Реконструкция пространственной циркуляции Yersinia pestis средневекового биовара в Восточном Прикаспии в XX веке по данным полногеномного SNP-анализа

Комплексный анализ накопленных эпидемиологических и эпизоотологических данных в сочетании с результатами филогенетического анализа штаммов Yersinia pestis создает основу для установления закономерностей пространственно-временного распространения возбудителя чумы и открывает перспективу долговременного прогнозирования активизации природных очагов чумы. Ранее нами была проведена реконструкция направлений распространения Y. pestis средневекового биовара в очагах чумы Северного и Северо-Западного Прикаспия в XX – начале XXI в.

Цель данной работы – выявление закономерностей циркуляции Y. pestis средневекового биовара в четырех природных очагах чумы, расположенных в Восточном Прикаспии.

Материалы и методы. Проведено комплексное исследование фенотипических и генетических свойств 16 штаммов Y. pestis, выделенных в Устюртском, Мангышлакском, Каракумском и Копетдагском автономных пустынных очагах чумы в 1926–1985 гг. Выполнено их сравнение со штаммами из других природных очагов чумы Восточной Европы и Центральной Азии, полученных в 1917–2003 гг. Проведено полногеномное секвенирование 12 из этих штаммов. В филогенетический анализ включены геномы еще 19 штаммов Y. pestis, секвенированные нами ранее. На основе выявленных в коровом геноме 1717 полиморфных нуклеотидов (SNPs) построена дендрограмма родственных связей исследуемых штаммов.

Результаты и обсуждение. Определена принадлежность всех 16 штаммов Y. pestis из Устюртского, Мангышлакского, Копетдагского и Каракумского пустынных очагов к ветви 2.MED1 средневекового биовара. Все изученные штаммы из первых трех очагов и большинство штаммов из Каракумского очага вошли в каспийскую ветвь 2.MED1, а три штамма из Каракумского пустынного очага – в центральноазиатскую. Определены несколько волн распространения штаммов филогенетической ветви 2.MED1 Y. pestis средневекового биовара в Восточном Прикаспии 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: 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(24):14043–8. DOI: 10.1073/pnas.96.24.14043.

4. 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.

5. 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.

6. Li J., Wang Y., Liu F., Shen X., Wang Y., Fan M., Peng Y., Wang S., Feng Y., Zhang W., Lv Y., Zhang H., Lu X., Zhang E., Wei J., Chen L., Kan B., Zhang Z., Xu J., Wang W., Li W. Genetic source tracking of human plague cases in Inner Mongolia-Beijing, 2019. PLoS Negl. Trop. Dis. 2021; 15(8):e0009558. DOI: 10.1371/journal.pntd.0009558.

7. Xu L., Stige L.C., Leirs H., Neerinckx S., Gage K.L., Yang R., Liu Q., Bramanti B., Dean K.R., Tang H., Sun Z., Stenseth N.C., Zhang Z. Historical and genomic data reveal the influencing factors on global transmission velocity of plague during the Third Pandemic. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2019; 116(24):11833–8. DOI: 10.1073/pnas.1901366116.

8. Ерошенко Г.А., Попов Н.В., Альхова Ж.В., Балыкова А.Н., Куклева Л.М., Червякова Н.С., Майканов Н.С., Сармулдина А.Х., Кутырев В.В. Пространственно-временной анализ циркуляции Yersinia pestis в Волго-Уральском песчаном очаге. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 3:51–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-3-51-57.

9. 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.

10. Eroshenko G.A., Popov N.V., Al’khova Z.V., Kukleva L.M., Balykova A.N., Chervyakova N.S., Naryshkina E.A., Kutyrev V.V. Evolution and circulation of Yersinia pestis in the Northern Caspian and Northern Aral Sea regions in the 20th–21st centuries. PLoS One. 2021; 16(2):e0244615. DOI: 10.1371/journal.pone.0244615.

11. Попов Н.В., Удовиков А.И., Ерошенко Г.А., Караваева Т.Б., Яковлев С.А., Поршаков А.М., Зенкевич Е.С., Кутырев В .В. Влияние флуктуаций уровня Каспийского моря на эпизоотическую активность Каспийского песчаного очага чумы. Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2016; 1:12–7.

12. Bortnik V.N. Changes in the water level and hydrological balance of the Aral Sea. In: Micklin P.P., Williams W.D., editors. The Aral Sea Basin. NATO ASI Series (Series 2. Environment). Berlin: Springer; 1996. Vol. 12. P. 25–32. DOI: 10.1007/978-3-642-61182-7_3.

13. Kasimov N.S., Gennadiev A.N., Kasatenkova M.S., Lychagin M.Y., Kroonenberg S.B., Koltemann P. Geochemical changes in the Caspian salt marshes due to the sea level fluctuations. Earth Science Research. 2012; 1(2):262–78. DOI: 10.5539/esr.v1n2p262.

14. Cretaux J-F., Letolle R., Berge-Nguyen M. History of Aral Sea level variability and current scientific debates. Glob. Planet. Change. 2013; 110:99–113. DOI: 10.1016/j.gloplacha.2013.05.006.

15. Chen J., Pekker T., Wilson S.R., Tapley B.D., Kostianoy A., Cretaux J.-F., Safarov E.S. Long-term Caspian Sea level change. Geophys. Res. Lett. 2017; 44(13):6993–7001. DOI: 10.1002/2017GL073958.

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