microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2026-2-94-100microbe-2349Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESГеномная характеристика и филогения штамма Burkholderia pseudomallei И-16, возбудителя первого диагностированного заносного случая мелиоидоза в РоссииGenomic Characteristics and Phylogeny of the Burkholderia pseudomallei I-16 Strain, the Causative Agent of the First Imported Case of Melioidosis in Russiahttps://orcid.org/0000-0002-7808-7658ЗахароваИ. Б.ZakharovaI. B.

400066, Волгоград, ул. Голубинская, 7

7, Golubinskaya St., Volgograd, 400066

zib279@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2847-5177ЧирсковП. Р.ChirskovP. R.

400066, Волгоград, ул. Голубинская, 7

7, Golubinskaya St., Volgograd, 400066

БартеневаМ. В.BartenevaM. V.

400066, Волгоград, ул. Голубинская, 7

7, Golubinskaya St., Volgograd, 400066

https://orcid.org/0000-0002-3449-4657ТопорковА. В.ToporkovA. V.

400066, Волгоград, ул. Голубинская, 7

7, Golubinskaya St., Volgograd, 400066

Волгоградский научно-исследовательский противочумный институтРоссияVolgograd Plague Control Research InstituteRussian Federation2026220720260294100Copyright © Захарова И.Б., Чирсков П.Р., Бартенева М.В., Топорков А.В., 20262026Захарова И.Б., Чирсков П.Р., Бартенева М.В., Топорков А.В.Zakharova I.B., Chirskov P.R., Barteneva M.V., Toporkov A.V.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/2349

Цель работы – выявление генетических особенностей и определение филогенетических связей штамма Burkholderia pseudomallei И-16, выделенного из секционного образца в Иркутской области в 2024 г. при случае летального молниеносного мелиоидоза, завезенного из Таиланда. Материалы и методы. Молекулярногенетический анализ генома B. pseudomallei И-16 в сравнении с 34 геномами из публичных баз данных проводили с использованием ресурсов PubMLST, IslandViewer 4, NGphylogeny и iTOL v6. Результаты и обсуждение. Показано, что B. pseudomallei И-16 относится к достаточно редкому и ограниченно распространенному сиквенстипу ST23. Филогенетический анализ на основании анализа конкатенированных последовательностей схемы cgMLST показал кластеризацию B. pseudomallei И-16 в одну кладу со штаммами из Таиланда, Лаоса и Камбоджи; ближайшие штаммы DR10212A и 708а таиландского происхождения отличались от И-16 соответственно на 820 и 958 локусов основного генома. В составе генома B. pseudomallei И-16 обнаружены одна вероятная интегрированная плазмида и три профага. Проведенный анализ наличия вариабельно присутствующих у возбудителя мелиоидоза факторов вирулентности на предсказанных у B. pseudomallei И-16 MGEs показал наличие пар «эффектор – иммунитет» – T6SS-связанного эффектора TOX-REase-5 и нейтрализующего его белка, ДНК-дезаминазного токсина DddA и нейтрализующего белка CdiI. Кроме того, обнаружены кластеры генов T6SS и T4SS, эффекторы T3SS HrpK и ChbP, гены фактора вирулентности TspB и токсина Zot, адгезинов семейства YadA – BoaA и BpaС, дельта-токсина семейства Cry8Ea1 и его секреторного белка VirK, гены белка секреции/активации гемолизина семейства ShlB/FhaC/HecB и нитевидного гемагглютинина fhaB3. Таким образом, у исследованного штамма B. pseudomallei И-16 в геноме имеется достаточно представительный дополнительный набор генов факторов вирулентности, приобретенных путем горизонтального переноса, что является наиболее вероятной причиной его высокой вирулентности.

