Вариабельность генов pgm‑области штаммов Yersinia pestis из Прикаспийского песчаного и сопредельных очагов чумы

Цель работы – сравнение нуклеотидных последовательностей генов pgm‑области штаммов Yersinia pestis, выделенных в 1925–2015 гг. на территории Прикаспийского песчаного и сопредельных очагов чумы. Материалы и методы. В работе использованы 65 штаммов Y. pestis из Прикаспийского песчаного и сопредельных очагов чумы. Выделение ДНК проводили с помощью набора PureLink Genomic DNA Mini Kit. Полногеномное секвенирование выполняли в Ion S5 XL System (Thermo Fischer Scientific). Обработку данных осуществляли с помощью Ion Torrent Suite software package 3.4.2 и NewblerGS Assembler 2.6. Для сравнения полученных последовательностей с генетическим банком данных GenBank NCBI использовали алгоритм Blast. Филогенетический анализ выполнен по данным полногеномного SNP‑анализа на основе 1183 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. Проанализированы нуклеотидные последовательности генов pgm‑области 65 штаммов Y. pestis из Прикаспийского песчаного и сопредельных очагов чумы. Выявлены единичные нуклеотидные замены у штаммов Y. pestis из Прикаспийского песчаного и Кобыстанского равнинно-предгорного очагов в генах hmsR, astВ, ybtS, ypo1944, ypo1943, ypo1936, а также делеция в 5 п.н. в гене ypo1945, которая характерна для штаммов одной из филогенетических линий Y. pestis из очагов Кавказа и Закавказья, выделенных в 1968–2001 гг. Полученные данные могут быть использованы для дифференциации штаммов Y. pestis из Прикаспийского песчаного очага, а также в установлении направлений микроэволюции возбудителя чумы в этом регионе Прикаспия и сопредельных очагах.

1. Fetherston J.D., Schuetze P., Perry R.D. Loss of the pigmentation phenotype in Yersinia pestis is due to the spontaneous deletion of 102 kb of chromosomal DNA which is fanked by a repetitive element. Mol. Microbiol. 1992; 6(18):2693–704. DOI: 10.1111/j.1365-2958.1992.tb01446.x.

2. Buchrieser C., Rusniok C., Frangeul L., Couve E., Billault A., Kunst F., Carniel E., Glaser P. The 102-kilobase pgm locus of Yersinia pestis: sequence analysis and comparison of selected regions among different Yersinia pestis and Yersinia pseudotuberculosis strains. Infect. Immun. 1999; 67(9):4851–61. DOI: 10.1128/IAI.67.9.4851-4861.1999.

3. Perry R.D., Bobrov A.G., Kirillina O., Jones H.A., Pedersen L., Abney J., Fetherston J.D. Temperature regulation of the hemin storage (Hms+) phenotype of Yersinia pestis is posttranscriptional. J. Bacteriol. 2004; 186(6):1638–47. DOI: 10.1128/JB.186.6.1638-1647.2004.

4. Hinnebusch B.J., Perry R.D., Schwan T.G. Role of Yersinia pestis hemin storage (hms) locus in transmission of plague by fleas. Science. 1996; 273(5273):367–70. DOI: 10.1126/science.273.5273.367.

5. Ерошенко Г.А., Видяева Н.А., Куклева Л.М., Кошель Е.И., Одиноков Г.Н., Шавина Н.Ю., Князева Т.В., Мокроусова Т.В., Краснов Я.М., Анисимова Л.В., Новичкова Л.А., Ерохин П.С., Бойко А.В., Кутырев В.В. Изучение образования биопленки у беспигментных и бесплазмидных мутантов штамма Yersinia pestis на биотических поверхностях в условиях in vitro и in vivo. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; 3:45–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-3-45-49.

6. Bobrov A.G., Kirillina O., Forman S., Mack D., Perry R.D. Insights into Yersinia pestis biofilm development: topology and counteraction of Hms inner membrane proteins involved in exopolysaccharide production. Environ. Microbiol. 2008; 10(6):1419–32. DOI: 10.1111/j.1462-2920.2007.01554.x.

7. Perry R.D., Balbo P.B., Jones H.A., Fetherston J.D., DeMoll E. Yersiniabactin from Yersinia pestis: biochemical characterization of the siderophore and its role in iron transport and regulation. Microbiology (Reading). 1999; 145(Pt. 5):1181–90. DOI: 10.1099/13500872-145-5-118.

8. 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.

9. Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nat. Methods. 2012; 9(8):772. DOI: 10.1038/nmeth.2109.

10. Булгакова Е.Г., Краснов Я.М., Гаева А.В., Сухоносов И.Ю., Анисимова Л.В., Гусева Н.П., Новичкова Л.А., Кутырев В .В. Особенности проявления признака пигментации и структурные различия генов hms‑оперона у штаммов Y. pestis и Y. Pseudotuberculosis разного происхождения. Проблемы особо опасных инфекций. 2011; 2:30–5. DOI: 10.21055/0370-1069-2011-2(108)-30-35.

11. Forman S., Bobrov A.G., Kirillina O., Craig S.K., Abney J., Fetherston J.D., Perry R.D. Identification of critical amino acid residues in the plague biofilm Hms proteins. Microbiology (Reading). 2006; 152(Pt. 11):3399–410. DOI: 10.1099/mic.0.29224-0.

12. Gaddy C.E., Cuevas P.F., Hartman L.J., Howe G.B., Worsham P.L., Minogue T.D. Development of real-time PCR assays for specific detection of hmsH, hmsF, hmsR, and irp2 located within the 102-kb pgm locus of Yersinia pestis. Mol. Cell. Probes. 2014; 28(5-6):288–95. DOI: 10.1016/j.mcp.2014.08.004.

13. Никифоров К.А., Морозов О.А., Носов Н.Ю., Куклева Л.М., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В. Популяционная структура, таксономия и генетические особенности штаммов Yersinia pestis центральноазиатского подвида. Генетика. 2018; 54(10):1125–35. DOI: 10.1134/S0016675818100107.

14. Miller M.C., Fetherston J.D., Pickett C.L., Bobrov A.G., Weaver R.H., DeMoll E., Perry R.D. Reduced synthesis of the Ybt siderophore or production of aberrant Ybt-like molecules activates transcription of yersiniabactin genes in Yersinia pestis. Microbiology (Reading). 2010; 156(Pt. 7):2226–38. DOI: 10.1099/mic.0.037945-0.