-70.
2- Ahlstrom C., H.W. Barkema, K. Stevenson, R.N. Zadoks, R. Biek, R. Kao, H. Trewby, D. Haupstein, D.F. Kelton, G. Fecteau, O. Labrecque, G.P. Keefe, S.L. McKenna and J. De Buck. 2015. Limitations of variable number of tandem repeat typing identified through whole genome sequencing of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis on a national and herd level. BMC genomics 16,161.
3- Azimi T., M.J. Nasiri, A.S. Chirani, R. Pouriran and H. Dabiri. 2018. The role of bacteria in the inflammatory bowel disease development: a narrative review. APMIS: acta pathologica, microbiologica, et immunologica Scandinavica 126,275-283.
4- Babu K.N., M.K. Rajesh, K. Samsudeen, D. Minoo, E.J. Suraby, K. Anupama and P. Ritto. 2014. Randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) and derived techniques. Methods in molecular biology (Clifton, NJ) 1115,191-209.
5- Baharsefat M., A. Amjadi, P. Ahourai, B. Yamini, F. Entessar and H. Hedayati. 1972. Paratuberculosis in goats and sheep in Iran. Epidemiological, clinical, pathological features and laboratory diagnosis. Archive of Razi Institute 24,49-61.
6- Biet F., I.A. Sevilla, T. Cochard, L.H. Lefrancois, J.M. Garrido, I. Heron, R.A. Juste, J. McLuckie, V.C. Thibault, P. Supply, D.M. Collins, M.A. Behr and K. Stevenson. 2012. Inter- and intra-subtype genotypic differences that differentiate Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis strains. BMC microbiology 12,264.
7- Bryant J.M., V.C. Thibault, D.G. Smith, J. McLuckie, I. Heron, I.A. Sevilla, F. Biet, S.R. Harris, D.J. Maskell, S.D. Bentley, J. Parkhill and K. Stevenson. 2016. Phylogenomic exploration of the relationships between strains of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis. BMC genomics 17,79.
8- Castellanos E., L. de Juan, L. Dominguez and A. Aranaz. 2012. Progress in molecular typing of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis. Research in veterinary science 92,169-179.
9- Filliol I., A.S. Motiwala, M. Cavatore, W. Qi, M.H. Hazbon, M. Bobadilla del Valle, J. Fyfe, L. Garcia-Garcia, N. Rastogi, C. Sola, T. Zozio, M.I. Guerrero, C.I. Leon, J. Crabtree, S. Angiuoli, K.D. Eisenach, R. Durmaz, M.L. Joloba, A. Rendon, J. Sifuentes-Osornio, A. Ponce de Leon, M.D. Cave, R. Fleischmann, T.S. Whittam and D. Alland. 2006. Global phylogeny of Mycobacterium tuberculosis based on single nucleotide polymorphism (SNP) analysis: insights into tuberculosis evolution, phylogenetic accuracy of other DNA fingerprinting systems, and recommendations for a minimal standard SNP set. Journal of bacteriology 188,759-772.
10- Garvey M. 2018. Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis: A possible causative agent in human morbidity and risk to public health safety. Open veterinary journal 8,172-181.
11- Gerrard Z.E., B.M.C. Swift, G. Botsaris, R.S. Davidson, M.R. Hutchings, J.N. Huxley and C.E.D. Rees. 2018. Survival of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis in retail pasteurised milk. Food microbiology 74,57-63.
12- Haghkhah M., A. Derakhshandeh, R. Jamshidi, A. Moghiseh, N. Karimaghaei, M. Ayaseh and M. Mostafaei. 2015. Detection of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis infection in two different camel species by conventional and molecular techniques. Veterinary research forum : an international quarterly journal 6,337-341.
13- Juste R.A., P. Vazquez, O. Ruiz-Larranaga, M. Iriondo, C. Manzano, M. Agirre, A. Estonba, M.V. Geijo, E. Molina, I.A. Sevilla, M. Alonso-Hearn, N. Gomez, V. Perez, A. Cortes and J.M. Garrido. 2018. Association between combinations of genetic polymorphisms and epidemiopathogenic forms of bovine paratuberculosis. Heliyon 4,e00535.
14- Keshavarz R., N. Mosavari, K. Tadayon and M. Haghkhah. 2018. Effectiveness of an inactivated paratuberculosis vaccine in Iranian sheep flocks using the Mycobacterium avium subsp paratuberculosis 316F strain. Iranian Journal of Microbiology 10,117-122.
15- Larsson A. 2014. AliView: a fast and lightweight alignment viewer and editor for large datasets. Bioinformatics (Oxford, England) 30,3276-3278.
16- Leão C., R.J. Goldstone, J. Bryant, J. McLuckie, J. Inácio, D.G.E. Smith and K. Stevenson. 2016. Novel Single Nucleotide Polymorphism-Based Assay for Genotyping Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis. Journal of Clinical Nicrobiology 54,556-564.
17- Lekota K.E., A. Hassim, P. Rogers, E.H. Dekker, R. Last, L. de Klerk-Lorist and H. van Heerden. 2018. The reporting of a Bacillus anthracis B-clade strain in South Africa after more than 20 years. BMC research notes 11,264.
18- McIntyre K.M., C. Setzkorn, P.J. Hepworth, S. Morand, A.P. Morse and M. Baylis. 2014. A quantitative prioritisation of human and domestic animal pathogens in Europe. PloS one 9,e103529.
19- Pierce E.S. 2018. Could Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis cause Crohn's disease, ulcerative colitis...and colorectal cancer? Infectious agents and cancer 13,1.
20- Sekhavati M., K. Tadayon, R. Ghaderi, R. Banihashemi, A.R. Jabbari, G. Shokri and N. Karimnasab. 2015. “In-house” production of DNA size marker from a vaccinal Bacillus anthracis strain. Iranian journal of microbiology 7,45-49.
21- Sevilla I., J.M. Garrido, M. Geijo and R.A. Juste. 2007. Pulsed-field gel electrophoresis profile homogeneity of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis isolates from cattle and heterogeneity of those from sheep and goats. BMC microbiology 7,18.
22- Tadayon K., N. Mosavari, R. Keshavarz, A. Shahmoradi, R. Ghaderi, M. Sekhavati and M.H. M. 2016. Paratuberculosis in ruminants, a molecular search for traces of Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis type i and type ii in iran. Veterinary Journal (Pajouhesh & Sazandegi) 29,89-95.
23- Talatchian M. 1965. First report of Johne's disease in Iran. Bulletin-Office international des epizooties 64,779.
24- Wynne J.W., T. Seemann, D.M. Bulach, S.A. Coutts, A.M. Talaat and W.P. Michalski. 2010. Resequencing the Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis K10 genome: improved annotation and revised genome sequence. Journal of bacteriology 192,6319-6320.
25- Zarei Kordshouli F., A. Khodakaram Tafti and M. Haghkhah. 2016. Pathological, bacteriological, and molecular characteristics of natural outbreaks of Johne's disease in goats of Fars Province, Iran. International journal of mycobacteriology 5 Suppl 1,S202.