microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2026-1-108-115microbe-2289Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESЭволюция и географическое распространение Brucella melitensis генетической линии II на территории Российской ФедерацииEvolution and Geographical Distribution of Brucella melitensis Genetic Line II in the Territory of the Russian Federationhttps://orcid.org/0000-0002-9366-5647КовалевД. А.KovalevD. A.

Ковалев Дмитрий Анатольевич

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

Dmitry A. Kovalev

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

kovalev_da.stv@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6458-6790ПисаренкоС. В.PisarenkoS. V.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9152-4026ШапаковН. А.ShapakovN. A.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9513-0761КузнецоваИ. В.KuznetsovaI. V.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7698-7361ЖировА. М.ZhirovA. M.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0422-6755ПономаренкоД. Г.PonomarenkoD. G.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9362-3949КуличенкоА. Н.KulichenkoA. N.

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13–15

13–15, Sovetskaya St., Stavropol, 355035

stavnipchi@mail.ruСтавропольский научно-исследовательский противочумный институтРоссияStavropol Research Anti-Plague InstituteRussian Federation20263003202601108115Copyright © Ковалев Д.А., Писаренко С.В., Шапаков Н.А., Кузнецова И.В., Жиров А.М., Пономаренко Д.Г., Куличенко А.Н., 20262026Ковалев Д.А., Писаренко С.В., Шапаков Н.А., Кузнецова И.В., Жиров А.М., Пономаренко Д.Г., Куличенко А.Н.Kovalev D.A., Pisarenko S.V., Shapakov N.A., Kuznetsova I.V., Zhirov A.M., Ponomarenko D.G., Kulichenko A.N.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/2289

Цель работы – филогеографический и эволюционный анализ штаммов Brucella melitensis генетической линии II, выделенных на территории Российской Федерации, в контексте изучения глобальной популяции вида.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследовании использовали 282 штамма B. melitensis из коллекции патогенных микроорганизмов ФКУЗ Ставропольский противочумный институт Роспотребнадзора. Полногеномное секвенирование осуществляли с помощью секвенатора DNBSEQ G50RS (MGI, Китай) с использованием набора реагентов MGIEasy FAST FS DNA Library Prep Set V2.1 (MGI, Китай) по стандартному протоколу. Эволюционный и филогеографический анализ проводили на базе программного пакета BEAST v2.7.5.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Установлено, что штаммы B. melitensis в Российской Федерации принадлежат к четырем субгенотипам генетической линии II, дивергировавшей предположительно в XVI в.: IIb, IIg, IIh и IIi. Единичные случаи выявления в России изолятов субгенотипов IIb и IIg указывают на завоз инфекции из стран Ближнего Востока. Субгенотип IIh распространен в Сибири, Монголии, Китае и Казахстане. Варианты наиболее представительного и генетически гетерогенного субгенотипа IIi циркулируют на обширной территории от Северного Кавказа до Северного Китая и, как правило, выделяются в ходе эпидемиологических расследований вспышек бруцеллеза в европейской части страны. Полученные результаты указывают на перспективу использования полногеномного SNP-анализа как эффективного инструмента для своевременного выявления неэндемичных или атипичных вариантов возбудителя бруцеллеза в ходе геномного профилирования отдельных регионов.

The aim of the work was to conduct phylogeographic and evolutionary analysis of Brucella melitensis strains of genetic lineage II, isolated in the territory of the Russian Federation in the context of studying the global population of the species.

Materials and methods

Materials and methods. The study used 282 strains of B. melitensis from the collection of pathogenic microorganisms at the Stavropol Anti-Plague Institute of the Rospotrebnadzor. Whole-genome sequencing was performed using the DNBSEQ G50RS sequencer (MGI, China) and the MGIEasy FAST FS DNA Library Prep Set V2.1 kit (MGI, China) according to the standard protocol. Evolutionary and phylogeographic analysis was carried out applying the BEAST v2.7.5 software package.

Results and discussion

Results and discussion. It has been established that the B. melitensis strains in the Russian Federation belong to four sub-genotypes of the genetic line II, which presumably diverged in the 16th century: IIb, IIg, IIh, and IIi. The singular cases of sub-genotypes IIb and IIg detection in Russia indicate the importation of infection from the Middle East. Sub-genotype IIh is prevalent in Siberia, Mongolia, China, and Kazakhstan. Variants of the most representative and genetically heterogeneous sub-genotype IIi circulate in a vast area from the North Caucasus to Northern China and are usually identified during epidemiological investigations of brucellosis outbreaks in the European part of the country. The results indicate the prospect of using genome-wide SNP analysis as an effective tool for timely detection of non-endemic or atypical variants of the causative agent of brucellosis during genomic profiling of individual regions.

