Молекулярно-генетическая характеристика штаммов Brucella abortus из Джидинского района Республики Бурятия, изолированных при эпизоотической активизации бруцеллеза в 2023–2024 гг.

Цель исследования – выявление генетических особенностей и возможного происхождения штаммов Brucella abortus, вызвавших эпизоотическую вспышку бруцеллеза в Республике Бурятия в 2023–2024 гг.
Материалы и методы. Исследуемые штаммы B. abortus, выделенные из патологоанатомического материала от крупного рогатого скота в Республике Бурятия в 2023–2024 гг. на территории, пограничной с Монголией, изучили бактериологически, с последующим секвенированием ДНК возбудителя и биоинформатическим анализом геномов. Проведен байесовский филогенетический анализ в BEAST v2.7.5.
Результаты и обсуждение. Геномы штаммов охарактеризованы, проведен сравнительный анализ вариабельности штаммов с вакцинным B. abortus 82 и штаммами, выделенными в Монголии в 1999 и 2014 гг. Установлено, что все исследуемые штаммы относятся к одной клональной ветви B. abortus сиквенс-типа 2. Группа штаммов B. abortus вспышки 2023–2024 гг. появилась около 58 лет назад (95% HPD: 31,2–86,7) и близкородственна штаммам, выделенным на территории Монголии в 1999 и 2014 гг. Эволюционная скорость этой группы составила 1,8·10^–7 замен на сайт в год (95% HPD: 2,5·10^–8 – 1,84·10^–6 замен на сайт в год). Уникальной мутацией, отличающей группу штаммов вспышки от штаммов B. abortus 82 и штаммов из Монголии, является дефект гена rbsB, вызванный мутацией с появлением стоп-кодона внутри рамки считывания. Этот ген участвует в энергозависимом переносе внеклеточной D-рибозы внутрь клетки и потенциально может снижать способность бактерии размножаться внутри клеток хозяина. В результате проведенного молекулярно-генетического исследования установлены причины и пути возникновения вспышки бруцеллеза среди крупного рогатого скота в Республике Бурятия в 2023–2024 гг.

1. Онищенко Г.Г., Куличенко А.Н., редакторы. Бруцеллез. Современное состояние проблемы. Изд. 2-е, доп. Н. Новгород: Союзполиграф: Кириллица; 2021. 356 c.

2. Захарова О.И., Бурова О.А., Яшин И.В., Блохин А.А. Эпизоотическая ситуация по бруцеллезу животных в Российской Федерации (обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2023; 24(1):20–9. DOI: 10.30766/2072-9081.2023.24.1.20-29.

3. Пономаренко Д.Г., Матвиенко А.Д., Хачатурова А.А., Жаринова И.В., Скударева О.Н., Транквилевский Д.В., Логвиненко О.В., Ракитина Е.Л., Костюченко М.В., Кондратьева Ю.В., Малецкая О.В., Куличенко А.Н. Анализ ситуации по бруцеллезу в мире и Российской Федерации. Проблемы особо опасных инфекций. 2024; (2):36–50. DOI: 10.21055/0370-1069-2024-2-36-50.

4. De Coster W., Rademakers R. NanoPack2: population-scale evaluation of long-read sequencing data. Bioinformatics. 2023; 39(5):btad311. DOI: 10.1093/bioinformatics/btad311.

5. Kolmogorov M., Yuan J., Lin Y., Pevzner P.A. Assembly of long, error-prone reads using repeat graphs. Nat. Biotechnol. 2019; 37(5):540–6. DOI: 10.1038/s41587-019-0072-8.

6. Manni M., Berkeley M.R., Seppey M., Simão F.A., Zdobnov E.M. BUSCO update: Novel and streamlined workflows along with broader and deeper phylogenetic coverage for scoring of eukaryotic, prokaryotic, and viral genomes. Mol. Biol. Evol. 2021; 38(10):4647– 54. DOI: 10.1093/molbev/msab199.

7. Schwengers O., Jelonek L., Dieckmann M.A., Beyvers S., Blom J., Goesmann A. Bakta: rapid and standardized annotation of bacterial genomes via alignment-free sequence identification. Microb. Genom. 2021; 7(11):000685. DOI: 10.1099/mgen.0.000685.

8. Cingolani P., Platts A., Wang L.L., Coon M., Nguyen T., Wang L., Land S.J., Lu X., Ruden D.M. A program for annotating and predicting the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila melanogaster strain w1118; iso-2; iso-3. Fly (Austin). 2012; 6(2):80–92. DOI: 10.4161/fly.19695.

9. Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018; 3:124. DOI: 10.12688/wellcomeopenres.14826.1.

10. Janke N.R., Williamson C.H.D., Drees K.P., Suárez-Esquivel M., Allen A.R., Ladner J.T., Quance C.R., Robbe-Austerman S., O’Callaghan D., Whatmore A.M., Foster J.T. Global phylogenomic diversity of Brucella abortus: spread of a dominant lineage. Front. Microbiol. 2023; 14:1287046. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1287046.

11. Croucher N.J., Page A.J., Connor T.R., Delaney A.J., Keane J.A., Bentley S.D., Parkhill J., Harris S.R. Rapid phylogenetic analysis of large samples of recombinant bacterial whole genome sequences using Gubbins. Nucleic Acids Res. 2015; 43(3):e15. DOI: 10.1093/nar/gku1196.

12. Schliep K.P. Phangorn: phylogenetic analysis in R. Bioinformatics. 2011; 27(4):592–3. DOI: 10.1093/bioinformatics/btq706.

13. 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.

14. Nguyen L.T., Schmidt H.A., von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: a fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies. Mol. Boil. Evol. 2015; 32(1):268– 74. DOI: 10.1093/molbev/msu300.

15. Duchene S., Lemey P., Stadler T., Ho S.Y.W., Duchene D.A., Dhanasekaran V., Baele G. Bayesian evaluation of temporal signal in measurably evolving populations. Mol. Biol. Evol. 2020; 37(11):3363–79. DOI: 10.1093/molbev/msaa163.

16. Kass R.E., Raftery A.E. Bayes factors. J. Am. Stat. Assoc. 1995; 90(430):773–95. DOI: 10.1080/01621459.1995.10476572.

17. Whatmore A.M., Perrett L.L., MacMillan A.P. Characterisation of the genetic diversity of Brucella by multilocus sequencing. BMC Microbiol. 2007; 7:34. DOI: 10.1186/1471-2180-7-34.

18. Yang C., Gao J., Xian R., Liu X., Kuai W., Yin C., Fan H., Tian J., Ma X., Ma J. Molecular epidemiology of Brucella abortus isolated from the environment in Ningxia Hui autonomous region, China. Infect. Genet. Evol. 2024; 123:105635. DOI: 10.1016/j.meegid.2024.105635.

19. Tan Q., Wang Y., Liu Y., Tao Z., Yu C., Huang Y., Yang X., Ying X., Hu Y., Li S. Molecular epidemiological characteristics of Brucella in Guizhou Province, China, from 2009 to 2021. Front. Microbiol. 2023; 14:1188469. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1188469.

20. Xue H., Li J., Ma L., Yang X., Ren L., Zhao Z., Wang J., Zhao Y., Zhao Z., Zhang X., Liu Z., Li Z. Seroprevalence and molecular characterization of Brucella abortus from the himalayan marmot in Qinghai, China. Infect. Drug Resist. 2023; 16:7721–34. DOI: 10.2147/IDR.S436950.

21. Kamath P.L., Foster J.T., Drees K.P., Luikart G., Quance C., Anderson N.J., Clarke P.R., Cole E.K., Drew M.L., Edwards W.H., Rhyan J.C., Treanor J.J., Wallen R.L., White P.J., Robbe-Austerman S., Cross P.C. Genomics reveals historic and contemporary transmission dynamics of a bacterial disease among wildlife and livestock. Nat. Commun. 2016; 7:11448. DOI: 10.1038/ncomms11448.

22. Duchêne S., Holt K.E., Weill F.X., Le Hello S., Hawkey J., Edwards D.J., Fourment M., Holmes E.C. Genome-scale rates of evolutionary change in bacteria. Microb. Genom. 2016; 2(11):e000094. DOI: 10.1099/mgen.0.000094.

23. Salmakov K.M., Fomin A.M., Plotnikova E.M., Safina G.M., Galimova G.M., Salmakova A.V., Ivanov A.V., Panin A.N., Sklyarov O.D., Shumilov K.V., Klimanov A.I. Comparative study of the immunobiological properties of live brucellosis vaccines. Vaccine. 2010; 28 Suppl 5:F35-40. DOI: 10.1016/j.vaccine.2010.03.050.

24. Reimer A., Maffenbeier V., Dubey M., Sentchilo V., Tavares D., Gil M.H., Beggah S., van der Meer J.R. Complete alanine scanning of the Escherichia coli RbsB ribose binding protein reveals residues important for chemoreceptor signaling and periplasmic abundance. Sci. Rep. 2017; 7(1):8245. DOI: 10.1038/s41598-017-08035-5.