microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2013-3-49-54microbe-60Research ArticleМИКРОБИОЛОГИЯMICROBIOLOGYАнализ полногеномной последовательности штаммов Yersinia pestis на основе ступенчатого 680-SNP алгоритмаAnalysis of the Genome Wide Sequence of Yersinia pestis strains Based on the Consecutive 680-SNP AlgorithmОдиноковГ. Н.OdinokovG. N.rusrapi@microbe.ruЕрошенкоГ. А.EroshenkoG. A.rusrapi@microbe.ruКрасновЯ. М.KrasnovYa. M.rusrapi@microbe.ruКуклеваЛ. М.KuklevaL. M.rusrapi@microbe.ruЧеркасовА. В.CherkasovA. V.rusrapi@microbe.ruШавинаН. Ю.ShavinaN. Yu.rusrapi@microbe.ruКутыревВ. В.KutyrevV. V.rusrapi@microbe.ruРоссийский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation201320092013034954Copyright © Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Краснов Я.М., Куклева Л.М., Черкасов А.В., Шавина Н.Ю., Кутырев В.В., 20132013Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Краснов Я.М., Куклева Л.М., Черкасов А.В., Шавина Н.Ю., Кутырев В.В.Odinokov G.N., Eroshenko G.A., Krasnov Y.M., Kukleva L.M., Cherkasov A.V., Shavina N.Y., Kutyrev V.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/60

Создана оптимизированная схема SNP анализа полногеномных последовательностей штаммов возбудителя чумы, основанная на ступенчатом алгоритме кластеризации отдельных внутривидовых групп Y. pestis. В схему включены 680 единичных полиморфных нуклеотидов (SNPs), использование которых позволяет не только кластеризовать близкородственные штаммы, но и отражать филогенетические связи между группами штаммов, а также определять порядок их дивергенции от общего ствола эволюции возбудителя чумы. На основе ступенчатого 680-SNP алгоритма проведен анализ полногеномных последовательностей штаммов Y. pestis C-627 из Центрально-Кавказского высокогорного очага (Россия), штамма 1454 из Алтайского горного очага (Россия), штамма 231 (708) из Аксайского высокогорного очага (Киргизия) и вакцинного штамма EV НИИЭГ, используемого для вакцинации людей от чумы в Российской Федерации и ряде других стран. Определены геномные варианты этих штаммов: 1.ORI3 (EV НИИЭГ), 2.MED0 (C-627), 0.ANT3 (231(708)), 0.ANT4 (1454) и их положение в схеме мирового разнообразия Y. pestis . Доказано отсутствие в полногеномной последовательности вакцинного штамма EV НИИЭГ хромосомной области пигментации, что подтверждает безопасность его использования для специфической профилактики чумы.

Designed is an optimized scheme for SNP analysis of the genome wide sequences of plague agent strains, based on the consecutive algorithm of clusterization of individual intraspesific Y. pestis groups. The scheme comprises 680 singular polymorphic nucleotides (SNPs), the usage of which provides not only for the clustering of closely related strains, but for the determination of phylogenetic bonds between groups of strains and order of their divergence from the common tree-trunk of the plague agent evolution. Based on the consecutive 680-SNP algorithm, carried out is the analysis of genome wide sequences of C-627 Y. pestis strain isolated in Central-Caucasian high-mountain focus (Russia), strain 1454 isolated in Altay mountain focus (Russia), strain 231 (708) – Aksay high mountain focus (Kirgizia), and vaccine EV NIIEG (Research Institute of Epidemiology and Hygiene) strain, applied for immunization in the Russian Federation and in a number of other countries. Identified are the genome variants of the strains: 1. ORI3 (EV NIIEG), 2. MED0 (C-627), 0.ANT3 (231(708)), 0.ANT4 (1454), and their place in the scheme of Y. pestis global variation. Evidenced is the absence of the chromosomal region responsible for pigmentation in the genome wide sequence of the vaccine strain EV NIIEG, which testifies to its safe use for specific plague prophylaxis.

