Whole genome sequencing and de novo assembly of Staphylococcus pseudintermedius: a pangenome approach to unravelling pathogenesis of canine pyoderma

Vet Dermatol. 2021 Dec;32(6):654-663. doi: 10.1111/vde.13040.

Abstract

Background: Staphylococcus pseudintermedius is the main aetiological agent of canine pyoderma. Whole genome sequencing is the most comprehensive way of obtaining relevant genomic information about micro-organisms.

Hypothesis/objectives: Oxford Nanopore technology enables quality sequencing and de novo assembly of the whole genome of S. pseudintermedius. Whole genome analysis of S. pseudintermedius may help to better understand the pathogenesis of canine pyodermas.

Methods and materials: Twenty-two strains of S. pseudintermedius isolated from the skin of five healthy dogs and 33 strains isolated from skin of 33 dogs with pyoderma were analysed. DNA was extracted and sequenced using Oxford Nanopore MinION, a new technology that delivers longer reads in a hand-held device. The pangenome was analysed and visualised with Anvi'o 6.1.

Results: Nanopore technology allowed the sequencing and de novo assembly of the genomes of 55 S. pseudintermedius strains isolated from healthy dogs and from dogs with pyoderma. The average genome size of S. pseudintermedius was 2.62 Mbp, with 48% being core genome. Pyoderma isolates contained a higher number of antimicrobial resistance genes, yet the total number of virulence factors genes did not change between isolates from healthy dogs and from dogs with pyoderma. Genomes of meticillin-resistant S. pseudintermedius (MRSP) strains were larger than those of meticillin-susceptible (MSSP) strains (2.80 Mbp versus 2.59 Mbp), as a consequence of a greater presence of antimicrobial resistance genes, phages and prophages.

Conclusions and clinical importance: This technique allows much more precise and easier characterisation of canine S. pseudintermedius populations and may lead to a better understanding of the pathogenesis of canine pyodermas.

Contexte: Staphylococcus pseudintermedius est le principal agent étiologique de la pyodermite canine. Le séquençage du génome entier est le moyen le plus complet d'obtenir des informations génomiques pertinentes sur les micro-organismes. HYPOTHÈSE/OBJECTIFS: La technologie Oxford Nanopore permet un séquençage de qualité et un assemblage de novo de l'ensemble du génome de S. pseudintermedius. L'analyse du génome entier de S. pseudintermedius peut aider à mieux comprendre la pathogénie des pyodermites canines. MÉTHODES ET MATERIEL: Vingt-deux souches de S. pseudintermedius isolées de la peau de cinq chiens sains et 33 souches isolées de la peau de 33 chiens atteints de pyodermite ont été analysées. L'ADN a été extrait et séquencé à l'aide d'Oxford Nanopore MinION, une nouvelle technologie qui offre des lectures plus longues dans un appareil portatif. Le pangénome a été analysé et visualisé avec ANVI'O 6.1. RÉSULTATS: La technologie Nanopore a permis le séquençage et l'assemblage de novo des génomes de 55 souches de S. pseudintermedius isolées de chiens sains et de chiens atteints de pyodermite. La taille moyenne du génome de S. pseudintermedius était de 2,62 Mpb, dont 48 % étaient le génome central. Les isolats de pyodermite contenaient un nombre plus élevé de gènes de résistance aux antimicrobiens, mais le nombre total de gènes de facteurs de virulence n'a pas changé entre les isolats de chiens sains et de chiens atteints de pyodermite. Les génomes des souches de S. pseudintermedius résistantes à la méticilline (MRSP) étaient plus grands que ceux des souches sensibles à la méticilline (MSSP) (2,80 Mbp contre 2,59 Mbp), en raison d'une plus grande présence de gènes de résistance aux antimicrobiens, de phages et de prophages.

Conclusions et importance clinique: Cette technique permet une caractérisation beaucoup plus précise et plus facile des populations canines de S. pseudintermedius et peut conduire à une meilleure compréhension de la pathogénie des pyodermites canines.

