Прикаспийский песчаный природный очаг: филогенетическая история и происхождение штаммов Yersinia pestis

Цель работы – анализ филогенетического родства и происхождения штаммов Yersinia pestis, выделенных в разные периоды эпизоотической активности Прикаспийского песчаного природного очага (ПППО) чумы в XX– XXI вв.

Материалы и методы. В работе использованы 40 штаммов Y. pestis из ПППО и сопредельных очагов чумы, выделенных в 1922–2015 гг. Проведено полногеномное секвенирование 19 штаммов Y. pestis из ПППО. Филогенетический анализ выполнен по данным полногеномного SNP-анализа на основе 1914 выявленных SNPs. Поиск маркерных SNPs выполняли с помощью программы Snippy 4.6. Построение филогенетического дерева осуществляли с использованием алгоритма Maximum Likelihood, модель нуклеотидных замен GTR.

Результаты и обсуждение. По данным полногеномного SNP-анализа установлено, что штаммы Y. pestis средневекового биовара из ПППО относятся к филогенетической линии 2.MED1 и делятся на две основные ветви. Одна из них циркулировала в очаге в первой половине XX в., а другая – во второй половине XX – начале XXI в. Показано, что штаммы первой ветви являлись причиной вспышек и отдельных случаев чумы в ПППО в первой половине XX в. Они близкородственны штаммам из Прикаспийского Северо-Западного степного и Волго-Уральского песчаного природных очагов чумы, которые в этот же период вызывали многочисленные вспышки с высоким процентом летальности. Штаммы Y. pestis из ПППО второй половины XX и начала XXI в. относятся ко второй филогенетической ветви линии 2.MED1, в основании которой лежат штаммы из Северного Приаралья 1945 г. Последние были предшественниками всех штаммов, выделенных в ПППО после длительного межэпизоотического периода, произошедшего в середине XX в. Также прослеживается генетическое родство штаммов из ПППО и Дагестанского равнинно-предгорного очага.

1. 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.

2. Попов Н.В., Карнаухов И.Г., Кузнецов А.А., Матросов А.Н., Сафронов В.А., Поршаков А.М., Иванова А.В., Марцоха К.С., Корзун В.М., Вержуцкий Д.Б., Чипанин Е.В., Лопатин А.А., Дубянский В.М., Ашибоков У.М., Газиева А.Ю., Зенкевич Е.С., Балахонов С.В., Куличенко А.Н., Кутырев В.В. Совершенствование эпидемиологического надзора в природных очагах чумы Российской Федерации и прогноз их эпизоотической активности на 2022 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; 1:35–42. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-1-35-42.

3. Павлова А.И., Ерошенко Г.А., Одиноков Г.Н., Куклева Л.М., Шавина Н.Ю., Краснов Я.М., Кутырев В.В. Анализ генетической изменчивости штаммов Yersinia pestis средневекового биовара из природных очагов чумы Российской Федерации и Монголии. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; 4:49–53. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-4-49-53.

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

5. Cui Y., Yu C., Yan Y., Li D., Li Y., JombartT., 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; 2:577–82. DOI: 10.1073/pnas.1205750110.

6. Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nat. Methods. 2012; 8:772. DOI: 10.1038/nmeth.2109.

7. 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: 10.21055/0370-1069-2019-3-51-5.

8. 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; 2:e0244615. DOI: 10.1371/journal.pone.0244615.

9. Li J., Wang Y., Liu F., Shen X., Wang Y., Fan M., Peng Y., Wang S., Feng Y., Zhang W., Lv., 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; 8:e0009558. DOI: 10.1371/journal.pntd.0009558.

10. 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; 24:11833–8. DOI: 10.1073/pnas.1901366116.