Филогенетическая история Каракумского пустынного очага

Цель исследования – анализ филогенетического родства штаммов и направлений распространения Yersinia pestis в Каракумском пустынном очаге в XX в.

Материалы и методы. Выполнено полногеномное секвенирование 8 штаммов Yersinia pestis, выделенных в Каракумском пустынном очаге в 1949–1985 гг. При проведении филогенетического анализа также использованы нуклеотидные  последовательности 16 штаммов Y. pestis из сопредельных очагов Восточного и Северного Прикаспия 1917–2002 гг., секвенированные в РосНИПЧИ «Микроб» на платформе Genestudio Ion S5XL (Thermo Fischer Scientific). Филогенетический анализ  выполнен на основе 1720 выявленных коровых SNPs. Построение филогенетического дерева проводили в программе PhyML 3.1 с помощью алгоритма Maximum Likelihood модели нуклеотидных замен GTR.

Результаты и обсуждение. По данным полногеномного SNP анализа штаммов Y. pestis из Каракумского пустынного очага, очагов Восточного и Северного Прикаспия проведен филогенетический анализ популяций возбудителя чумы, циркулировавших в  Туркменистане в XX в. Показано, что по территории Каракумского пустынного очага прошли три независимые волны распространения Y. pestis. Происхождение первой, зарегистрированной в 1912 г., вспышки чумы в юго-восточной части очага и ее этиологический агент остаются пока неустановленными. Вторая волна связана с распространением на этих территориях в 1949–1970 гг. северо-приаральской популяции 2.MED1 средневекового биовара, приведшим к проявлению здесь эпизоотической активности в 1949 г., а также к последующим случаям и вспышкам чумы в середине XХ в. В середине второй половины прошлого века Каракумского пустынного очага достигла  еще одна волна распространения 2.MED1 из Северного Прибалхашья. Эта центрально-азиатская популяция также укоренилась в природном биоценозе Каракумского очага. Полученные данные свидетельствуют об активных процессах распространения Y. pestis средневекового биовара в Восточном Прикаспии в южной подзоне пустынь Евразии в XX в. 

1. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Природные очаги чумы Кавказа, Прикаспия, Средней Азии и Сибири. М.: Медицина; 2004. 191 с.

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

3. 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; 96:14043–8. DOI: 10.1073/pnas.96.24.14043.

4. Achtman M., Morelli G., Zhu P., Wirth T., Diehl I., Kusecek B., Vogler A.J., Wagner D.M., Allender C.J., Easterday W.R., Chenal-Francisque V., Worsham P., Thomson N.R., Parkhill J., Lindler L.E., Carniel E., Keim P. Microevolution and history of the plague bacillus, Yersinia pestis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 10(51):17837–42. DOI: 10.1073 pnas.0408026101.

5. Haensch S., Bianucci R., Signoli M., Rajerison M., Schultz M., Kacki S., Vermunt M., Weston D.A., Hurst D., Achtman M., Carniel E., Bramanti B. Distinct сlones of Yersinia pestis сaused the Black Death. PLoS Pathog. 2010; 6(10):e1001134. DOI: 10.1371/journal.ppat.1001134.

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., Song Y. Genome and evolution of Yersinia pestis. Adv. Exp. Med. Biol. 2016; 918:171-92. DOI: 10.1007/978-94-024-0890-4_6.

8. Cui Y., Yu C., Yan Y., Li D., Li Y., Jombart T., Lucy A Weinert, 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.

9. Demeure C.E., Dussurget O., Fiol G.M., Le Guern A.-S, Savin C., Pizarro-Cerdá J. Yersinia pestis and plague: an updated view on evolution, virulence determinants, immune subversion, vaccination, and diagnostics. Genes Immun. 2019; (5):357–70. DOI: 10.1038/s41435-019-0065-0.

10. 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.

11. Ерошенко Г.А., Попов Н.В., Альхова Ж.В., Куклева Л.М., Балыкова А.Н., Гражданов А.К., Аязбаев Т.З., Майканов Н.С., Кутырев В.В. Распространение Yersinia pestis средневекового биовара в Северном, Северо-Западном Прикаспии и Предкавказье во второй половине XX века. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 4:48–55. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-48-55.

12. Eroshenko G.A., Popov N.V., Alkhova Zh.V., Balykova A.N., Kukleva L.M., Chervyakova N.S., Maykanov N.S., Sarmuldina A.Kh., Kutyrev V.V. Circulation of Yersinia pestis in the Volga-Ural Sandy Focus: Spatiotemporal Analysis. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2019; 3:51–7. (In English). DOI: 10.21055/0370-1069-2019-3-51-57.

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