SCOPUS
SCIE
Molecular Insights Into the Evolutionary Pathway of <i>Vibrio cholerae</i> O1 Atypical El Tor Variants
저자
Kim, Eun Jin ; Lee, Dokyung ; Moon, Se Hoon ; Lee, Chan Hee ; Kim, Sang Jun ; Lee, Jae Hyun ; Kim, Jae Ouk ; Song, Manki ; Das, Bhabatosh ; Clemens, John D. ; Pape, Jean William ; Nair, G. Balakrish ; Kim, Dong Wook
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2014
작성언어
-등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
e1004384
제공처
<▼1><P>Pandemic <I>V. cholerae</I> strains in the O1 serogroup have 2 biotypes: classical and El Tor. The classical biotype strains of the sixth pandemic, which encode the classical type cholera toxin (CT), have been replaced by El Tor biotype strains of the seventh pandemic. The prototype El Tor strains that produce biotype-specific cholera toxin are being replaced by atypical El Tor variants that harbor classical cholera toxin. Atypical El Tor strains are categorized into 2 groups, Wave 2 and Wave 3 strains, based on genomic variations and the CTX phage that they harbor. Whole-genome analysis of <I>V. cholerae</I> strains in the seventh cholera pandemic has demonstrated gradual changes in the genome of prototype and atypical El Tor strains, indicating that atypical strains arose from the prototype strains by replacing the CTX phages. We examined the molecular mechanisms that effected the emergence of El Tor strains with classical cholera toxin-carrying phage. We isolated an intermediary <I>V. cholerae</I> strain that carried two different CTX phages that encode El Tor and classical cholera toxin, respectively. We show here that the intermediary strain can be converted into various Wave 2 strains and can act as the source of the novel mosaic CTX phages. These results imply that the Wave 2 and Wave 3 strains may have been generated from such intermediary strains in nature. Prototype El Tor strains can become Wave 3 strains by excision of CTX-1 and re-equipping with the new CTX phages. Our data suggest that inter-chromosomal recombination between 2 types of CTX phages is possible when a host bacterial cell is infected by multiple CTX phages. Our study also provides molecular insights into population changes in <I>V. cholerae</I> in the absence of significant changes to the genome but by replacement of the CTX prophage that they harbor.</P></▼1><▼2><P><B>Author Summary</B></P><P>In this report, we suggest a genetic mechanism of how the <I>V. cholerae</I> atypical El Tor variants were generated from classical and prototype El Tor biotype strains. An intermediary strain, containing the CTX-1 and CTX-2 prophages, was identified among the clinical isolates that were collected in 1991, when the atypical strains emerged. This strain can be converted into various Wave 2 atypical El Tor strains by eliminating prototype components, CTX-1 and RS1. Further, new types of the CTX phage genome can be generated from the intermediary strain by inter-chromosomal recombination between CTX phages and recombination between the CTX phage and RS1. These new CTX phages can be transduced into other El Tor strains, transforming them into Wave 3 atypical strains. This is a demonstrated instance of how a single-segment-genome CTX phage re-organizes its genome through recombination between different types of phage, leading to generation of new phage variants and atypical El Tor strains.</P></▼2>
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