Preview

Проблемы особо опасных инфекций

Расширенный поиск

Ауксотрофность штаммов Yersinia pestis античного биовара и ее генетические основы

https://doi.org/10.21055/0370-1069-2023-4-96-105

Аннотация

Цель – изучение зависимости роста от аминокислот у штаммов Yersinia pestis разных филогенетических ветвей античного биовара и определение генетических основ ауксотрофности этих штаммов.

Материалы и методы. В работе использовали 38 штаммов Y. pestis основного подвида античного биовара, выделенных в различных очагах мира в период 1928–2020 гг. Питательные потребности штаммов определяли высевом на минимальный агар Difco с различным набором аминокислот. Для проведения филогенетического анализа штаммов использовали программы Wombac 2.0 и SeaView 5.0.5. Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей генов выполняли с помощью алгоритма BLAST и программы Mega 7.0.

Результаты и обсуждение. Определена филогенетическая принадлежность использованных штаммов Y. pestis античного биовара к филогенетическим ветвям 0.ANT3, 0.ANT5, 1.ANT, 2.ANT3, 3.ANT2, 4.ANT. Установлено, что у всех исследованных штаммов античного биовара имеется общая зависимость роста от трех аминокислот – фенилаланина, треонина и метионина. У большинства штаммов античного биовара всех филогенетических ветвей рост также зависел от присутствия в среде цистеина, за исключением части штаммов филогенетической ветви 4.ANT. В 14 генах метаболизма серы и цистеина обнаружено 19 мутаций. Для каждой филогенетической группы античного биовара характерен свой профиль мутаций в генах, участвующих в биосинтезе цистеина. Установлена потребность в лейцине штаммов филогенетической ветви 0.ANT5, причиной которой может являться сдвиг рамки считывания в гене leuA. Штаммы ветви 1.ANT, выделенные на территории Демократической Республики Конго, проявляли дополнительную зависимость роста от пролина. Установленные питательные потребности штаммов и генетические причины ауксотрофности дополняют фенотипические и генетические характеристики филогенетических ветвей античного биовара и могут быть использованы в качестве генетических маркеров для дифференциации этих штаммов.

Об авторах

М. А. Макашова
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



Л. М. Куклева
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



Н. С. Червякова
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



Е. А. Нарышкина
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



А. В. Коврижников
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



Г. А. Ерошенко
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



И. Г. Швиденко
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



В. В. Кутырев
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

410005, Саратов, ул. Университетская, 46



Список литературы

1. Bos K.I., Schuenemann V.J., Golding G.B., Burbano H.A., Waglechner N., Coombes B.K., McPhee J.B., DeWitte S.N., Meyer M., Schmedes S., Wood J., Earn D.J., Herring D.A., Bauer P., Poinar H.N., Krause J. A draft genome of Yersinia pestis from victims of the Black Death. Nature. 2011; 478(7370):506–10. DOI: 10.1038/nature10549.

2. Harbeck M., Seifert L., Hänsch S., Wagner D.M., Birdsell D., Parise K.L. Wiechmann I., Grupe G., Thomas A., Keim P., Zöller L., Bramanti B., Riehm J.M., Scholz H.C. Yersinia pestis DNA from skeletal remains from the 6th century AD reveals insights into Justinianic Plague. PLoS Pathog. 2013; 9(5):e1003349. DOI: 10.1371/journal.ppat.1003349.

3. Wagner D.M., Klunk J., Harbeck M., Devault A., Waglechner N., Sahl J.W., Enk J., Birdsell D.N., Kuch M., Lumibao C., Poinar D., Pearson T., Fourment M., Golding B., Riehm J.M., Earn D.J., Dewitte S., Rouillard J.M., Grupe G., Wiechmann I., Bliska J.B., Keim P.S., Scholz H.C., Holmes E.C., Poinar H. Yersinia pestis and the plague of Justinian 541–543 AD: a genomic analysis. Lancet. Infect. Dis. 2014; 14(4):319–26. DOI: 10.1016/S1473-3099(13)70323-2.

4. Spyrou M.A., Tukhbatova R.I., Feldman M., Drath J., Kacki S., Beltrán de Heredia J., Arnold S., Sitdikov A.G., Castex D., Wahl J., Gazimzyanov I.R., Nurgaliev D.K., Herbig A., Bos K.I., Krause J. Historical Y. pestis genomes reveal the European Black Death as the source of ancient and modern plague pandemics. Cell Host Microbe. 2016; 19(6):874–81. DOI: 10.1016/j.chom.2016.05.012.

5. Попова А.Ю., Кутырев В.В., редакторы. Атлас природных очагов чумы России и зарубежных государств. Калининград: РА Полиграфычъ; 2022. 348 с.

6. Куклева Л.М., Одиноков Г.Н., Шавина Н.Ю., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В. Сравнительный анализ питательных потребностей штаммов Yersinia pestis основного и неосновных подвидов и генетические причины их ауксотрофности. Проблемы особо опасных инфекций. 2013; 2:33–6. DOI: 10.21055/0370-1069-2013-2-33-36.

7. Bearden S.W., Sexton C., Pare J., Fowler J.M., Arvidson C.G., Yerman L., Viola R.E., Brubaker R.R. Attenuated enzootic (pestoides) isolates of Yersinia pestis express active aspartase. Microbiology (Reading). 2009; 155(Pt. 1):198–209. DOI: 10.1099/mic.0.021170-0.

