microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2024-4-94-106microbe-2084Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESРетроспективная молекулярная экспертиза вспышек чумы в Северном Приаралье в середине XX векаRetrospective Molecular Investigation of Plague Outbreaks in the Northern Aral Sea Region in the Mid-20th Centuryhttps://orcid.org/0009-0007-5532-1521КарапетянЛ. А.KarapetyanL. A.

Карапетян Левон Александрович

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

Levon A. Karapetyan

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3766-7979БалыковаА. Н.BalykovaA. N.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0003-3133-3820ЧервяковаН. С.ChervyakovaN. S.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-7190-4427ФедоровА. В.FedorovA. V.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-5403-989XЕрошенкоГ. А.EroshenkoG. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0002-8798-1547АбрамоваЕ. Г.AbramovaE. G.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0002-8986-3640ГерманчукВ. Г.GermanchukV. G.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0002-9686-9020КуклевЕ. В.KuklevE. V.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-9512-7415ТопорковВ. П.ToporkovV. P.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation2024211220240494106Copyright © Карапетян Л.А., Балыкова А.Н., Червякова Н.С., Федоров А.В., Ерошенко Г.А., Абрамова Е.Г., Германчук В.Г., Куклев Е.В., Топорков В.П., 20242024Карапетян Л.А., Балыкова А.Н., Червякова Н.С., Федоров А.В., Ерошенко Г.А., Абрамова Е.Г., Германчук В.Г., Куклев Е.В., Топорков В.П.Karapetyan L.A., Balykova A.N., Chervyakova N.S., Fedorov A.V., Eroshenko G.A., Abramova E.G., Germanchuk V.G., Kuklev E.V., Toporkov V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/2084

Цель работы – ретроспективная молекулярная экспертиза вспышек чумы, произошедших на северном побережье Аральского моря в середине прошлого века, и филогенетический анализ вызвавших их штаммов Yersinia pestis. Материалы и методы. Использованы полногеномные последовательности 39 штаммов Y. pestis из очагов Северного Приаралья, выделенных в 1945–1974 гг. Полногеномное секвенирование выполняли в системе Ion S5 XL System (Thermo Fischer Scientific, США). Обработку данных и сборку последовательностей проводили с помощью Ion Torrent Suite software package, v5.12, FastQC v0.12.0, unicycler v0.5.0. Филогенетическую реконструкцию проводили методом полногеномного SNP-анализа, построение дендрограммы осуществляли алгоритмом Maximum Likelihood с применением программы PhyML v3.1. Молекулярное типирование штаммов осуществляли методом MLVA25. Результаты и обсуждение. Штаммы Y. pestis, выделенные в Северном Приаралье с 1945 по 1974 г., относятся к филогенетической ветви 2.MED1 средневекового биовара основного подвида. Вспышки чумы в Северном Приаралье в 1945, 1955, 1966 и 1969 гг. вызваны штаммами каспийской подветви 2.MED1, а вспышка 1967 г. – штаммами центральноазиатской подветви, последовательно достигшими этого региона из Северного Прикаспия и Прибалхашья. Показано, что источниками заражения людей были эпизоотии, протекавшие на северном побережье Аральского моря. Установлено, что в 1960-е гг. на территории Северного Приаралья одновременно циркулировали штаммы Y. pestis каспийской и центральноазиатской подветвей 2.MED1 средневекового биовара. Характерной особенностью вспышки чумы 1945 г. было наличие большого числа специфических для каждого штамма SNPs, возможно обусловленных процессом быстрой адаптации штаммов каспийской подветви 2.MED1 к условиям природного биоценоза Северного Приаралья. В дальнейшем скорость эволюции возникшей северо-приаральской популяции 2.MED1 значительно снизилась, что сопровождалось формированием отдельных кластеров штаммов с небольшим количеством индивидуальных SNPs.