Brucella melitensisполногеномное секвенированиебайесовский анализфилогенияэволюцияBrucella melitensisgenome-wide sequencingBayesian analysisphylogenyevolutionАвторы заявляют об отсутствии дополнительного финансирования при проведении данного исследования. Референс-центр по мониторингу за возбудителем бруцеллеза ФКУЗ Ставропольский противочумный институт Роспотребнадзора выражает глубокую признательность руководителям и сотрудникам управлений Роспотребнадзора, ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии» в субъектах Российской Федерации, а также противочумных учреждений Роспотребнадзора за предоставление информационных и аналитических материалов для проведения настоящего исследованияThe authors declare no additional financial support for this study. The Reference Center for Monitoring Brucellosis Agent, the Stavropol Anti-Plague Institute of the Rospotrebnadzor, expresses its deep gratitude to the heads and staff of the Rospotrebnadzor Administrations, the Centers of Hygiene and Epidemiology in the constituent entities of the Russian Federation, as well as plague control institutions of the Rospotrebnadzor for providing information and analytical materials for this studyReferencesLaine C.G., Johnson V.E., Scott H.M., Arenas-Gamboa A.M. Global estimate of human brucellosis incidence. Emerg. Infect. Dis. 2023; 29(9):1789–97. DOI: 10.3201/eid2909.230052.Laine C.G., Johnson V.E., Scott H.M., Arenas-Gamboa A.M. Global estimate of human brucellosis incidence. Emerg. Infect. Dis. 2023; 29(9):1789–97. DOI: 10.3201/eid2909.230052.Genus Brucella. [Электронный ресурс]. URL: https://lpsn.dsmz.de/genus/brucella (дата обращения: 07.07.2025).Genus Brucella. (Cited 07 July 2025). [Internet]. Available from: https://lpsn.dsmz.de/genus/brucella.Moreno E., Middlebrook E.A., Altamirano-Silva P., Al Dahouk S., Araj G.F., Arce-Gorvel V., Arenas-Gamboa Á., Ariza J., Barquero-Calvo E., Battelli G., Bertu W.J., Blasco J.M., Bosilkovski M., Cadmus S., Caswell C.C., Celli J., Chacón-Díaz C., Chaves-Olarte E., Comerci D.J., Conde-Álvarez R., Cook E., Cravero S., Dadar M., De Boelle X., De Massis F., Díaz R., Escobar G.I., Fernández-Lago L., Ficht T.A., Foster J.T., Garin-Bastuji B., Godfroid J., Gorvel J.P., Güler L., Erdenliğ-Gürbilek S., Gusi A.M., Guzmán-Verri C., Hai J., Hernández-Mora G., Iriarte M., Jacob N.R., Keriel A., Khames M., Köhler S., Letesson J.J., Loperena-Barber M., López-Goñi I., McGiven J., Melzer F., Mora-Cartin R., Moran-Gilad J., Muñoz P.M., Neubauer H., O’Callaghan D., Ocholi R., Oñate Á., Pandey P., Pappas G., Pembroke J.T., Roop M., Ruiz-Villalonos N., Ryan M.P., Salcedo S.P., Salvador-Bescós M., Sangari F.J., de Lima Santos R., Seimenis A., Splitter G., Suárez-Esquivel M., Tabbaa D., Trangoni M.D., Tsolis R.M., Vizcaíno N., Wareth G., Welburn S.C., Whatmore A., Zúñiga-Ripa A., Moriyón I. If you’re not confused, you’re not paying attention: Ochrobactrum is not Brucella. J. Clin. Microbiol. 2023; 61(8):e0043823. DOI: 10.1128/jcm.00438-23.Moreno E., Middlebrook E.A., Altamirano-Silva P., Al Dahouk S., Araj G.F., Arce-Gorvel V., Arenas-Gamboa Á., Ariza J., Barquero-Calvo E., Battelli G., Bertu W.J., Blasco J.M., Bosilkovski M., Cadmus S., Caswell C.C., Celli J., Chacón-Díaz C., Chaves-Olarte E., Comerci D.J., Conde-Álvarez R., Cook E., Cravero S., Dadar M., De Boelle X., De Massis F., Díaz R., Escobar G.I., Fernández-Lago L., Ficht T.A., Foster J.T., Garin-Bastuji B., Godfroid J., Gorvel J.P., Güler L., Erdenliğ-Gürbilek S., Gusi A.M., Guzmán-Verri C., Hai J., Hernández-Mora G., Iriarte M., Jacob N.R., Keriel A., Khames M., Köhler