Филогеография штаммов Yersinia pestis ветви 0.ANT, выделенных в Тянь-Шане и Памиро-Алае в XX–XXI веках

Цель исследования – филогеографический анализ штаммов Yersinia pestis основного подвида античного биовара филогенетической ветви 0.ANT, выделенных в XX – начале XXI вв. в очагах Тянь-Шаня и Памиро-Алая, для выяснения закономерностей пространственно-временной циркуляции возбудителя чумы на территории этих очагов. Материалы и методы. Проведен полногеномный SNPs-анализ штаммов Y. pestis античного биовара, выделенных в природных очагах чумы Кыргызской Республики в 1928–2016 гг. Филогенетический анализ выполнен на основе 1646 выявленных коровых SNPs у 51 включенного в анализ штамма различных филогенетических линий. Построение филогенетического дерева проводили с использованием алгоритма Maximum Likelihood, программы PHYML, модели HKY85. Результаты и обсуждение. Все 29 исследованных штаммов Y. pestis, выделенных в 1928–2016 гг. в очагах Тянь-Шаня и Памиро-Алая, относились к филогенетическим ветвям 0.ANT3 и 0.ANT5 античного биовара основного подвида. Штаммы 0.ANT3 получены преимущественно в Аксайском и Алайском очагах, а штаммы 0.ANT5 – в Верхненарынском и Сарыджазском очагах Тянь-Шаня. Штаммов филогенетических ветвей 0.ANT1 и 0.ANT2 в очагах Кыргызской Республики не выявлено. По результатам полногеномного SNP-анализа штаммов Y. pestis, выделенных в XXI в., установлена их принадлежность к филогенетической ветви 0.ANT5. К этой же ветви относится штамм, полученный от человека (летальный случай) в Сарыджазском очаге чумы в 2013 г. Генетическая однородность современных штаммов ветви 0.ANT5 и их широкое распространение по территории Сарыджазского и Верхненарынского очагов свидетельствуют о расширении ареала этой популяции античного биовара и активизации очагов Тянь-Шаня, вызванных потеплением климата. Впервые секвенированы геномы штаммов Y. pestis ветви 0.ANT5, выделенных в XXI в., включая клинический штамм 2013 г. Получена полногеномная последовательность штамма Y. pestis ветви 0.ANT3, вызвавшего вспышку легочной чумы в Тянь-Шане в 1928 г.

1. Harbeck M., Seifert L., Hänsch S., Wagner D.M., Birdsell D., Parise K.L., Wiechmann I., Grupe G., Thomas A., Keim P., Zöller L., Bramanti B., Riehm J.M., Scholz H.C. Yersinia pestis DNA from skeletal remains from the 6(th) century AD reveals insights into Justinianic plague. PLoS Pathog. 2013; 9(5):e1003349. DOI: 10.1371/journal.ppat.1003349.

2. Wagner D.M., Klunk J., Harbeck M., Devault A., Waglechner N., Sahl J.W., Enk J., Birdsell D.N., Kuch M., Lumibao C., Poinar D., Pearson T., Fourment M., Golding B., Riehm J.M., Earn D.J.D., Dewitte S., Rouillard J.-M., Grupe G., Wiechmann I, Bliska J.B., Keim P.S., Scholz H.C., Holmes E.C., Poinar H. Yersinia pestis and the plague of Justinian 541–543 AD: a genomic analysis. Lancet Infect Dis. 2014; 14(4):319–26. DOI: 10.1016/S1473-3099(13)70323-2.

3. Feldman M., Harbeck M., Keller M., Spyrou M.A., Rott A., Trautmann B., Scholz H.C., Päffgen B., Peters J., McCormick M., Bos K., Herbig A., Krause J. A high-coverage Yersinia pestis genome from a sixth-century Justinianic Plague victim. Mol. Biol. Evol. 2016; 33:2911– 23. DOI: 10.1093/molbev/msw170.

4. Keller M., Spyrou M.A., Scheib C.L., Neumann G.U., Kröpelin A., Haas-Gebhard B., Päffgen B., Haberstroh J., Ribera I Lacomba A., Raynaud C., Cessford C., Durand R., Stadler P., Nägele K., Bates J.S., Trautmann B., Inskip S.A., Peters J., Robb J.E., Kivisild T., Castex D., McCormick M., Bos K.I., Harbeck M., Herbig A., Krause J. Ancient Yersinia pestis genomes from across Western Europe reveal early diversification during the First Pandemic (541– 750). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019; 116(25):12363–72. DOI: 10.1073/pnas.1820447116.