INTRODUCCIÓN: Staphylococcus pseudintermedius es el principal agente etiológico de la pioderma canina. La secuenciación del genoma completo es la forma más completa de obtener información genómica relevante sobre microorganismos. HIPÓTESIS/OBJETIVOS: la tecnología Oxford Nanopore permite la secuenciación de calidad y el ensamblaje de novo de todo el genoma de S. pseudintermedius. El análisis del genoma completo de S. pseudintermedius puede ayudar a comprender mejor la patogenia de las piodermas caninas. MÉTODOS Y MATERIALES: Se analizaron veintidós cepas de S. pseudintermedius aisladas de la piel de cinco perros sanos y 33 cepas aisladas de la piel de 33 perros con pioderma. El DNA se extrajo y secuenció utilizando Oxford Nanopore MinION, una nueva tecnología que ofrece lecturas más largas en un dispositivo de mano. El pangenoma se analizó y visualizó con ANVI’O 6.1. RESULTADOS: la tecnología Nanopore permitió la secuenciación y el ensamblaje de novo de los genomas de 55 cepas de S. pseudintermedius aisladas de perros sanos y de perros con pioderma. El tamaño medio del genoma de S. pseudintermedius fue de 2,62 Mbp, con un 48% de genoma central. Los aislados de pioderma contenían un mayor número de genes de resistencia a los antimicrobianos, sin embargo, el número total de genes de factores de virulencia no cambió entre los aislados de perros sanos y los de perros con pioderma. Los genomas de las cepas de S. pseudintermedius resistentes a la meticilina (MRSP) fueron más grandes que los de las cepas sensibles a la meticilina (MSSP) (2,80 Mbp versus 2,59 Mbp), como consecuencia de una mayor presencia de genes de resistencia a los antimicrobianos, fagos y profagos. CONCLUSIONES E IMPORTANCIA CLÍNICA: esta técnica permite una caracterización mucho más precisa y sencilla de las poblaciones caninas de S. pseudintermedius y puede conducir a una mejor comprensión de la patogenia de las piodermas caninas.

Hintergrund: Staphylococcus pseudintermedius stellt die hauptsächliche ätiologische Ursache für die canine Pyodermie dar. Eine Gesamtgenomsequenzierung ist der umfassendste Weg, um relevante Genominformation über Mikroorganismen zu erhalten.

Hypothese/ziele: Die Oxford Nanopore Technologie ermöglicht eine qualitative Sequenzierung und eine de novo Anordnung des Gesamtgenoms von S. pseudintermedius. Die Gesamtgenomsequenzierung von S. pseudintermedius könnte dabei helfen, die Pathogenese der caninen Pyodermie besser zu verstehen.

Methoden und materialien: Zweiundzwanzig Stämme von S. pseudintermedius, die von der Haut von fünf gesunden Hunden und 33 Stämme, die von 33 Hunden mit Pyodermie isoliert worden waren, wurden analysiert. DNA wurde extrahiert und mittels Oxford Nanopore MinION, einer neuen Technologie, die längere Sequenzen in einem Handgerät liefert, sequenziert. Das Pangenom wurde analysiert und mittels ANVI´O 6.1. analysiert.

Ergebnisse: Die Nanopore Technologie ermöglichte eine Sequenzierung und de novo Anordnung der Genome von 55 S. pseudintermedius Stämmen, die von gesunden Hunden und von Hunden mit Pyodermie isoliert worden waren. Die durchschnittliche Genom Länge von S. pseudintermedius betrug 2,62 Mbp, wobei 48% davon das Hauptgenom ausmachte. Pyodermie Isolate beinhalteten eine größere Anzahl an antimikrobiellen Resistenzgenen; die Gesamtzahl der Virulenzfaktorgene unterschied sich allerdings nicht zwischen den Isolaten von gesunden Hunden und von Hunden mit Pyodermie. Genome von Methicillin-resistenten S. pseudintermedius (MRSP) Stämmen waren größer als jene der Methicillin-sensiblen (MSSP) Stämme (2,8 Mbp versus 2,59 Mbp), was eine Folge der vermehrten Präsenz von antimikrobiellen Resistenzgenen, Phagen und Prophagen war.

Schlussfolgerungen und klinische bedeutung: Diese Technik erlaubt eine wesentlich präzisere und einfachere Charakterisierung der caninen S. pseudintermedius Populationen und könnte zu einem besseren Verstehen der Pathogenese der caninen Pyodermien führen.

背景: Staphylococcus pseudintermediusは、犬の膿皮症の主な病因です。全ゲノムシーケンスは、微生物に関する関連するゲノム情報を取得するための最も包括的な方法です。 仮説/目的: Oxford Nanoporeテクノロジーにより、S。pseudintermediusの全ゲノムの高品質なシーケンスとdenovoアセンブリが可能になります。 S. pseudintermediusの全ゲノム解析は、犬の膿皮症の病因をよりよく理解するのに役立つ可能性があります。 方法と材料: 5匹の健康な犬の皮膚から分離されたS.pseudintermediusの22株と、膿皮症の33匹の犬の皮膚から分離された33株が分析されました。 DNAは、ハンドヘルドデバイスでより長い読み取りを実現する新しいテクノロジーであるOxford Nanopore MinIONを使用して抽出およびシーケンスされました。パンゲノムはANVI’O6.1で分析および視覚化されました。 結果: Nanoporeテクノロジーにより、健康な犬と膿皮症の犬から分離された55のS.pseudintermedius株のゲノムの配列決定とdenovoアセンブリが可能になりました。 S.pseudintermediusの平均ゲノムサイズは2.62Mbpで、48%がコアゲノムでした。膿皮症分離株は、より多くの抗菌薬耐性遺伝子を含んでいましたが、病原性因子遺伝子の総数は、健康な犬と膿皮症の犬からの分離株間で変化しませんでした。メチシリン耐性S.pseudintermedius(MRSP)株のゲノムは、抗菌剤耐性遺伝子、ファージ、およびプロファージの存在が大きい結果として、メチシリン感受性(MSSP)株のゲノムよりも大きかった(2.80Mbp対2.59Mbp)。 結論と臨床的重要性: この手法により、犬のS. pseudintermedius集団のより正確で簡単な特性評価が可能になり、犬の膿皮症の病因のより良い理解につながる可能性があります。.

