ФІЛОГЕНЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ОЦІНКИ ЕВОЛЮЦІЙНОЇ СТАБІЛЬНІСТЬ ГЕНА icaA В ГЛОБАЛЬНІЙ ПОПУЛЯЦІЇ STAPHYLOCOCCUS AUREUS
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2025.02.216Ключові слова:
золотистий стафілокок, тонзиліт, icaA, біоплівка, філогенетичний аналіз, Maximum Likelihood, консервативністьАнотація
Staphylococcus aureus є одним з найважливіших опортуністичних патогенів людини та тварин. Ключовим фактором вірулентності є здатність утворювати біоплівку, що залежить від біосинтезу полісахариду міжклітинної адгезії, за синтез якого відповідає ген icaA. Однак еволюційна динаміка та ступінь консервативності цього гена в глобальній популяції S. aureus залишаються недостатньо вивченими. Метою цієї роботи було з'ясування еволюційних взаємозв'язків та оцінка генетичного різноманіття гена icaA серед різних ізолятів S. aureus. Було проаналізовано 23 нуклеотидні послідовності, репрезентативні для 14 країн світу та різних екологічних ніш (клінічні, ветеринарні, навколишнє середовище), виділені протягом 2004–2025 рр. Філогенетичний аналіз гена icaA (методом максимальної правдоподібності MEGA 12, модель GTR+G ) підтвердив його консервативність, оскільки всі досліджені ізоляти утворили щільний кластер із короткими гілками, що свідчить про низьку нуклеотидну дивергенцію. Виявлено основний кластер, що об'єднує ізоляти з Європи та Північної Америки, котрий циркулював протягом понад 20 років, що вказує на глобальне поширення клонів зі стабільною послідовністю icaA. Аналіз показав, що ізоляти тваринного походження з Пакистану не утворюють статистично підтриманої окремої субклади, що свідчить про відсутність специфічної локальної адаптації гена icaA в цих популяціях. Деякі штами з Азії демонструють незначну локальну дивергенцію, однак загальна структура дерева підкреслює високу стабільність гена. Результати підтверджують, що ген icaA є висококонсервативним функціональним геном, що перебуває під сильним негативним селективним тиском, зумовленим його критичною функцією. Стабільність цього гена може бути ключовим фактором успіху S. aureus як глобального патогена.
Посилання
1. Abbas, A. A. R., & Hamim, S. S. (2020). Phylogenetic profile of Staphylococcus aureus mecA and icaA genes associated with UTI patients. Indian Journal of Public Health Research and Development, 11(2), 1169–1176. Available from: https://www.researchgate.net/publication/338134319_Phylogenetic_Profile_of_Staphylococcus_aureus_mec_A_and_ica_A_genes_Associated_with_UTI_Patients
2. Andersen, C., Greve, T., Reinholdt, K. B., et al. (2023). Bacterial findings in patients referred to hospital for the treatment of acute tonsillitis with or without peritonsillar phlegmon. BMC Infectious Diseases, 23(1), 439. https://doi.org/10.1186/s12879-023-08420-8
3. Azarian, T., Cella, E., Baines, S. L., Shumaker, M. J., Samel, C., Jubair, M., Pegues, D. A., & David, M. Z. (2021). Genomic Epidemiology and Global Population Structure of Exfoliative Toxin A-Producing Staphylococcus aureus Strains Associated With Staphylococcal Scalded Skin Syndrome. Frontiers in Microbiology, 12, 663831. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.663831
4. Beenken, K. E., Dunman, P. M., McAleese, F., Macapagal, D., Murphy, E., Projan, S. J., Blevins, J. S., & Smeltzer, M. S. (2004). Global gene expression in Staphylococcus aureus biofilms. Journal of Bacteriology, 186(14), 4665–4684. https://doi.org/10.1128/JB.186.14.4665-4684.2004.