S., Letesson J.J., Loperena-Barber M., López-Goñi I., McGiven J., Melzer F., Mora-Cartin R., Moran-Gilad J., Muñoz P.M., Neubauer H., O’Callaghan D., Ocholi R., Oñate Á., Pandey P., Pappas G., Pembroke J.T., Roop M., Ruiz-Villalonos N., Ryan M.P., Salcedo S.P., Salvador-Bescós M., Sangari F.J., de Lima Santos R., Seimenis A., Splitter G., Suárez-Esquivel M., Tabbaa D., Trangoni M.D., Tsolis R.M., Vizcaíno N., Wareth G., Welburn S.C., Whatmore A., Zúñiga-Ripa A., Moriyón I. If you’re not confused, you’re not paying attention: Ochrobactrum is not Brucella. J. Clin. Microbiol. 2023; 61(8):e0043823. DOI: 10.1128/jcm.00438-23.Ющук Н.Д., Венгеров Ю.Я., редакторы. Инфекционные болезни: национальное руководство. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2021. 1104 с. ISBN 978-5-9704-6122-8.Yushchuk N.D., Vengerov Yu.Ya., editors. [Infectious Diseases: National Guidelines]. 3rd ed., revised and updated. Moscow: “GEOTAR-Media”; 2021. ISBN 978-5-9704-6122-8.Kolo F.B., Adesiyun A.A., Fasina F.O., Katsande C.T., Dogonyaro B.B., Potts A., Matle I., Gelaw A.K., van Heerden H. Seroprevalence and characterization of Brucella species in cattle slaughtered at Gauteng abattoirs, South Africa. Vet. Med. Sci. 2019; 5(4):545–55. DOI: 10.1002/vms3.190.Kolo F.B., Adesiyun A.A., Fasina F.O., Katsande C.T., Dogonyaro B.B., Potts A., Matle I., Gelaw A.K., van Heerden H. Seroprevalence and characterization of Brucella species in cattle slaughtered at Gauteng abattoirs, South Africa. Vet. Med. Sci. 2019; 5(4):545–55. DOI: 10.1002/vms3.190.Al Dahouk S., Flèche P.L., Nöckler K., Jacques I., Grayon M., Scholz H.C., Tomaso H., Vergnaud G., Neubauer H. Evaluation of Brucella MLVA typing for human brucellosis. J. Microbiol. Methods. 2007; 69(1):137–45. DOI: 10.1016/j.mimet.2006.12.015.Al Dahouk S., Flèche P.L., Nöckler K., Jacques I., Grayon M., Scholz H.C., Tomaso H., Vergnaud G., Neubauer H. Evaluation of Brucella MLVA typing for human brucellosis. J. Microbiol. Methods. 2007; 69(1):137–45. DOI: 10.1016/j.mimet.2006.12.015.Whatmore A.M., Perrett L.L., MacMillan A.P. Characterisation of the genetic diversity of Brucella by multilocus sequencing. BMC Microbiol. 2007; 7:34. DOI: 10.1186/1471-2180-7-34.Whatmore A.M., Perrett L.L., MacMillan A.P. Characterisation of the genetic diversity of Brucella by multilocus sequencing. BMC Microbiol. 2007; 7:34. DOI: 10.1186/1471-2180-7-34.Zhu L., Zhang C., Liang C., Peng L., Yan H., Liang X., Xu Y. Molecular epidemiological characteristics of osteoarthritis-associated Brucella melitensis in China: evidence from whole-genome sequencing-based analysis. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2024; 23(1):18. DOI: 10.1186/s12941-024-00671-w.Zhu L., Zhang C., Liang C., Peng L., Yan H., Liang X., Xu Y. Molecular epidemiological characteristics of osteoarthritis-associated Brucella melitensis in China: evidence from whole-genome sequencing-based analysis. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2024; 23(1):18. DOI: 10.1186/s12941-024-00671-w.Li Y., Yu Y., Zhao J., Ding S., Zhang G., Yu X., Kou Z. Molecular epidemiological study of a human brucellosis outbreak – Weihai City, Shandong Province, China, 2022. China CDC Wkly. 2024; 6(12):230–4. DOI: 10.46234/ccdcw2024.046.Li Y., Yu Y., Zhao J., Ding S., Zhang G., Yu X., Kou Z. Molecular epidemiological study of a human brucellosis outbreak – Weihai City, Shandong Province, China, 2022. China CDC Wkly. 2024; 6(12):230–4. DOI: 10.46234/ccdcw2024.046.Whatmore A.M., Koylass M.S., Muchowski J., Edwards-Smallbone J., Gopaul K.K., Perrett L.L. Extended multilocus sequence analysis to describe the global population structure of the genus Brucella: phylogeography and relationship to biovars. Front. Microbiol. 