The aim of this study was to identify genetic features and determine the phylogenetic relationships of Burkholderia pseudomallei I-16 strain, isolated from post-mortem sample in Irkutsk Region in 2024 from a case of flash lethal melioidosis imported from Thailand. Materials and methods. Molecular-genetic analysis of the B. pseudomallei I-16 genome was performed in comparison with 34 genomes from public databases using PubMLST, IslandViewer 4, NGphylogeny, and iTOL v6. Results and discussion. B. pseudomallei I-16 was assigned to the rather rare and geographically restricted sequence type ST23. Phylogenetic analysis based on the core genome concatenated sequences showed clustering of B. pseudomallei I-16 in a single clade with strains from Thailand, Laos, and Cambodia; the closest strains, DR10212A and 708a of Thailand origin, differed from I-16 by 820 and 958 core genome loci, respectively. One probable integrated plasmid and three prophages were detected in the B. pseudomallei I-16 genome. Analysis of variably present B. pseudomallei virulence factors on the predicted MGEs of B. pseudomallei I-16 revealed the effector-immunity pairs: the T6SS-linked effector TOX-REase-5 and its neutralizing protein, the DNA deaminase toxin DddA and the neutralizing protein CdiI. In addition, clusters of the T6SS and T4SS genes, the T3SS effectors HrpK and ChbP, the genes encoding the virulence factor TspB and the Zot toxin, the YadA family adhesins BoaA and BpaC, the delta-toxin of the Cry8Ea1 family and its secretory protein VirK, the genes encoding the hemolysin secretion/activation protein ShlB/FhaC/HecB, and the filamentous hemagglutinin fhaB3 were detected. This indicates that the I-16 strain possesses a sufficiently representative additional set of virulence factor genes acquired through horizontal transfer, which is the most likely cause of the high virulence of the B. pseudomallei I-16 strain.