5. Brook, I. (2005). The role of anaerobic bacteria in tonsillitis. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology, 69(1), 9–19. https://doi.org/10.1016/j.ijporl.2004.08.007
6. Hall, C. W., & Mah, T. F. (2017). Molecular mechanisms of biofilm-based antibiotic resistance and tolerance in pathogenic bacteria. FEMS Microbiology Reviews, 41(3), 276–301. https://doi.org/10.1093/femsre/fux010
7. Hammoudi, A. A., & Mohammed, N. S. (2025). Molecular characteristic of Staphylococcus aureus isolated from patients with nasal carriage infections. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 16(3), e25157. https://doi.org/10.15421/0225157
8. Klagisa, R., Racenis, K., Broks, R., Balode, A. O., Kise, L., & Kroica, J. (2022). Analysis of microorganism colonization, biofilm production, and antibacterial susceptibility in recurrent tonsillitis and peritonsillar abscess patients. International Journal of Molecular Sciences, 23(18), 10783. https://doi.org/10.3390/ijms231810783
9. Kravets, N. Y., Klumnyk, S. I., Romanyuk, L. B., & Borak, V. P. (2022). Biofilm-forming properties of pathogenic microorganisms in children with recurrent tonsillitis. World of Medicine and Biology, 80(2), 210–213. https://doi.org/10.26724/2079-8334-2022-2-80-210-213
10. Kumar, S., Stecher, G., Li, M., Knyaz, C., & Tamura, K. (2018). MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across Desktop, Cloud and Web. Molecular Biology and Evolution, 35(6), 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096.
11. Miller, J. M., Binnicker, M. J., Campbell, S., Carroll, K. C., Chapin, K. C., Gonzalez, M. D., & Yao, J. D. (2024). Guide to utilization of the microbiology laboratory for diagnosis of infectious diseases: 2024 update by the Infectious Diseases Society of America (IDSA) and the American Society for Microbiology (ASM). Clinical Infectious Diseases. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
12. Nimmana BK, & Paterek E. (2025). Tonsillitis. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK544342/
13. Pallon, J., Rööst, M., Sundqvist, M., & Hedin, K. (2021). The aetiology of pharyngotonsillitis in primary health care: A prospective observational study. BMC Infectious Diseases, 21(1), 971. https://doi.org/10.1186/s12879-021-06665-9
14. Peng, Q., Tang, X., Dong, W., Sun, N., & Yuan, W. (2022). A review of biofilm formation of Staphylococcus aureus and its regulation mechanism. Antibiotics, 12(1), 12. https://doi.org/10.3390/antibiotics12010012
15. Pizauro, L. J. L., de Almeida, C. C., Silva, S. R., et al. (2021). Genomic comparisons and phylogenetic analysis of mastitis-related staphylococci with a focus on adhesion, biofilm, and related regulatory genes. Scientific Reports, 11(1), 17392. https://doi.org/10.1038/s41598-021-96842-2
16. Silva-de-Jesus, A. C., Ferrari, R. G., Panzenhagen, P., dos Santos, A. M. P., Portes, A. B., & Conte-Junior, C. A. (2025). Distribution of antimicrobial resistance and biofilm production genes in the genomic sequences of S. aureus: a global in silico analysis. Antibiotics, 14(4), 364. https://doi.org/10.3390/antibiotics14040364
17. Suzuki, H., Lefébure, T., Bitar, P. P., & Stanhope, M. J. (2012). Comparative genomic analysis of the genus Staphylococcus including Staphylococcus aureus and its newly described sister species Staphylococcus simiae. BMC Genomics, 13(1), 38. https://doi.org/10.1186/1471-2164-13-38.
18. Volch, I., Mykhailyshyn, H., Kravets, N., Pyatkovskyy, T., & Bukata, V. (2025). Biofilm formation and antibiotic resistance of clinical isolates from diabetic foot ulcers. Bulletin of Medical and Biological Research, 7(3), 46-53. https://doi.org/10.63341/bmbr/3.2025.46
19. Woo, J. H., Kim, S. T., Kang, I. G., Lee, J. H., Cha, H. E., & Kim, D. Y. (2012). Comparison of tonsillar biofilms between patients with recurrent tonsillitis and a control group. Acta Oto-Laryngologica, 132(11), 1115–1120. https://doi.org/10.3109/00016489.2012.692541
20. Zautner, A. E., Krause, M., Stropahl, G., Holtfreter, S., Frickmann, H., Maletzki, C., Kreikemeyer, B., Pau, W. H., & Podbielski, A. (2010). Intracellular persisting Staphylococcus aureus is the major pathogen in recurrent tonsillitis. PLoS ONE, 5(3), e9452. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009452