2016; 7:2049. DOI: 10.3389/fmicb.2016.02049.Whatmore A.M., Koylass M.S., Muchowski J., EdwardsSmallbone J., Gopaul K.K., Perrett L.L. Extended multilocus sequence analysis to describe the global population structure of the genus Brucella: phylogeography and relationship to biovars. Front. Microbiol. 2016; 7:2049. DOI: 10.3389/fmicb.2016.02049.Mazwi K.D., Lekota K.E., Glover B.A., Kolo F.B., Hassim A., Rossouw J., Jonker A., Wojno J.M., Profiti G., Martelli P.L., Casadio R., Zilli K., Janowicz A., Marotta F., Garofolo G., van Heerden H. Whole genome sequence analysis of Brucella spp. from human, livestock, and wildlife in South Africa. J. Microbiol. 2024; 62(9):759–73. DOI: 10.1007/s12275-024-00155-8.Mazwi K.D., Lekota K.E., Glover B.A., Kolo F.B., Hassim A., Rossouw J., Jonker A., Wojno J.M., Profiti G., Martelli P.L., Casadio R., Zilli K., Janowicz A., Marotta F., Garofolo G., van Heerden H. Whole genome sequence analysis of Brucella spp. from human, livestock, and wildlife in South Africa. J. Microbiol. 2024; 62(9):759–73. DOI: 10.1007/s12275-024-00155-8.Tan K.K., Tan Y.C., Chang L.Y., Lee K.W., Nore S.S., Yee W.Y., Mat Isa M.N., Jafar F.L., Hoh C.C., AbuBakar S. Full genome SNP-based phylogenetic analysis reveals the origin and global spread of Brucella melitensis. BMC Genomics. 2015; 16(1):93. DOI: 10.1186/s12864-015-1294-x.Tan K.K., Tan Y.C., Chang L.Y., Lee K.W., Nore S.S., Yee W.Y., Mat Isa M.N., Jafar F.L., Hoh C.C., AbuBakar S. Full genome SNP-based phylogenetic analysis reveals the origin and global spread of Brucella melitensis. BMC Genomics. 2015; 16(1):93. DOI: 10.1186/s12864-015-1294-x.Pisarenko S.V., Kovalev D.A., Volynkina A.S., Ponomarenko D.G., Rusanova D.V., Zharinova N.V., Khachaturova A.A., Tokareva L.E., Khvoynova I.G., Kulichenko A.N. Global evolution and phylogeography of Brucella melitensis strains. BMC Genomics. 2018; 19(1):353. DOI: 10.1186/s12864-018-4762-2.Pisarenko S.V., Kovalev D.A., VolynkinaA.S., Ponomarenko D.G., Rusanova D.V., Zharinova N.V., Khachaturova A.A., Tokareva L.E., Khvoynova I.G., Kulichenko A.N. Global evolution and phylogeography of Brucella melitensis strains. BMC Genomics. 2018; 19(1):353. DOI: 10.1186/s12864-018-4762-2.Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., Korobeynikov A. Using SPAdes de novo assembler. Curr. Protoc. Bioinformatics. 2020; 70(1):e102. DOI: 10.1002/cpbi.102.Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., Korobeynikov A. Using SPAdes de novo assembler. Curr. Protoc. Bioinformatics. 2020; 70(1):e102. DOI: 10.1002/cpbi.102.Mikheenko A., Prjibelski A., Saveliev V., Antipov D., Gurevich A. Versatile genome assembly evaluation with QUASTLG. Bioinformatics. 2018; 34(13):i142-i150. DOI: 10.1093/bioinformatics/bty266.Mikheenko A., Prjibelski A., Saveliev V., Antipov D., Gurevich A. Versatile genome assembly evaluation with QUASTLG. Bioinformatics. 2018; 34(13):i142-i150. DOI: 10.1093/bioinformatics/bty266.Tanizawa Y., Fujisawa T., Nakamura Y. DFAST: a flexible prokaryotic genome annotation pipeline for faster genome publication. Bioinformatics. 2018; 34(6):1037–9. DOI: 10.1093/ bioinformatics/btx713.Tanizawa Y., Fujisawa T., Nakamura Y. DFAST: a flexible prokaryotic genome annotation pipeline for faster genome publication. Bioinformatics. 