Genomic characterization of Moraxella bovis and Moraxella bovoculi Uruguayan strains isolated from calves with infectious bovine keratoconjunctivitis

Abstract

Infectious bovine keratoconjunctivitis (IBK) is an ocular disease that affects bovines and has significant economic and health effects worldwide. Gram negative bacteria Moraxella bovis and Moraxella bovoculi are its main etiological agents. Antimicrobial therapy against IBK is often difficult in beef and dairy herds and, although vaccines are commercially available, their efficacy is variable and dependent on local strains. The aim of this study was to analyze for the first time the genomes of Uruguayan clinical isolates of M. bovis and M. bovoculi. The genomes were de novo assembled and annotated; the genetic basis of fimbrial synthesis was analyzed and virulence factors were identified. A 94% coverage in the reference genomes of both species, and more than 80% similarity to the reference genomes were observed. The mechanism of fimbrial phase variation in M. bovis was detected, and the tfpQ orientation of these genes confirmed, in an inversion region of approximately 2.18 kb. No phase variation was determined in the fimbrial gene of M. bovoculi. When virulence factors were compared between strains, it was observed that fimbrial genes have 36.2% sequence similarity. In contrast, the TonB dependent lactoferrin/transferrin receptor exhibited the highest percentage of amino acid similarity (97.7%) between strains, followed by cytotoxins MbxA/MbvA and the ferric uptake regulator. The role of these virulence factors in the pathogenesis of IBK and their potential as vaccine components should be explored.

La queratoconjuntivitis infecciosa bovina (QIB) es una enfermedad ocular que afecta al ganado, con impacto significativo en todo el mundo. Las bacterias Moraxella bovis y Moraxella bovoculi son sus principales agentes etiológicos. La terapia antimicrobiana contra la QIB suele ser dificultosa en el campo y, aunque existen vacunas, su eficacia es variable y dependiente de las cepas que circulan localmente. El objetivo de este estudio fue analizar por primera vez los genomas de aislamientos clínicos de M. bovis y M. bovoculi en Uruguay. Los genomas se ensamblaron de novo y se anotaron; además, se analizaron las bases genéticas de la síntesis de fimbrias y se identificaron factores de virulencia. Se alcanzó una cobertura del 94% de los genomas de referencia de ambas especies y la similitud con ellos fue superior al 80%. Se encontró el mecanismo de variación de fase fimbrial en M. bovis, y se confirmó la orientación tfpQ de dichos genes en una región de inversión de aproximadamente 2,18 kb. No se determinó variación de fase en el gen fimbrial de M. bovoculi. Al comparar los factores de virulencia entre cepas, se observó que los genes fimbriales presentan solo un 36,2% de similitud de secuencia. Por el contrario, el receptor de lactoferrina/transferrina dependiente de TonB presentó el mayor porcentaje de similitud a nivel de aminoácidos (97,7%), seguido de las citotoxinas MbxA/MbvA y del regulador de captación férrica. Debe explorarse el papel de estos factores de virulencia en la patogénesis de la QIB y su potencial como componente de vacunas.