Особенности споруляции основных генетических линий Bacillus anthracis

Цель работы – характеристика генов и белков споруляции штаммов Bacillus anthracis основных генетических линий.

Материалы и методы. Анализ геномов проводили in silico, используя геномы: B. anthracis Ames Ancestor в качестве референсного, 47 штаммов B. anthracis из базы данных GenBank NCBI, относящихся к основным генетическим линиям A, B, C, геном штамма CI Bacillus cereus biovar anthracis, 7 штаммов из коллекции ФКУЗ Ставропольский противочумный институт Роспотребнадзора, а также ресурс NCBI Protein Database. Идентификацию полиморфизмов осуществляли в программах BLASTn, BLASTp, MEGA X, MAUVE, Tandem Repeat Finder. Последовательности генов и белков выравнивали в программе MEGA X.

Результаты и обсуждение. Сравнение полиморфизмов белков и генов споруляции трех основных генетических линий показало, что количество всех форм у штаммов B. anthracis линий B, C и B. cereus biovar anthracis превышало таковые у штаммов линии A в 4,5–10, 6,8–92 и 160–2078 раз соответственно. Бóльшее количество несинонимичных SNP в генах споруляции c изменением аминокислотного состава и функции белков у штаммов B. anthracis основных генетических линий B, С и B. cereus biovar anthracis, чем у штаммов линии A, предполагает их ограниченные адаптационные возможности и может быть одним из объяснений меньшей распространенности по сравнению с линией A.

1. Rotz L.D., Khan A.S., Lillibridge S.R., Ostroff S.M., Hughes J.M. Public health assessment of potential biological terrorism agents. Emerg. Infect. Dis. 2002; 8(2):225–30. DOI: 10.3201/eid0802.010164.

2. Pearson T., Busch J.D., Ravel J., Read T.D., Rhoton S.D., U’Ren J.M., Simonson T.S., Kachur S.M., Leadem R.R., Cardon M.L., Van Ert M.N., Huynh L.Y., Fraser C.M., Keim P. Phylogenetic discovery bias in Bacillus anthracis using single-nucleotide polymorphisms from whole-genome sequencing. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004; 101(37):13536–41. DOI: 10.1073/pnas.0403844101.

3. Van Ert M.N., Easterday W.R., Huynh L.Y., Okinaka R.T., Hugh-Jones M.E., Ravel J., Zanecki S.R., Pearson T., Simonson T.S., U’Ren J.M., Kachur S.M., Leadem-Dougherty R.R., Rhoton S.D., Zinser G., Farlow J., Coker P.R., Smith K.L., Wang B., Kenefic L.J., Fraser-Liggett C.M., Wagner D.M., Keim P. Global genetic population structure of Bacillus anthracis. PLoS One. 2007; 2(5):e461. DOI: 10.1371/journal.pone.0000461.

4. Sahl J.W., Pearson T., Okinaka R., Schupp J.M., Gillece J.D., Heaton H., Birdsell D., Hepp C., Fofanov V., Noseda R., Fasanella A., Hoffmaster A., Wagner D.M., Keim P. A Bacillus anthracis genome sequence from the Sverdlovsk 1979 autopsy specimens. mBio. 2016; 7(5):e01501-16. DOI: 10.1128/mBio.01501-16.

5. Bruce S.A., Schiraldi N.J., Kamath P.L., Easterday W.R., Turner W.C. A classification framework for Bacillus anthracis defined by global genomic structure. Evol. Appl. 2020; 13(5):935–44. DOI: 10.1111/eva.12911.

6. Pilo P., Frey J. Pathogenicity, population genetics and dissemination of Bacillus anthracis. Infect. Genet. Evol. 2018; 64:115– 25. DOI: 10.1016/j.meegid.2018.06.024.

7. Leendertz F.H., Ellerbrok H., Boesch C., Couacy-Hymann E., Mätz-Rensing K., Hakenbeck R., Bergmann C., Abaza P., Junglen S., Moebius Y., Vigilant L., Formenty P., Pauli G. Anthrax kills wild chimpanzees in a tropical rainforest. Nature. 2004; 430(6998):451–2. DOI: 10.1038/nature02722.

8. Klee S.R., Brzuszkiewicz E.B., Nattermann H., Brüggemann H., Dupke S., Wollherr A., Franz T., Pauli G., Appel B., Liebl W., Couacy-Hymann E., Boesch C., Meyer F.D., Leendertz F.H., Ellerbrok H., Gottschalk G., Grunow R., Liesegang H. The genome of a bacillus isolate causing anthrax in chimpanzees combines chromosomal properties of B. cereus with B. anthracis virulence plasmids. PLoS One. 2010; 5(7):e10986. DOI: 10.1371/journal.pone.0010986.

9. Smith K.L., DeVos V., Bryden H., Price L.B., Hugh-Jones M.E., Keim P. Bacillus anthracis diversity in Kruger National Park. J. Clin. Microb. 2000; 38(10):3780–4. DOI: 10.1128/JCM.38.10.3780-3784.2000.

10. Kassen R., Llewellyn M., Rainey P.B. Ecological constraints on diversification in a model adaptive radiation. Nature. 2004; 431(7011):984–8. DOI: 10.1038/nature02923.

11. Еременко Е.И., Печковский Г.А., Рязанова А.Г., Писаренко С.В., Ковалев Д.А., Аксенова Л.Ю., Семенова О.В., Куличенко А.Н. Анализ in silico геномов штаммов Bacillus anthracis главных генетических линий. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023; 100(3):155–65. DOI: 10.36233/0372-9311-385.

12. Errington J. Bacillus subtilis sporulation: regulation of gene expression and control of morphogenesis. Microbiol. Rev. 1993; 57(1):1–33. DOI: 10.1128/mr.57.1.1-33.1993.

13. Hoch J.A., Silhavy T.J., editors. Two-Component Signal Transduction. Washington, DC: American Society for Microbiology Press; 1995.

14. Stephenson K., Hoch J.A. Evolution of signalling in the sporulation phosphorelay. Mol. Microbiol. 2002; 46(2):297–304. DOI: 10.1046/j.1365-2958.2002.03186.x.

15. Brunsing R.L., La Clair C., Tang S., Chiang C., Hancock L.E., Perego M., Hoch J.A. Characterization of sporulation histidine kinases of Bacillus anthracis. J. Bacteriol. 2005; 187(20):6972–81. DOI: 10.1128/JB.187.20.6972-6981.2005.

16. Sastalla I., Rosovitz M.J., Leppla S.H. Accidental selection and intentional restoration of sporulation-deficient Bacillus anthracis mutants. Appl. Environ. Microbiol. 2010; 76(18):6318–21. DOI: 10.1128/AEM.00950-10.

17. Strauch M., Webb V., Spiegelman G., Hoch J.A. The Spo0A protein of Bacillus subtilis is a repressor of the abrB gene. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1990; 87(5):1801–5. DOI: 10.1073/pnas.87.5.1801.