возбудитель чумыполногеномное секвенированиеSNPочаги чумы России и сопредельных странplague agentgenome wide sequencingSNPplague foci in the territory of Russia and bordering countriesReferencesБалахонов С.В., Афанасьев М.В., Шестопалов М.Ю., Остяк А.С., Витязева С.А., Корзун В.М., Вержуцкий Д.Б., Михайлов Е.П., Мищенко А.И., Денисов А.В., Ивженко Н.И., Рождественский Е.Н., Висков Е.Н., Фомина Л.А. Первый случай выделения Yersinia pestis subsp. pestis в Алтайском горном природном очаге чумы. Сообщение I. Микробиологическая характеристика, молекулярно-генетическая и масс-спектрометрическая идентификация изолята. Пробл. особо опасных инф. 2013; 1:60–5.Balakhonov S.V., Afanas’ev M.V., Shestopalov M.Yu., Ostyak A.S., Vityazeva S.A., Korzun V.M., Verzhutsky D.B., Mikhailov E.P., Mishchenko A.I., Denisov A.V., Ivzhenko N.I., Rozhdestvensky E.N., Viskov E.N., Fomina L.A. [The first case of Yersinia pestis subsp. pestis isolation in the territory of Altai mountain natural plague focus. Communication 1. Microbiological characteristics, molecular-genetic and mass-spectrometric identification of the isolate]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2013; 1:60–5.Ерошенко Г.А., Одиноков Г.Н., Куклева Л.М., Кутырев В.В. Генетический анализ биохимических различий штаммов Yersinia pestis. Журн. микробиол. эпидемиол. и иммунобиол. 2012; 3:90–5.Eroshenko G.A., Odinokov G.N., Kukleva L.M., Kutyrev V.V. [Genetic analysis of biochemical differences between Yersinia pestis strains]. Zh. Mikrobiol. Epidemiol. Immunobiol. 2012; 3:90–5.Ерошенко Г.А., Одиноков Г.Н., Куклева Л.М., Шавина Н.Ю., Краснов Я.М., Гусева Н.П., Кутырев В.В. Вариабельные локусы генов napA, aspA, rhaS, zwf и tcaB как эффективные ДНК-мишени для генотипирования штаммов Yersinia pestis. Пробл. особо опасных инф. 2010; 2(104):57–9.Eroshenko G.A., Odinokov G.N., Koukleva L.M., Pavlova A.I., Shavina N.Yu., Krasnov Ya.M., Gouseva N.P., Kutyrev V.V. [Variable loci of the napA, rhaS, zwf and tcaB genes as effective DNA-targets for Yersinia pestis strains genotyping]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2010; (104):57–9.Куклева Л.М., Ерошенко Г.А., Куклев В.Е., Краснов Я.М., Гусева Н.П., Одиноков Г.Н., Кутырев В.В. Сравнение полной нуклеотидной последовательности гена rhaS у штаммов возбудителя чумы основного и неосновных подвидов. Пробл. особо опасных инф. 2008; 3(97):38–42.Koukleva L.M., Yeroshenko G.A., Kouklev V.E., Krasnov Ya.M., Guseva N.P., Odinokov G.N., Kutyrev V.V. [Comparison of complete nucleotide sequence of rhaS gene in the strains of plague etiological agent of main and minor subspecies]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2008; (97):38–42.Кутырев В.В., Проценко О.А. Классификация и молекулярно-генетические исследования Yersinia pestis. Пробл. особо опасных инф. 1998; (78):11–2.Kutyrev V.V., Protsenko O.A. [Classification and molecular-genetic studies of Yersinia pestis]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 1998; (78):11–2.Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Видяева Н.А., Краснов Я.М., Гусева Н.П., Кутырев В.В. Структурно-функциональный анализ генов nap оперона у Yersinia pestis разных подвидов. Пробл. особо опасных инф. 2008; 4(98):40–2.Odinokov G.N., Eroshenko G.A., Vidyaeva N.A., Krasnov Ya.M., Guseva N.P., Kutyrev V.V. [Structural and functional analysis of nap operon genes in Yersinia pestis strains of different subspecies]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2008; (98):40–2.Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Куклева Л.М., Шавина Н.Ю., Краснов Я.М., Кутырев В.В. Определение генетических основ ауксотрофности штаммов Yersinia pestis кавказского подвида. Генетика. 2012; 48(4):376–82.Odinokov G.N., Eroshenko G.A., Koukleva L.M., Shavina N.Yu., Krasnov Ya.M., Kutyrev V.V. [Determination of genetic bases of auxotrophy in Yersinia pestis spp. Caucasica strains]. Genetika. 2012; 48(4):376–382.Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Природные очаги чумы Кавказа, Прикаспия, Средней Азии и Сибири. М.: Медицина; 2004. 192 с.Onishchenko G.G., Kutyrev V.V., editors [Natural Plague Foci in the territory of Caucasus, Caspian Sea Region, Central Asia, and Siberia]. M.: Meditsina; 2004. 192 p.Eppinger M., Worsham P.L., Nikolich M.P., Riley D.R., Sebastian Y., Mou S., Achtman M., Lindler L.E., Ravel J. Genome sequence of the deep-rooted Yersinia pestis strain Angola reveals new insights into the evolution and pangenome of the plague bacterium. J. Bacteriol. 2010; 192(6):1685–99.Eppinger M., Worsham P.L., Nikolich M.P., Riley D.R., Sebastian Y., Mou S., Achtman M., Lindler L.E., Ravel J. Genome sequence of the deeprooted Yersinia pestis strain Angola reveals new insights into the evolution and pangenome of the plague bacterium. J. Bacteriol. 2010; 192(6):1685–99.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.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.Morelli G., Song Y., Mazzoni C.J., Eppinger M., Roumagnac P., Wagner D.M., Feldkamp M., Kusecek B., Vogler A.J., Li Y., Cui Y., Thomson N.R., Jombart T., Leblois R., Lichtner P., Rahalison L., Petersen J.M., Balloux F., Keim P., Wirth T., Ravel J., Yang R., Carniel E., Achtman M. Phylogenetic diversity and historical patterns of pandemic spread of Yersinia pestis. Nat Genet. 2010; 42(12):1140–3.Morelli G., Song Y., Mazzoni C.J., Eppinger M., Roumagnac P., Wagner D.M., Feldkamp M., Kusecek B., Vogler A.J., Li Y., Cui Y., Thomson N.R., Jombart T., Leblois R., Lichtner P., Rahalison L., Petersen J.M., Balloux F., Keim P., Wirth T., Ravel J., Yang R., Carniel E., Achtman M. Phylogenetic diversity and historical patterns of pandemic spread of Yersinia pestis. Nat Genet. 2010; 42(12):1140–3.Zhou D., Tong Z., Song Y., Han Y., Pei D., Pang X., Zhai J., Li M., Cui B., Qi Z., Jin L., Dai R., Du Z., Wang J., Guo Z., Wang J., Huang P., Yang R. Genetics of metabolic variations between Yersinia pestis biovars and proposal of a new biovar, microtus. J. Bacteriol. 2004; 186:5147–62.Zhou D., Tong Z., Song Y., Han Y., Pei D., Pang X., Zhai J., Li M., Cui B., Qi Z., Jin L., Dai R., Du Z., Wang J., Guo Z., Wang J., Huang P., Yang R. Genetics of metabolic variations between Yersinia pestis biovars and proposal of a new biovar, microtus. J. Bacteriol. 2004; 186:5147–62.

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