DOI: https://doi.org/10.5817/cpr2025-2-14
تاريخ النشر: 2026-01-11
المؤلف: Ivo Sedláček وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الأمراض في تربية الأحياء المائية والميكروبيوتا
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في ميكروبات الأمعاء لأربعة أنواع من الأسماك البحرية في القارة القطبية الجنوبية: *Notothenia coriiceps*، *Trematomus bernacchii*، *Trematomus hansoni*، و*Trematomus newnesi*، مع التركيز بشكل خاص على مجموعة Enterobacter cloacae. تم تصنيف تسعة عشر سلالة معزولة باستخدام تقنيات مثل rep-PCR، والتصنيف الآلي للريبوسومات، والتمييز الظاهري الموسع، وتحليل MALDI-TOF MS. تم تصنيف العزلات المقاومة للبرودة إلى مجموعتين متميزتين، تم تحليلها بشكل إضافي من خلال طرق النشوء التطوري التي تشمل جينات 16S rRNA وrpoB، وتحليل الأحماض الدهنية، وتسلسل الجينوم الكامل. تشير النتائج إلى أن هذه العزلات تمثل نوعًا محليًا جديدًا من Enterobacter داخل أمعاء عائلة Nototheniidae.
استنادًا إلى متوسط هوية النوكليوتيدات (ANI) وقيم الهجين الرقمي للحمض النووي (dDDH)، تم تحديد أقرب الأنواع ذات الصلة بالعزلات على أنها *Enterobacter hoffmannii*، وهو اسم غير صالح. وبالتالي، تقترح الدراسة التصنيف الرسمي لاثنين من السلالات الفرعية الجديدة: *Enterobacter hoffmannii* subsp. *nototheniae* subsp. nov. لعزلات المجموعة 1، مع سلالة نوع P5473 T (= CCM 8629 T = LMG 34031 T)، و*Enterobacter hoffmannii* subsp. *hoffmannii* subsp. nov. لعزلات المجموعة 2، التي تتوافق مع سلالة النوع الحالية DSM 14563 T (= LMG 30171 T). تدعم الملفات البيوكيميائية المتميزة وبيانات الجينوم تصنيف المجموعة 1 كسلالة فرعية جديدة، بينما تتماشى المجموعة 2 مع سلالات *E. hoffmannii* المعروفة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التنوع الغني للميكروبات في محيطات الأرض، مع التركيز بشكل خاص على ميكروبات الأمعاء للأسماك البحرية، التي حظيت باهتمام بحثي متزايد بسبب أهميتها في تربية الأحياء المائية. من الجدير بالذكر أن شعبة Pseudomonadota تم تحديدها كالأكثر انتشارًا في القناة الهضمية للأسماك، حيث كشفت الدراسات الحديثة عن تركيبة بكتيرية أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا. من بين حوالي 400 نوع من الأسماك الأصلية في المحيط الجنوبي، تعتبر عائلة Nototheniidae، وخاصة سمكة الصخر الأسود (*Notothenia coriiceps*)، نقطة محورية لدراسات الميكروبات، حيث تكشف عن وجود أنواع بكتيرية جديدة مثل *Pedobacter nototheniae* و*Paracoccus nototheniae*.
تناقش الفقرة أيضًا مجموعة Enterobacter cloacae (ECC)، التي وُجد أنها النمط الظاهري السالب الجرام السائد في أمعاء أنواع مختلفة من الأسماك القطبية الجنوبية. تتكون مجموعة ECC من عدة أنواع، بعضها مسببات أمراض انتهازية في البشر والنباتات. أدت المراجعات التصنيفية الأخيرة داخل مجموعة ECC إلى إعادة تصنيف عدة أنواع، مما يتطلب نهجًا متعدد الأوجه للتعرف الدقيق. تقترح هذه الدراسة الوصف الرسمي لسلالة فرعية جديدة مقاومة للبرودة من *Enterobacter hoffmannii*، تحديدًا *Enterobacter hoffmannii* subsp. *nototheniae* و*Enterobacter hoffmannii* subsp. *hoffmannii*، استنادًا إلى العزلات من أمعاء أسماك النوتوثينيويد القطبية الجنوبية، مما يساهم في فهم التنوع الميكروبي في البيئات القاسية.