5. Achtman M., Zurth K., Morelli G., Torrea G., Guiyoule A., Carniel E. Yersinia pestis, the cause of plague, is a recently emerged clone of Yersinia pseudotuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96(24):14043–8. DOI: 10.1073/pnas.96.24.14043.

6. 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. Yersinia pestis genome sequencing identifies patterns of global phylogenetic diversity. Nat. Genet. 2010; 42(12):1140–3. DOI: 10.1038/ng.705.

7. Cui Y., Yu C., Yan Y., Li D., Li Y., Jombart T., Weinert L.A., Wang Z., Guo Z., Xu L., Zhang Y., Zheng H., Qin N., Xiao X., Wu M., Wang X., Zhou D., Qi Z., Du Z., Wu H., Yang X., Cao H., Wang H., Wang J., Yao S., Rakin A., Li Y., Falush D., Balloux F., Achtman M., Song Y., Wang J., Yang R. Historical variations in mutation rate in an epidemic pathogen, Yersinia pestis. Proc. Natl. Acad.Sci. USA. 2013; 110(2):577–82. DOI: 10.1073/pnas.1205750110.

8. Eroshenko G.A., Nosov N.Y., Krasnov Y.M., Oglodin Y.G., Kukleva L.M., Guseva N.P., Kuznetsov A.A., Abdikarimov T., Dzhaparova A.K., Kutyrev V.V. Yersinia pestis strains of ancient phylogenetic branch 0.ANT are widely spread in the high- mountain plague foci of Kyrgyzstan. PLoS One. 2017; 12:e0187230. DOI: 10.1371/journal.pone.0187230.

9. Кутырев В.В., Попова А.Ю., редакторы. Кадастр эпидемических и эпизоотических проявлений чумы на территории Российской Федерации и стран ближнего зарубежья с 1876 по 2016 год. Саратов: ООО «Амирит»; 2016. 248 с.

10. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Природные очаги чумы Кавказа, Прикаспия, Средней Азии и Сибири. М.: ОАО «Издательство «Медицина»; 2004. 191 с.

11. Абдикаримов С.Т., Ибрагимов Э.Ш., Эгембергенов Ч.Э. Современное эпизоотическое состояние природных очагов чумы Кыргызской Республики и мероприятия, направленные на обеспечение эпидемиологического благополучия по чуме. Проблемы особо опасных инфекций. 2018; 2:45–8. DOI: 10.21055/0370-1069-2018-2-45-48.

12. Kutyrev V.V., Eroshenko G.A., Motin V.L., Nosov N.Y., Krasnov J.M., Kukleva L.M., Nikiforov K.A., Al’hova J.V., Oglodin E.G., Guseva N.P. Phylogeny and classification of Yersinia pestis through the lens of strains from the plague foci of Commonwealth of Independent States. Front. Microbiol. 2018; 9:1106. DOI: 10.3389/ fmicb.2018.01106.

13. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика особо опасных инфекционных болезней. Практическое руководство. М.: ЗАО «Шико»; 2013: 560 c.

14. 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.

15. Сариева Г.Е., Базарканова Г.Д., Сагиев З.А., Шабунин А.Г., Абдикаримов С.Т., Маймулов Р.К., Софейков В.Г., Джапарова А.К., Айтбаева Ж.Т., Егембергенов Ч.Э., Мусагалиева Р.С., Абдирасилова А.А., Абдел Ж.З., Курмианов Б.К. Атлас Сары-Джазского природного очага чумы в Кыргызстане: пространственная и временная характеристика. Бишкек; 2018. 164 с.

16. Sariyeva G., Bazarkanova G., Maimulov R., Abdikarimov S., Kurmanov B., Abdirassilova A., Shabunin A., Sagiyev Z., Dzhaparova A., Abdel Z., Mussagaliyeva R., Morand S., Motin V., Kosoy M. Marmots and Yersinia pestis strains in two plague endemic areas of Tien Shan mountains. Front. Vet. Sci. 2019; 6:207. DOI: 10.3389/fvets.2019.00207.