The aim of the work is a retrospective molecular examination of plague outbreaks that occurred on the northern coast of the Aral Sea in the middle of the past century, and a phylogenetic analysis of the Yersinia pestis strains that caused them. Materials and methods. Whole-genome sequences of 39 Y. pestis strains from foci of the Northern Aral Sea region, isolated in 1945–1974, were used. Whole-genome sequencing was performed in the Ion S5 XL System (Thermo Fischer Scientific, USA). Data processing and sequence assembly were carried out using the Ion Torrent Suite software package, v5.12, FastQC v0.12.0, unicycler v0.5.0. Phylogenetic reconstruction was carried out using the wholegenome SNP analysis method, the dendrogram was constructed using the Maximum Likelihood algorithm using the PhyML v3.1 program. Molecular typing of strains was performed using the MLVA25 method. Results and discussion. Y. pestis strains isolated in the Northern Aral Sea region between 1945 and 1974 belong to the phylogenetic branch 2.MED1 of the medieval biovar of the main subspecies. Plague outbreaks in the Northern Aral Sea region in 1945, 1955, 1966, and 1969 were caused by strains of the Caspian subbranch 2.MED1, and the outbreak of 1967 – by strains of the Central Asian subbranch, which successively reached this region from the Northern Caspian and Balkhash regions. It is shown that the sources of human infection were epizootics occurring on the northern coast of the Aral Sea. It is established that in the 1960s, Y. pestis strains of the Caspian and Central Asian subbranches 2.MED1 medieval biovar circulated simultaneously in the Northern Aral Sea region. A characteristic feature of the plague outbreak of 1945 was the presence of a large number of SNPs specific to each strain, possibly due to the process of rapid adaptation of the Caspian subbranche 2.MED1 strains to the conditions of the natural biocenosis of the Northern Aral Sea region. Subsequently, the rate of evolution of the emerging Northern Aral population 2.MED1 significantly decreased, which was accompanied by the formation of individual clusters of strains with a small number of individual SNPs.

