Филогеографический анализ штаммов сибиреязвенного микроба, выделенных в Центральном федеральном округе в 2023 г.

Цель работы – определить эволюционно-филогеографическое происхождение штаммов возбудителя сибирской язвы, вызвавших вспышки заболевания в Центральном федеральном округе Российской Федерации в 2023 г. Материалы и методы. Выполнено полногеномное секвенирование 13 штаммов возбудителя сибирской язвы, выделенных в Рязанской и Воронежской областях. Полногеномное секвенирование осуществляли с использованием платформ высокопроизводительного секвенирования Ion GeneStudio S5 Plus System (Life Technologies, США) и DNBSEQ-G50 (MGI, Китай). Выполнен полногеномный SNP-анализ 1245 штаммов Bacillus anthracis из 50 стран, включая 304 штамма из 44 субъектов Российской Федерации. Результаты и обсуждение. Установлено, что штаммы возбудителя сибирской язвы, выделенные на территории субъектов Центрального федерального округа в 2023 г., относятся к филогенетической ветви A.Br.117, принадлежащей к монофилетической кладе TEA Tsiankovskii. Штаммы 1394, 1395 (Рязанская область) и 1402, 1404 (Воронежская область, Панинский район) относятся к генотипу A.Br.117-2, а штаммы 1405–1420 (Воронежская область, Богучарский район) – к генотипу A.Br.117-4. Штаммы, вызвавшие случаи заболевания в Панинском районе, имеют общее происхождение со штаммами 988/717 и 546/714, выделенными на территории области в 1980–1990-х гг., а штаммы из Богучарского района филогенетически близки со штаммом 991/178, выделенным в 1991 г. в Днепропетровской области Украины. Описана максимально детализированная на данный момент топология филогенетической ветви A.Br.117, включающая четыре генотипа, для которых определены вероятные временные интервалы дивергенции и описаны особенности филогеографического распространения 165 штаммов B. anthracis. Штаммы, относящиеся к генотипу A.Br.117-1, обнаружены в Молдавии и на Украине, штаммы генотипа A.Br.117-2 преобладают на территории Центрального и Южного федеральных округов, штаммы генотипа A.Br.117-3 – в Приволжском, Южном и Северо-Кавказском федеральных округах, а штаммы генотипа A.Br.117-4 – в Северо-Кавказском и Южном федеральных округах.

1. Carlson C.J., Kracalik I.T., Ross N., Alexander K.A., Hugh-Jones M.E., Fegan M., Elkin B.T., Epp T., Shury T.K., Zhang W., Bagirova M., Getz W.M., Blackburn J.K. The global distribution of Bacillus anthracis and associated anthrax risk to humans, livestock and wildlife. Nat. Microbiol. 2019; 4(8):1337–43. DOI: 10.1038/s41564-019-0435-4.

2. Бобрышева О.В., Писаренко С.В., Ковалев Д.А., Семенова О.В., Рязанова А.Г. Геномная характеристика штаммов Bacillus anthracis, выделенных в Центральном федеральном округе в 2023 году. В кн.: Куличенко А.Н., редактор. Актуальные проблемы болезней, общих для человека и животных: материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Ставрополь; 2024. С. 172–3.

3. Braun P., Grass G., Aceti A., Serrecchia L., Affuso A., Marino L., Grimaldi S., Pagano S., Hanczaruk M., Georgi E., Northoff B., Schöler A., Schloter M., Antwerpen M., Fasanella A. Microevolution of anthrax from a young ancestor (M.A.Y.A.) suggests a soil-borne life cycle of Bacillus anthracis. PLoS One. 2015; 10(8):e0135346. DOI: 10.1371/journal.pone.0135346.

4. Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., Korobeynikov A. Using SPAdes de novo assembler. Curr. Protoc. Bioinformatics. 2020; 70(1):e102. DOI: 10.1002/cpbi.102.

5. Mikheenko A., Prjibelski A., Saveliev V., Antipov D., Gurevich A. Versatile genome assembly evaluation with QUASTLG. Bioinformatics. 2018; 34(13):i142-i150. DOI: 10.1093/ bioinformatics/bty266.

6. Tanizawa Y., Fujisawa T., Nakamura Y. DFAST: a flexible prokaryotic genome annotation pipeline for faster genome publication. Bioinformatics. 2018; 34(6):1037–9. DOI: 10.1093/bioinformatics/ btx713.

7. Kille B., Nute M.G., Huang V., Kim E., Phillippy A.M., Treangen T.J. Parsnp 2.0: scalable core-genome alignment for massive microbial datasets. Bioinformatics. 2024; 40(5):btae311. DOI: 10.1093/bioinformatics/btae311.

8. Bouckaert R., Vaughan T.G., Barido-Sottani J., Duchêne S., Fourment M., Gavryushkina A., Heled J., Jones G., Kühnert D., De Maio N., Matschiner M., Mendes F.K., Müller N.F., Ogilvie H.A., du Plessis L., Popinga A., Rambaut A., Rasmussen D., Siveroni I., Suchard M.A., Wu C.H., Xie D., Zhang C., Stadler T., Drummond A.J. BEAST 2.5: An advanced software platform for Bayesian evolutionary analysis. PLoS Comput. Biol. 2019; 15(4):e1006650. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006650.

9. Bertels F., Silander O.K., Pachkov M., Rainey P.B., van Nimwegen E. Automated reconstruction of whole-genome phylogenies from short-sequence reads. Mol. Biol. Evol. 2014; 31(5):1077–88. DOI: 10.1093/molbev/msu088.

10. Darriba D., Posada D., Kozlov A.M., Stamatakis A., Morel B., Flouri T. ModelTest-NG: a new and scalable tool for the selection of DNA and protein evolutionary models. Mol. Biol. Evol. 2020; 37(1):291–4. DOI: 10.1093/molbev/msz189.

11. Luo A., Qiao H., Zhang Y., Shi W., Ho S.Y., Xu W., Zhang A., Zhu C. Performance of criteria for selecting evolutionary models in phylogenetics: a comprehensive study based on simulated datasets. BMC Evol. Biol. 2010; 10:242. DOI: 10.1186/1471-2148-10-242.

12. Rambaut A. 2014. FigTree version 1.4.2. [Электронный ресурс]. URL: http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree.

13. 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.

14. Shevtsov A., Lukhnova L., Izbanova U., Vernadet J.-P., Kuibagarov M., Amirgazin A., Ramankulov Y., Vergnaud G. Bacillus anthracis phylogeography: new clues from Kazakhstan, Central Asia. Front. Microbiol. 2021; 12:778225. DOI: 10.3389/fmicb.2021.778225.

15. Timofeev V., Bakhteeva I., Khlopova K., Mironova R., Titareva G., Goncharova Y., Solomentsev V., Kravchenko T., Dyatlov I., Vergnaud G. New research on the Bacillus anthracis genetic diversity in Siberia. Pathogens. 2023; 12(10):1257. DOI: 10.3390/ pathogens12101257.