طرق
توضح فقرة “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات وتحليلها. يشمل ذلك أي طرق إحصائية مستخدمة لتفسير النتائج، مما يضمن إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتناول الفقرة الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. تعتبر الوضوح والدقة في هذه الفقرة أمرًا حيويًا لتمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من استنتاجاتها. بشكل عام، تعتبر فقرة “المواد والطرق” مكونًا أساسيًا من البحث، حيث توفر الشفافية والدقة للاستقصاء العلمي.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تصنيف مجموعة من القضبان السلبية للصبغة الجرثومية، التي تم عزلها من أمعاء أسماك النوتوثينيويد، ضمن مجموعة Enterobacter cloacae (ECC) استنادًا إلى التحليل الظاهري. أكدت التحليلات الجزيئية اللاحقة، بما في ذلك تسلسل جينات 16S rRNA وrpoB، هذا التصنيف. ومع ذلك، فإن تصنيف مجموعة ECC معقد وقد تطور بشكل كبير، مع وجود تمييز بيوكيميائي محدود بين المجموعات المحددة. تم تصنيف العزلات إلى مجموعتين من خلال بصمة PCR والتصنيف الآلي للريبوسومات، حيث تشبه المجموعة 1 *Enterobacter mori* و*Enterobacter cancerogenus*، بينما تجمعت المجموعة 2 مع “Enterobacter hoffmannii.” دعمت مطيافية الكتلة MALDI-TOF أيضًا تصنيف هذه العزلات كأعضاء في “E. hoffmannii”، مما يشير إلى أنه بينما تكون فعالة في التمييز على مستوى الأنواع، إلا أنها أقل موثوقية في التمييز داخل الأنواع.
كشف التحليل الجينومي أن السلالات التمثيلية من كلا المجموعتين تمتلك تشابهات جينية كبيرة، حيث أظهرت سلالة المجموعة 1 P5473^T وسلالة المجموعة 2 P5481 تسلسلات كروموسومية محفوظة وجزر كروموسومية متميزة. تتماشى النتائج مع تحليل متوسط هوية النوكليوتيدات (ANI) وتحليل الهجين الرقمي للحمض النووي (dDDH)، مما يؤكد أن عزلات أمعاء الأسماك هي فعليًا أعضاء في “Enterobacter hoffmannii.” يُجادَل بأن هذا النوع، الذي تم اقتراحه في البداية كسلالة فرعية، هو نوع متميز استنادًا إلى الميزات الجينومية. تؤكد الدراسة على أهمية دمج البيانات الجينومية مع الخصائص الظاهرية في تصنيف أنواع Enterobacter، داعيةً إلى إعادة تقييم الوضع التصنيفي لـ “E. hoffmannii” في ضوء النتائج الأخيرة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل سلالات بكتيرية من محتويات أمعاء أسماك القد الجليدية (Nototheniidae) التي تم جمعها خلال البعثة القطبية التشيكية في عام 2014. تم تحليل ما مجموعه 43 عينة سمكية من أربعة أنواع، مما أدى إلى عزل 19 سلالة بكتيرية من مجموعة Enterobacter cloacae (ECC). خضعت هذه السلالات لمجموعة متنوعة من التحليلات الظاهرية والجينية، بما في ذلك التصنيف الآلي للريبوسومات، وPCR القائم على التسلسل المتكرر (rep-PCR)، وتسلسل جينات 16S rRNA وrpoB. أشارت النتائج إلى وجود اختلافات جينية وظاهرية كبيرة بين العزلات، مما سمح بتصنيف عزلات المجموعة 1 كسلالة فرعية جديدة، *Enterobacter hoffmannii* subsp. *nototheniae* subsp. nov.، بينما تم تحديد عزلات المجموعة 2 على أنها *Enterobacter hoffmannii* subsp. *hoffmannii* subsp. nov.
تم دعم الأوصاف الرسمية لهذه السلالات الفرعية من خلال خصائص بيوكيميائية متميزة وبيانات جينومية، بما في ذلك متوسط هوية النوكليوتيدات (ANI) وتحليل الهجين الرقمي للحمض النووي (dDDH). تساهم النتائج في فهم التنوع الميكروبي في البيئات القاسية وتبرز الإمكانية لاكتشاف أنواع بكتيرية جديدة مرتبطة بأنواع الأسماك القطبية الجنوبية. تؤكد الدراسة على أهمية دمج الأساليب الظاهرية والجينية من أجل تصنيف دقيق للميكروبات والضرائب.
DOI: https://doi.org/10.5817/cpr2025-2-14
Publication Date: 2026-01-11
Author(s): Ivo Sedláček et al.
Primary Topic: Aquaculture disease management and microbiota
Overview
This research investigates the gut microbiota of four Antarctic marine fish species: *Notothenia coriiceps*, *Trematomus bernacchii*, *Trematomus hansoni*, and *Trematomus newnesi*, with a specific emphasis on the Enterobacter cloacae complex. Nineteen isolated strains were characterized using techniques such as rep-PCR, automated ribotyping, extended phenotyping, and MALDI-TOF MS analysis. The psychrotolerant isolates were categorized into two distinct groups, which were further analyzed through phylogenetic methods involving the 16S rRNA and rpoB genes, fatty acid analysis, and whole-genome sequencing. The findings suggest that these isolates represent a novel autochthonous Enterobacter taxon within the gut of the Nototheniidae family.