чумаприродные очаги Северного Приаральяштаммы Yersinia pestisвспышкимолекулярная экспертизаplaguenatural foci of the Northern Aral SeaYersinia pestis strainsoutbreaksmolecular investigationReferencesПопова А.Ю., Кутырев В.В., редакторы. Кадастр эпидемиологических и эпизоотических проявлений чумы на территории Российской Федерации и стран ближнего зарубежья (с 1876 по 2016 год). Саратов: ООО «Амирит»; 2016. 248 с.Popova A.Yu., Kutyrev V.V., editors. [Cadastre of Epidemiological and Epizootic Manifestations of Plague in the Territory of the Russian Federation and Former Soviet Union (1876–2016)]. Saratov: “Amirit” LLC; 2016. 248 p.Ерошенко Г.А., Попов Н.В., Альхова Ж.В., Куклева Л.М., Балыкова А.Н., Гражданов А.К., Аязбаев Т.З., Майканов Н.С., Кутырев В.В. Распространение Yersinia pestis средневекового биовара в Северном, Северо-Западном Прикаспии и Предкавказье во второй половине XX века. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 4:48–55. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-48-55.Eroshenko G.A., Popov N.V., Al’khova Zh.V., Kukleva L.M., Balykova A.N., Grazhdanov A.K., Ayazbaev T.Z., Maikanov N.S., Kutyrev V.V. [Dissemination of Yersinia pestis of medieval bio- var in Northern, North-Western Caspian Sea Region and fore-Cau- casus in the second half of the twentieth century]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2019; (4):48–55. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-48-55.Eroshenko G.A., Popov N.V., Al’khova Z.V., Kukleva L.M., Balykova A.N., Chervyakova N.S., Naryshkina E..A., Kutyrev V.V. Evolution and circulation of Yersinia pestis in the Northern Caspian and Northern Aral Sea regions in the 20th–21st centuries. PLoS One. 2021; 16(2):e0244615. DOI: 10.1371/journal.pone.0244615.Eroshenko G.A., Popov N.V., Al’khova Z.V., Kukleva L.M., Balykova A.N., Chervyakova N.S., Naryshkina E..A., Kutyrev V.V. Evolution and circulation of Yersinia pestis in the Northern Caspian and Northern Aral Sea regions in the 20th–21st centuries. PLoS One. 2021; 16(2):e0244615. DOI: 10.1371/journal.pone.0244615.Le Flèche P., Hauck Y., Onteniente L., Prieur A., Denoeud F., Ramisse V., Sylvestre P., Benson G., Ramisse F., Vergnaud G. A tandem repeats database for bacterial genomes: application to the genotyping of Yersinia pestis and Bacillus anthracis. BMC Microbiol. 2001; 1:2. DOI: 10.1186/1471-2180-1-2.Le Flèche P., Hauck Y., Onteniente L., Prieur A., Denoeud F., Ramisse V., Sylvestre P., Benson G., Ramisse F., Vergnaud G. A tandem repeats database for bacterial genomes: application to the genotyping of Yersinia pestis and Bacillus anthracis. BMC Microbiol. 2001; 1:2. DOI: 10.1186/1471-2180-1-2.Li Y., Cui Y., Hauck Y., Platonov M.E., Dai E., Song Y., Guo Z., Pourcel C., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., Yang R., Vergnaud G. Genotyping and phylogenetic analysis of Yersinia pestis by MLVA: insights into the worldwide expansion of Central Asia plague foci. PLoS One. 2009; 4(6):e6000. DOI: 10.1371/journal.pone.0006000.Li Y., Cui Y., Hauck Y., Platonov M.E., Dai E., Song Y., Guo Z., Pourcel C., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P., Yang R., Vergnaud G. Genotyping and phylogenetic analysis of Yersinia pes- tis by MLVA: insights into the worldwide expansion of Central Asia plague foci. PLoS One. 2009; 4(6):e6000. DOI: 10.1371/journal.pone.0006000.Benson G. Tandem repeats finder: a program to analyze DNA sequences. Nucleic Acids Res. 1999. 27(2):573–80. DOI: 10.1093/nar/27.2.573.Benson G. Tandem repeats finder: a program to analyze DNA sequences. Nucleic Acids Res. 1999. 27(2):573–80. DOI: 10.1093/nar/27.2.573.Попова А.Ю., Кутырев В.В., редакторы. Атлас природных очагов чумы России и зарубежных государств. Калининград: РА Полиграфычъ; 2022. 348 с.Popova A.Yu., Kutyrev V.V., editors. [Atlas of Natural Foci of Plague in Russia and Foreign Countries]. Kaliningrad: “Poligrafych”; 2022. 348 p. 8. [Report on the work of the Avan anti-plague squad to elimi- nate a plague outbreak in the Avan village, Aral district, Guryev re- gion, Kazakh SSR in 1945]. Archive of the Russian Research AntiPlague Institute “Microbe”. Unit storage No. 135, 26 p. 9. [Materials about the plague epidemic on the shores of the Aral Sea and the measures taken to eliminate it by the Aral Sea Plague Control Station in 1945]. Archive of the Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”. Unit storage No. 148, 4 p.Отчет о работе Аваньского противочумного отряда по ликвидации вспышки чумы в поселке Авань Аральского района Гурьевской области Казахской ССР в 1945 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 135 на 26 л.[Brief report of the Central Asian Anti-Plague Institute on the outbreak in the Aral region in August, 1955]. Archive of the Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”. Unit storage No. 770, 28 p.Материал о вспышке эпидемии чумы на берегу Аральского моря и принятии меры по ликвидации ее Араломорской противочумной станцией в 1945 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 148 на 4 л.[Report on the elimination of plague outbreak in the Aral dostrict of the Kzyl-Orda region in June, 1969]. Archive of the Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”. Unit storage No. 721, 101 p.Краткий отчет Среднеазиатского ПЧИ о вспышке в Аральском районе в августе 1955 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 770 на 28 л.[Materials on cases of particularly dangerous infections for 1966. Report on the outbreak of plague in the Aral district of the Kzyl-Orda region in the complex of anti-epidemic measures (29/IX – 18/XII – 1966)]. November 29, 1966. P. 177–22.Отчет о ликвидации вспышки чумы в Аральском районе Кзыл-Ординской области в июне 1969 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 721. 101 с.[Report on anti-epidemic measures carried out in Aralsk in connection with human cases of plague in August, 1967]. Archive of the Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”. Unit storage No. 678, 11 p.Материалы о заболеваниях особо опасными инфекциями за 1966 г. Отчет о вспышке чумы в Аральском районе Кзыл-Ординской области в комплексе противоэпидемических мероприятий (29/IX – 18/XII – 1966 г.). 29 ноября 1966 г. С. 177–122.Материалы о заболеваниях особо опасными инфекциями за 1966 г. Отчет о вспышке чумы в Аральском районе Кзыл-Ординской области в комплексе противоэпидемических мероприятий (29/IX – 18/XII – 1966 г.). 29 ноября 1966 г. С. 177–122.Отчет о противоэпидемических мероприятиях, проведенных в г. Аральске в связи с заболеваниями людей чумой в августе 1967 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 678 на 11 л.Отчет о противоэпидемических мероприятиях, проведенных в г. Аральске в связи с заболеваниями людей чумой в августе 1967 г. Архив института «Микроб». Ед. хран. № 678 на 11 л.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.