B. pseudomalleiмелиоидозгоризонтальный перенос геновcgMLSTфилогенияB. pseudomalleimelioidosishorizontal gene transfercgMLSTphylogenyReferencesMeumann E.M., Limmathurotsakul D., Dunachie S.J., Wiersinga W.J., Currie B.J. Burkholderia pseudomallei and melioidosis. Nat. Rev. Microbiol. 2024; 22(3):155–69. DOI: 10.1038/s41579-023-00972-5.Meumann E.M., Limmathurotsakul D., Dunachie S.J., Wiersinga W.J., Currie B.J. Burkholderia pseudomallei and melioidosis. Nat. Rev. Microbiol. 2024; 22(3):155–69. DOI: 10.1038/s41579-023-00972-5.Захарова И.Б., Топорков А.В., Викторов Д.В. Мелиоидоз и сап: современное состояние проблемы и актуальные вопросы эпидемиологического надзора. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018; 96(6):103–9. DOI: 10.36233/0372-9311-2018-6-103-109.Zakharova I.B., Toporkov A.V., Viktorov D.V. [Melioidosis and glanders: current state and topical issues of epidemiological surveillance]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2018; 95(6):103–9. DOI: 10.36233/0372-9311-2018-6-103-109.Захарова И.Б., Топорков А.В., Викторов Д.В. Мелиоидоз в аспектах эпидемиологии, клиники и лабораторной диагностики. Инфекция и иммунитет. 2021; 11(3):409–22. DOI: 10.15789/2220-7619-MIA-1584.Zakharova I.B., Toporkov A.V., Viktorov D.V. [Melioidosis in terms of epidemiology, clinical presentation, and laboratory diagnostics]. Infektsiya i Immunitet [Russian Journal of Infection and Immunity]. 2021; 11(3):409–22. DOI: 10.15789/2220-7619-MIA1584.Chodimella U., Hoppes W.L., Whalen S., Ognibene A.J., Rutecki G.W. Septicemia and suppuration in a Vietnam veteran. Hosp. Pract. (1995). 1997; 32(5):219–21. DOI: 10.1080/21548331.1997.11443493.Chodimella U., Hoppes W.L., Whalen S., Ognibene A.J., Rutecki G.W. Septicemia and suppuration in a Vietnam veteran. Hosp. Pract. (1995). 1997; 32(5):219–21. DOI: 10.1080/21548331.1997.11443493.Seng R., Chomkatekaew C., Tandhavanant S., Saiprom N., Phunpang R., Thaipadungpanit J., Batty E.M., Day N.P., Chantratita W., West T.E., Thomson N.R., Parkhill J., Chewapreecha C., Chantratita N. Genetic diversity, determinants, and dissemination of Burkholderia pseudomallei lineages implicated in melioidosis in Northeast Thailand. Nat. Commun. 2024; 15(1):5699. DOI: 10.1038/s41467-024-50067-9.Seng R., Chomkatekaew C., Tandhavanant S., Saiprom N., Phunpang R., Thaipadungpanit J., Batty E.M., Day N.P., Chantratita W., West T.E., Thomson N.R., Parkhill J., Chewapreecha C., Chantratita N. Genetic diversity, determinants, and dissemination of Burkholderia pseudomallei lineages implicated in melioidosis in Northeast Thailand. Nat. Commun. 2024; 15(1):5699. DOI: 10.1038/s41467-024-50067-9.Godoy D., Randle G., Simpson A.J., Aanensen D.M., Pitt T.L., Kinoshita R., Spratt B.G. Multilocus sequence typing and evolutionary relationships among the causative agents of melioidosis and glanders, Burkholderia pseudomallei and Burkholderia mallei. J. Clin. Microbiol. 2003; 1(5):2068–79. DOI: 10.1128/JCM.41.5.2068-2079.2003.Godoy D., Randle G., Simpson A.J., Aanensen D.M., Pitt T.L., Kinoshita R., Spratt B.G. Multilocus sequence typing and evolutionary relationships among the causative agents of melioidosis and glanders, Burkholderia pseudomallei and Burkholderia mallei. J. Clin. Microbiol. 2003; 1(5):2068–79. DOI: 10.1128/JCM.41.5.2068-2079.2003.Lichtenegger S., Trinh T.T., Assig K., Prior K., Harmsen D., Pesl J., Zauner A., Lipp M., Que T.A., Mutsam B., Kleinhappl B., Steinmetz I., Wagner G.E. Development and validation of a Burkholderia pseudomallei core genome multilocus sequence typing scheme to facilitate molecular surveillance. J. Clin. Microbiol. 