Полногеномное секвенирование и филогенетический анализ вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ

Целью исследования стало проведение полногеномного секвенирования вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ, а также определение на основании полученных результатов его филогенетических связей и особенностей генетической организации.

Материалы и методы. Полногеномное секвенирование штамма F. tularensis 15 НИИЭГ осуществляли на платформах Ion PGM (Ion Torrent, США) и MinIon (Oxford Nanopore Technologies, Великобритания). Выравнивание полученных прочтений на полный геном штамма F. tularensis subsp. holarctica LVS (CP009694, США, 2015 г.) осуществляли с помощью программного пакета DNASTAR Lasergene 15.3. Гибридную сборку ридов в контиги осуществляли с помощью программы Unicycler v. 0.4.4, используя данные, полученные по технологии полупроводникового секвенирования (Ion PGM) и секвенирования через нанопоры (MinIon). Филогенетический анализ выполняли на основе данных о найденных единичных нуклеотидных заменах (SNPs), находящихся в коровой части генома F. tularensis. Для построения дендрограммы по полученным данным общей SNP-матрицы использовали алгоритм Maximum parsimony.

Результаты и обсуждение. Подтверждено близкое родство штамма F. tularensis 15 НИИЭГ с вакцинным штаммом F. tularensis LVS, который используется в странах Западной Европы и Северной Америки. При поиске общих единичных мутаций, характерных для вакцинных штаммов F. tularensis 15 НИИЭГ и LVS, найдены 5 уникальных SNPs, отличающих их от других 228 штаммов F. tularensis, используемых при сравнении. Геномный анализ вакцинного штамма F. tularensis 15 НИИЭГ относительно вирулентных штаммов выявил в его структуре две протяженные делеции размером 526 п.н. (гены pilA и pilE) и 1480 п.н. (гены, кодирующие липопротеин). Аналогичные делеции присутствуют и в геноме вакцинного штамма F. tularensis LVS.

1. Павлов В.М., Дятлов И.А. Молекулярно-генетические исследования бактерий рода Francisella и их прикладное значение. М.: ООО «ТиРу»; 2012. 267 с.

2. Мещерякова И.С., Добровольский А.А., Демидова Т.Н., Кормилицына М.И., Михайлова Т.В. Трансмиссивная эпидемическая вспышка туляремии в г. Ханты-мансийске в 2013 году. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2014; 5:14–20.

3. Мокриевич А.Н., Вахрамеева Г.М., Титарева Г.М., Бахтеева И.В., Миронова Р.И., Комбарова Т.И., Кравченко Т.Б., Дятлов И.А., Павлов В.М. Получение штамма туляремийного микроба без одной копии гена iglC и без гена recA. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2015; 31(4):33–9.

4. Избанова У.А., Куница Т.Н., Лухнова Л.Ю. Достижения в области специфической профилактики туляремии. Medicine (Almaty). 2016; 10:49–59.

5. Sandstrцm G. The Tularaemia Vaccine. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1994; 59(4):315–20. DOI: 10.1002/jctb.280590402.

6. Ellis J., Oyston. P.C., Green M., Titball R.W. Tularemia. Clinical. Microbiol. Rev. 2002; 15(4):631–46. DOI: 10.1128/ CMR.15.4.631–646.2002.

7. Reed D.S., Smith L.P., Cole K.S., Santiago A.E., Mann B.J., Barry E.M. Live attenuated mutants of Francisella tularensis protect rabbits against aerosol challenge with a virulent type A strain. Infect. Immun. 2014; 82(5):2098–105. DOI: 10.1128/IAI.01498-14.

8. Jia Q., Horwitz M.A. Live Attenuated Tularemia Vaccines for Protection Against Respiratory Challenge With Virulent F. tularensis subsp. tularensis. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2018; 8:154. DOI: 10.3389/fcimb.2018.00154.

9. Titball R.W., Oyston P.C.F. A vaccine for tularaemia. Expert. Opin. Biol. Ther. 2003; 3(4):645–53. DOI: 10.1517/14712598.3.4.645.

10. Kadzhaev K., Zingmark C., Golovliov I., Bolanowski M., Shen H., Conlan W., Sjцstedt A. Identification of Genes Contributing to the Virulence of Francisella tularensis SCHU S4 in a Mouse Intradermal Infection Model. PLoS ONE. 2009; 4(5):e5463. DOI: 10.1371/journal.pone.0005463.

11. Sammons-Jackson W.L., McClelland K., Manch-Citron J.N., Metzger D.W., Bakshi C.S., Garcia E., Rasley A., Anderson B.E. Generation and Characterization of an Attenuated Mutant in a Response Regulator Gene of Francisella tularensis Live Vaccine Strain (LVS). DNA Cell Biol. 2008; 27(7):387–403. DOI: 10.1089/dna.2007.0687.

12. Rohmer L., Brittnacher M., Svensson K., Buckley D., Haugen E., Zhou Y., Chang J., Levy R., Hayden H., Forsman M., Olson M., Johansson A., Kaul R., Miller SI. Potential source of Francisella tularensis live vaccine strain attenuation determined by genome comparison. Infect. Immun. 2006; 74(12):6895–906. DOI: 10.1128/IAI.01006-06.

13. Svensson K., Larsson P., Johansson D., Bystrцm M., Forsman M., Johansson A. Evolution of Subspecies of Francisella tularensis. J. Bacteriol. 2005; 187(11):3903–8. DOI: 10.1128/JB.187.11.3903–3908.2005.

14. Forslund A.L., Kuoppa K., Svensson K., Salomonsson E., Johansson A., Bystrцm M., Oyston P.C., Michell S.L., Titball R.W., Noppa L., Frithz-Lindsten E., Forsman M., Forsberg A. Direct repeat-mediated deletion of a type IV pilin gene results in major virulence attenuation of Francisella tularensis. Mol. Microbiol. 2006; 59(6):1818–30. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05061.x.

15. Salomonsson E., Forsberg A., Roos N., Holz C., Maier B., Koomey M., Winther-Larsen H.C. Functional analyses of pilin-like proteins from Francisella tularensis: complementation of type IV pilus phenotypes in Neisseria gonorrhoeae. Microbiology. 2009; 155(Pt 8):2546–59. DOI: 10.1099/mic.0.028183-0.

16. кормилицына м.и., мещерякова и.с., михайлова т.в. молекулярно-генетическая характеристика штаммов Francisella tularensis, различающихся по таксономической принадлежности и вирулентности. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2013; 3:22–5.

17. Forsberg A., Guina T. Type II secretion and type IV pili of Francisella. Ann. NY Acad. Sci. 2007; 1105:187–201. DOI: 10.1196/annals.1409.016.

18. Jaing C.J., McLoughlin K.S., Thissen J.B., Zemla A., Gardner S.N., Vergez L.M., Bourguet F., Mabery S., Fofanov V.Y., Koshinsky H., Jackson P.J. Identification of Genome-Wide Mutations in Ciprofloxacin-Resistant F. tularensis LVS Using Whole Genome Tiling Arrays and Next Generation Sequencing. PLoS ONE. 2016; 11(9):e0163458. DOI: 10.1371/journal.pone.0163458.

19. Qin A., Scott D.W., Thompson J.A., Mann B.J. Identifi of an essential Francisella tularensis subsp. tularensis virulence factor. Infect. Immun. 2009; 77(1):152–61. DOI: 10.1128/IAI.01113-08.