8. Brubaker R.R. Interconversion of purine mononucleotides in Pasteurella pestis. Infect. Immun. 1970; 1(5):446–54. DOI: 10.1128/iai.1.5.446-454.1970.

9. Kanehisa M., Goto S. KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Res. 2000; 28(1):27–30. DOI: 10.1093/nar/28.1.27.

10. Ерошенко Г.А., Одиноков Г.Н., Куклева Л.М., Шавина Н.Ю., Гусева Н.П., Кутырев В.В. Генетические основы вариабельности признака редукции нитратов у штаммов Yersinia pestis. Генетика. 2014; 50(5):522–30. DOI: 10.7868/S001667581405004X.

11. 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.

12. 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.

13. Eroshenko G.A., Nosov N.Y., Krasnov Y.M., Oglodin Y.G., Kukleva L.M., Guseva N.P., Kuznetsov A.A., Abdikarimov S.T., Dzhaparova A.K., Kutyrev V.V. Yersinia pestis strains of ancient phylogenetic branch 0.ANT are widely spread in the high-mountain plague foci of Kyrgyzstan. PLoS One. 2017; 12(10):e0187230. DOI: 10.1371/journal.pone.0187230.

14. Parkhill J., Wren B.W., Thomson N.R., Titball R.W., Holden M.T., Prentice M.B., Sebaihia M., James K.D., Churcher C., Mungall K.L., Baker S., Basham D., Bentley S.D., Brooks K., Cerdeño-Tárraga A.M., Chillingworth T., Cronin A., Davies R.M., Davis P., Dougan G., Feltwell T., Hamlin N., Holroyd S., Jagels K., Karlyshev A.V., Leather S., Moule S., Oyston P.C., Quail M., Rutherford K., Simmonds M., Skelton J., Stevens K., Whitehead S., Barrell B.G. Genome sequence of Yersinia pestis, the causative agent of plague. Nature. 2001; 413(6855):523–7. DOI: 10.1038/35097083.

15. Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Краснов Я.М., Куклева Л.М., Шавина Н.Ю., Павлова А.И., Кутырев В.В. Генетические основы метионинзависимости штаммов Yersinia pestis основного и неосновных подвидов. Генетика. 2011; 47(3):332–8.

16. Charusanti P., Chauhan S., McAteer K., Lerman J.A., Hyduke D.R., Motin V.L., Ansong C., Adkins J.N., Palsson B.O. An experimentally-supported genome-scale metabolic network reconstruction for Yersinia pestis CO92. BMC Syst. Biol. 2011; 5:163. DOI: 10.1186/1752-0509-5-163.

17. Chain P.S., Carniel E., Larimer F.W., Lamerdin J., Stoutland P.O., Regala W.M., Georgescu A.M., Vergez L.M., Land M.L., Motin V.L., Brubaker R.R., Fowler J., Hinnebusch J., Marceau M., Medigue C., Simonet M., Chenal-Francisque V., Souza B., Dacheux D., Elliott J.M., Derbise A., Hauser L.J., Garcia E. Insights into the evolution of Yersinia pestis through whole-genome comparison with Yersinia pseudotuberculosis. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004; 101(38):13826–31. DOI: 10.1073/pnas.0404012101.

18. Сучков Ю.Г., Розанова Г.Н., Елкин Ю.М., Грамотина Л.И. Естественная генетическая маркировка штаммов чумного микроба из природных очагов Кавказа. Проблемы природной очаговости чумы. 1980; 2:35–7.

19. Мартиневский И.Л. К изучению особенностей штаммов чумного микроба, выделенных в некоторых районах Африки. Проблемы особо опасных инфекций. 1975; 42(2):10–3.

20. Turnbull A.L., Surette M.G. Cysteine biosynthesis, oxidative stress and antibiotic resistance in Salmonella typhimurium. Res. Microbiol. 2010; 161(8):643–50. DOI: 10.1016/j.resmic.2010.06.004.

21. Brunner K., Maric S., Reshma R.S., Almqvist H., Seashore-Ludlow B., Gustavsson A.L., Poyraz Ö., Yogeeswari P., Lundbäck T., Vallin M., Sriram D., Schnell R., Schneider G. Inhibitors of the cysteine synthase CysM with antibacterial potency against dormant Mycobacterium tuberculosis. J. Med. Chem. 2016; 59(14):6848–59. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00674.

22. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Природные очаги чумы Кавказа, Прикаспия, Средней Азии и Сибири. М.: Медицина; 2004. 192 с.


Рецензия

Для цитирования:


Макашова М.А., Куклева Л.М., Червякова Н.С., Нарышкина Е.А., Коврижников А.В., Ерошенко Г.А., Швиденко И.Г., Кутырев В.В. Ауксотрофность штаммов Yersinia pestis античного биовара и ее генетические основы. Проблемы особо опасных инфекций. 2023;(4):96-105. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2023-4-96-105

For citation:


Makashova M.A., Kukleva L.M., Chervyakova N.S., Naryshkina E.A., Kovrizhnikov A.V., Eroshenko G.A., Shvidenko I.G., Kutyrev V.V. Auxotrophy of Yersinia pestis Strains of Antiqua Biovar and Its Genetic Basis. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2023;(4):96-105. (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2023-4-96-105

Просмотров: 436


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0370-1069 (Print)
ISSN 2658-719X (Online)