背景: 假中间型葡萄球菌是犬脓皮病的主要病原。全基因组测序是获得微生物相关基因组信息最全面的方式。 假设/目的: 纳米孔技术能够对假中间型葡萄球菌的全基因组进行质量测序和从头组装。对假中间型葡萄球菌进行全基因组分析可能有助于更好地了解犬脓皮病的发病机制。 方法和材料: 从5只健康犬皮肤中分离的22株,以及从33只脓皮病犬皮肤中分离的33株假中间型葡萄球菌,对其进行分析。使用纳米孔 MinION提取DNA并测序,这是一种手持设备,这种新技术可传递更长的测序片段。用ANVI'O 6.1分析全基因组并将其可视化。 结果: 从健康犬和脓皮病犬中分离的55株假中间型葡萄球菌,用纳米孔技术对其基因组进行测序和从头组装。假中间型葡萄球菌的平均基因组大小为2.62 Mbp,其中48%为核心基因组。脓皮病分离株含有较多数量的抗菌药物耐药基因,然而毒力因子基因的总数在健康犬和脓皮病犬的分离株之间没有变化。耐甲氧西林假中间型葡萄球菌(MRSP)菌株的基因组比甲氧西林敏感(MSSP)菌株的基因组大(2.80 Mbp与2.59 Mbp),这是由于存在更多抗菌药物耐药基因、噬菌体和前噬菌体。 结论和临床重要性: 该技术可更精确和更容易地表征犬假中间型葡萄球菌种群,并可能有助于更好地了解犬脓皮病的发病机制。.

Contexto: Staphylococcus pseudintermedius é o principal agente etiológico da piodermite canina. O sequenciamento completo do genoma é a forma mais aprofundada de se obter informações genômicas relevantes sobre microrganismos. HIPÓTESE/OBJETIVOS: A tecnologia de Oxford Nanopore permite o sequenciamento de boa qualidade e montagem “de novo” do genoma completo de S. pseudintermedius. A análise do genoma completo de S. pseudintermedius pode auxiliar na melhor compreensão da patogênese da piodermite canina. MÉTODOS E MATERIAIS: Vinte e duas cepas de S. pseudintermedius isoladas da pele de cinco cães saudáveis e 33 cepas isoladas da pele de 33 cães com piodermite foram analisadas. O DNA foi extraído e sequenciado utilizando Oxford Nanopore MinION, uma tecnologia nova que fornece leituras mais longas em um aparelho portátil. O pangenoma foi analisado e visualizado com ANVI’O 6.1.

Resultados: A tecnologia Nanopore permitiu o sequenciamento e a montagem “de novo” dos genomas de 55 cepas de S. pseudintermedius isoladas de cães saudáveis de cães com piodermite. A média do tamanho do genoma de S. pseudintermedius foi de 2,62 Mbp, sendo 48% de genoma base. Os isolados de piodermite continham um maior número de genes de resistência antimicrobiana, apesar de o número total de fatores de virulência não sofreu alteração entre os isolados de cães saudáveis e de cães com piodermite. Os genomas das cepas S. pseudintermedius resistentes à meticilina (MRSP) foram maiores que aqueles das cepas suscetíveis à meticilina (MSSP) (2,80 Mbp versus 2,59 Mbp), como consequência da maior presença de genes de resistência antimicrobiana, fagos e profagos. CONCLUSÕES E IMPORTÂNCIA CLÍNICA: A técnica testada permite uma caracterização muito mais simples e precisa das populações de S. pseudintermedius canino e pode levar ao melhor entendimento da patogênese da piodermite canina.

MeSH terms

  • Animals
  • Dog Diseases*
  • Dogs
  • Pyoderma* / veterinary
  • Staphylococcus / genetics
  • Whole Genome Sequencing / veterinary

Supplementary concepts

  • Staphylococcus pseudintermedius