Based on average nucleotide identity (ANI) and in silico DNA-DNA hybridization (dDDH) values, the closest related species to the isolates was identified as *Enterobacter hoffmannii*, a non-valid name. Consequently, the study proposes the formal classification of two new subspecies: *Enterobacter hoffmannii* subsp. *nototheniae* subsp. nov. for Group 1 isolates, with type strain P5473 T (= CCM 8629 T = LMG 34031 T), and *Enterobacter hoffmannii* subsp. *hoffmannii* subsp. nov. for Group 2 isolates, corresponding to the existing type strain DSM 14563 T (= LMG 30171 T). The distinct biochemical profiles and genomic data support the classification of Group 1 as a novel subspecies, while Group 2 aligns with the established *E. hoffmannii* subspecies.
Introduction
The introduction highlights the rich diversity of microorganisms in Earth’s oceans, particularly focusing on the gut microbiota of marine fish, which has garnered increased research attention due to its significance in aquaculture. Notably, the phylum Pseudomonadota is identified as the most prevalent in the gastrointestinal tracts of fish, with recent studies revealing a more complex bacterial composition than previously thought. Among the approximately 400 fish species native to the Southern Ocean, the Nototheniidae family, particularly the black rock cod (*Notothenia coriiceps*), serves as a focal point for microbiota studies, revealing the presence of novel bacterial species such as *Pedobacter nototheniae* and *Paracoccus nototheniae*.
The section further discusses the Enterobacter cloacae complex (ECC), which was found to be the dominant gram-negative phenotype in the gut of various Antarctic fish species. The ECC comprises multiple species, some of which are opportunistic pathogens in humans and plants. Recent taxonomic revisions within the ECC have led to the reclassification of several species, necessitating a polyphasic approach for accurate identification. This study proposes the formal description of a novel psychrotolerant subspecies of *Enterobacter hoffmannii*, specifically *Enterobacter hoffmannii* subsp. *nototheniae* and *Enterobacter hoffmannii* subsp. *hoffmannii*, based on isolates from the gut of Antarctic notothenioid fish, thereby contributing to the understanding of microbial diversity in extreme environments.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures utilized in the study. It details the specific materials employed, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as their sources. The methodology is described in a systematic manner, highlighting the protocols followed for data collection and analysis. This includes any statistical methods used to interpret the results, ensuring reproducibility and reliability of the findings.
Additionally, the section may elaborate on the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the results. The clarity and precision in this section are crucial for enabling other researchers to replicate the study and verify its conclusions. Overall, the “Materials and Methods” section serves as a foundational component of the research, providing transparency and rigor to the scientific inquiry.
Results
In this study, a group of Gram-stain-negative, fermenting rods isolated from the gut of notothenioid fish was classified within the Enterobacter cloacae complex (ECC) based on phenotypic analysis. Subsequent molecular analyses, including 16S rRNA and rpoB gene sequencing, confirmed this classification. However, the taxonomy of the ECC is complex and has evolved significantly, with limited biochemical differentiation between the groups identified. The isolates were categorized into two groups through PCR fingerprinting and automated ribotyping, with Group 1 resembling Enterobacter mori and Enterobacter cancerogenus, while Group 2 clustered with “Enterobacter hoffmannii.” MALDI-TOF mass spectrometry further supported the classification of these isolates as members of “E. hoffmannii,” indicating that while it is effective for species-level discrimination, it is less reliable for intra-species differentiation.
Genomic analysis revealed that the representative strains of both groups possess substantial genetic similarities, with Group 1 strain P5473^T and Group 2 strain P5481 showing conserved chromosomal sequences and distinct chromosomal islands. The results align with average nucleotide identity (ANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) analyses, confirming that the fish gut isolates are effectively members of “Enterobacter hoffmannii.” This taxon, initially proposed as a subspecies, is argued to be a distinct species based on genomic features. The study emphasizes the importance of integrating genomic data with phenotypic characteristics in the classification of Enterobacter species, advocating for a reevaluation of the taxonomic status of “E. hoffmannii” in light of recent findings.
Discussion
In this study, bacterial strains were isolated from the intestinal contents of cod icefishes (Nototheniidae) collected during the Czech Antarctic expedition in 2014. A total of 43 fish specimens from four species were analyzed, leading to the isolation of 19 bacterial strains from the Enterobacter cloacae complex (ECC). These strains were subjected to various phenotypic and genotypic analyses, including automated ribotyping, repetitive sequence-based PCR (rep-PCR), and sequencing of the 16S rRNA and rpoB genes. The results indicated significant genomic and phenotypic differences between the isolates, allowing for the classification of Group 1 isolates as a novel subspecies, Enterobacter hoffmannii subsp. nototheniae subsp. nov., while Group 2 isolates were identified as Enterobacter hoffmannii subsp. hoffmannii subsp. nov.
The formal descriptions of these subspecies were supported by distinct biochemical characteristics and genomic data, including average nucleotide identity (ANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) analyses. The findings contribute to the understanding of microbial diversity in extreme environments and highlight the potential for discovering novel bacterial taxa associated with Antarctic fish species. The study emphasizes the importance of integrating phenotypic and genomic approaches for accurate microbial classification and taxonomy.