2021; 59(8):e0009321. DOI: 10.1128/JCM.00093-21.Lichtenegger S., Trinh T.T., Assig K., Prior K., Harmsen D., Pesl J., Zauner A., Lipp M., Que T.A., Mutsam B., Kleinhappl B., Steinmetz I., Wagner G.E. Development and validation of a Burkholderia pseudomallei core genome multilocus sequence typing scheme to facilitate molecular surveillance. J. Clin. Microbiol. 2021; 59(8):e0009321. DOI: 10.1128/JCM.00093-21.Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018; 3:124. DOI: 10.12688/wellcomeopenres.14826.1.Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018; 3:124. DOI: 10.12688/wellcomeopenres.14826.1.Bertelli C., Gray K.L., Woods N., Lim A.C., Tilley K.E., Winsor G.L., Hoad G.R., Roudgar A., Spencer A., Peltier .J, Warren D., Raphenya A.R., McArthur A.G., Brinkman F.S.L. Enabling genomic island prediction and comparison in multiple genomes to investigate bacterial evolution and outbreaks. Microb. Genom. 2022; 8(5):mgen000818. DOI: 10.1099/mgen.0.000818.Bertelli C., Gray K.L., Woods N., Lim A.C., Tilley K.E., Winsor G.L., Hoad G.R., Roudgar A., Spencer A., Peltier .J, Warren D., Raphenya A.R., McArthur A.G., Brinkman F.S.L. Enabling genomic island prediction and comparison in multiple genomes to investigate bacterial evolution and outbreaks. Microb. Genom. 2022; 8(5):mgen000818. DOI: 10.1099/mgen.0.000818.Tuanyok A., Leadem B.R., Auerbach R.K., Beckstrom- Sternberg S.M., Beckstrom-Sternberg J.S., Mayo M., Wuthiekanun V., Brettin T.S., Nierman W.C., Peacock S.J., Currie B.J., Wagner D.M., Keim P. Genomic islands from five strains of Burkholderia pseudomallei. BMC Genomics. 2008; 9:566. DOI: 10.1186/1471-2164-9-566.Tuanyok A., Leadem B.R., Auerbach R.K., BeckstromSternberg S.M., Beckstrom-Sternberg J.S., Mayo M., Wuthiekanun V., Brettin T.S., Nierman W.C., Peacock S.J., Currie B.J., Wagner D.M., Keim P. Genomic islands from five strains of Burkholderia pseudomallei. BMC Genomics. 2008; 9:566. DOI: 10.1186/1471-2164-9-566.Ghazali A.K., Eng S.A., Khoo J.S., Teoh S., Hoh C.C., Nathan S. Whole-genome comparative analysis of Malaysian Burkholderia pseudomallei clinical isolates. Microb. Genom. 2021; 7(2):000527. DOI: 10.1099/mgen.0.000527.Ghazali A.K., Eng S.A., Khoo J.S., Teoh S., Hoh C.C., Nathan S. Whole-genome comparative analysis of Malaysian Burkholderia pseudomallei clinical isolates. Microb. Genom. 2021; 7(2):000527. DOI: 10.1099/mgen.0.000527.Doron S., Melamed S., Ofir G., Leavitt A., Lopatina A., Keren M., Amitai G., Sorek R. Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome. Science. 2018; 359(6379):eaar4120. DOI: 10.1126/science.aar4120.Doron S., Melamed S., Ofir G., Leavitt A., Lopatina A., Keren M., Amitai G., Sorek R. Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome. Science. 2018; 359(6379):eaar4120. DOI: 10.1126/science.aar4120.Burkinshaw B.J., Liang X., Wong M., Le A.N.H., Lam L., Dong T.G. A type VI secretion system effector delivery mechanism dependent on PAAR and a chaperone-co-chaperone complex. Nat. Microbiol. 2018; 3(5):632–40. DOI: 10.1038/s41564-018-0144-4.Burkinshaw B.J., Liang X., Wong M., Le A.N.H., Lam L., Dong T.G. A type VI secretion system effector delivery mechanism dependent on PAAR and a chaperone-co-chaperone complex. Nat. Microbiol. 2018; 3(5):632–40. DOI: 10.1038/s41564-018-0144-4.Secor P.R., Burgener E.B., Kinnersley M., Jennings L.K., Roman-Cruz V., Popescu M., Van Belleghem J.D., Haddock N., Copeland C., Michaels L.A., de Vries C.R., Chen Q., Pourtois J., Wheeler T.J., Milla C.E., Bollyky P.L. Pf bacteriophage and their impact on Pseudomonas virulence, mammalian immunity, and chronic infections. Front. Immunol. 2020; 11:244. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00244.Secor P.R., Burgener E.B., Kinnersley M., Jennings L.K., Roman-Cruz V., Popescu M., Van Belleghem J.D., Haddock N., Copeland C., Michaels L.A., de Vries C.R., Chen Q., Pourtois J., Wheeler T.J., Milla C.E., Bollyky P.L. Pf bacteriophage and their impact on Pseudomonas virulence, mammalian immunity, and chronic infections. Front. Immunol. 2020; 11:244. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00244.Benyamini P. Phylogenetic tracing of evolutionarily conserved Zonula occludens toxin reveals a “high value” vaccine candidate specific for treating multi-strain. Pseudomonas aeruginosa infections. Toxins (Basel). 2024; 16(6):271. DOI: 10.3390/ toxins16060271.Benyamini P. Phylogenetic tracing of evolutionarily conserved Zonula occludens toxin reveals a “high value” vaccine candidate specific for treating multi-strain. Pseudomonas aeruginosa infections. Toxins (Basel). 2024; 16(6):271. DOI: 10.3390/toxins16060271.de Moraes M.H., Hsu F., Huang D., Bosch D.E., Zeng J., Radey M.C., Simon N., Ledvina H.E., Frick J.P., Wiggins P.A., Peterson S.B., Mougous J.D. An interbacterial DNA deaminase toxin directly mutagenizes surviving target populations. Elife. 2021; 10:e62967. DOI: 10.7554/eLife.62967.de Moraes M.H., Hsu F., Huang D., Bosch D.E., Zeng J., Radey M.C., Simon N., Ledvina H.E., Frick J.P., Wiggins P.A., Peterson S.B., Mougous J.D. An interbacterial DNA deaminase toxin directly mutagenizes surviving target populations. Elife. 2021; 10:e62967. DOI: 10.7554/eLife.62967.Ghosh A., Baltekin Ö., Wäneskog M., Elkhalifa D., Hammarlöf D.L., Elf J., Koskiniemi S. Contact-dependent growth inhibition induces high levels of antibiotic-tolerant persister cells in clonal bacterial populations. EMBO J. 2018; 37(9):e98026. DOI: 10.15252/embj.201798026.Ghosh A., Baltekin Ö., Wäneskog M., Elkhalifa D., Hammarlöf D.L., Elf J., Koskiniemi S. Contact-dependent growth inhibition induces high levels of antibiotic-tolerant persister cells in clonal bacterial populations. EMBO J. 2018; 37(9):e98026. DOI: 10.15252/embj.201798026.Sarovich D.S., Price E.P., Webb J.R., Ward L.M., Voutsinos M.Y., Tuanyok A., Mayo M., Kaestli M., Currie B.J. Variable virulence factors in Burkholderia pseudomallei (melioidosis) associated with human disease. PLoS One. 2014; 9(3):e91682. DOI: 10.1371/ journal.pone.0091682.Sarovich D.S., Price E.P., Webb J.R., Ward L.M., Voutsinos M.Y., Tuanyok A., Mayo M., Kaestli M., Currie B.J. Variable virulence factors in Burkholderia pseudomallei (melioidosis) associated with human disease. PLoS One. 2014; 9(3):e91682. DOI: 10.1371/journal.pone.0091682.Khrongsee P., Irby I., Akaphan P., Alami-Rose M.A., Kaewrakmuk J., Tuanyok A. A comprehensive study of prophage islands in Burkholderia pseudomallei complex. Front. Bacteriol. 2024; 3:1339809. DOI: 10.3389/fbrio.2024.1339809.Khrongsee P., Irby I., Akaphan P., Alami-Rose M.A., Kaewrakmuk J., Tuanyok A. A comprehensive study of prophage islands in Burkholderia pseudomallei complex. Front. Bacteriol. 2024; 3:1339809. DOI: 10.3389/fbrio.2024.1339809.Wang Y., Li Y., Yu Z., Zhang W., Ren Z., Zhang H., Xiao L., Guo S., Zhou J., Zhu L., Li C., Xu L., Wang Y., Chen Y., Shen X., Yang Y. A trans-kingdom T6SS RNase effector targeting both prokaryotic and host cells for pathogenesis. Cell Rep. 2025; 44(8):116074. DOI: 10.1016/j.celrep.2025.116074.Wang Y., Li Y., Yu Z., Zhang W., Ren Z., Zhang H., Xiao L., Guo S., Zhou J., Zhu L., Li C., Xu L., Wang Y., Chen Y., Shen X., Yang Y. A trans-kingdom T6SS RNase effector targeting both prokaryotic and host cells for pathogenesis. Cell Rep. 2025; 44(8):116074. DOI: 10.1016/j.celrep.2025.116074.

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