2018; 34(6):1037–9. DOI: 10.1093/bioinformatics/btx713.Bouckaert R., Vaughan T.G., Barido-Sottani J., Duchêne S., Fourment M., Gavryushkina A., Heled J., Jones G., Kühnert D., De Maio N., Matschiner M., Mendes F.K., Müller N.F., Ogilvie H.A., du Plessis L., Popinga A., Rambaut A., Rasmussen D., Siveroni I., Suchard M.A., Wu C.H., Xie D., Zhang C., Stadler T., Drummond A.J. BEAST 2.5: An advanced software platform for Bayesian evolutionary analysis. PLoS Comput. Biol. 2019; 15(4):e1006650. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006650.Bouckaert R., Vaughan T.G., Barido-Sottani J., Duchêne S., Fourment M., Gavryushkina A., Heled J., Jones G., Kühnert D., De Maio N., Matschiner M., Mendes F.K., Müller N.F., Ogilvie H.A., du Plessis L., Popinga A., Rambaut A., Rasmussen D., Siveroni I., Suchard M.A., Wu C.H., Xie D., Zhang C., Stadler T., Drummond A.J. BEAST 2.5: An advanced software platform for Bayesian evolutionary analysis. PLoS Comput. Biol. 2019; 15(4):e1006650. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006650.Bertels F., Silander O.K., Pachkov M., Rainey P.B., van Nimwegen E. Automated reconstruction of whole-genome phylogenies from short-sequence reads. Mol. Boil. Evol. 2014; 31(5):1077–88. DOI: 10.1093/molbev/msu088.Bertels F., Silander O.K., Pachkov M., Rainey P.B., van Nimwegen E. Automated reconstruction of whole-genome phylogenies from short-sequence reads. Mol. Boil. Evol. 2014; 31(5):1077–88. DOI: 10.1093/molbev/msu088.Darriba D., Posada D., Kozlov A.M., Stamatakis A., Morel B., Flouri T. ModelTest-NG: a new and scalable tool for the selection of DNA and protein evolutionary models. Mol. Biol. Evol. 2020; 37(1):291–4. DOI: 10.1093/molbev/msz189.Darriba D., Posada D., Kozlov A.M., Stamatakis A., Morel B., Flouri T. ModelTest-NG: a new and scalable tool for the selection of DNA and protein evolutionary models. Mol. Biol. Evol. 2020; 37(1):291–4. DOI: 10.1093/molbev/msz189.Luo A., Qiao H., Zhang Y., Shi W., Ho S.Y., Xu W., Zhang A., Zhu C. Performance of criteria for selecting evolutionary models in phylogenetics: a comprehensive study based on simulated datasets. BMC Evol. Biol. 2010; 10:242. DOI: 10.1186/1471-2148-10-242.Luo A., Qiao H., Zhang Y., Shi W., Ho S.Y., Xu W., Zhang A., Zhu C. Performance of criteria for selecting evolutionary models in phylogenetics: a comprehensive study based on simulated datasets. BMC Evol. Biol. 2010; 10:242. DOI: 10.1186/1471-2148-10-242.Molecular evolution, phylogenetics and epidemiology. [Электронный ресурс]. URL: http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree (дата обращения: 07.07.2025).Molecular evolution, phylogenetics and epidemiology. (Cited 07 July 2025). [Internet]. Available from: http://tree.bio.ed.ac. uk/software/figtree.Johansen T.B., Scheffer L., Jensen V.K., Bohlin J., Feruglio S.L. Whole-genome sequencing and antimicrobial resistance in Brucella melitensis from a Norwegian perspective. Sci. Rep. 2018; 8(1):8538. DOI: 10.1038/s41598-018-26906-3.Johansen T.B., Scheffer L., Jensen V.K., Bohlin J., Feruglio S.L. Whole-genome sequencing and antimicrobial resistance in Brucella melitensis from a Norwegian perspective. Sci. Rep. 2018; 8(1):8538. DOI: 10.1038/s41598-018-26906-3.Gao S., Peng R., Zeng Z., Zhai J., Yang M., Liu X., Sharav T., Chen Z. Risk transboundary transmission areas and driving factors of brucellosis along the borders between China and Mongolia. Travel Med. Infect. Dis. 2023; 56:102648. DOI: 10.1016/j.tmaid.2023.102648.Gao S., Peng R., Zeng Z., Zhai J., Yang M., Liu X., Sharav T., Chen Z. Risk transboundary transmission areas and driving factors of brucellosis along the borders between China and Mongolia. Travel Med. Infect. Dis. 2023; 56:102648. DOI: 10.1016/j.tmaid.2023.102648.

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