Система MLVA14-типирования Yersinia pseudotuberculosis на основе мультилокусного анализа вариабельного числа тандемных повторов

Бактерия Yersinia pseudotuberculosis – этиологический агент псевдотуберкулеза, природно-очагового заболевания, регистрируемого в разных регионах мира. Штаммы псевдотуберкулезного микроба характеризуются значительным генетическим разнообразием и отличаются по патогенности и способности вызывать групповые и спорадические заболевания у человека. С 2022 г. на территории Российской Федерации выявлено 1090 случаев заражения псевдотуберкулезом, однако уровень заболеваемости остается все еще недооцененным. Современный уровень развития молекулярно-генетических технологий способствует разработке высокоэффективных методов детекции и дифференциации штаммов Y. pseudotuberculosis.
Цель исследования – разработка эффективной системы MLVA14-типирования для проведения внутривидовой генетической дифференциации Y. pseudotuberculosis, основанной на мультилокусном VNTR-анализе.
Материалы и методы. Проведен молекулярно-генетический и филогенетический анализ, а также O-генотипирование in silico 94 штаммов Y. pseudotuberculosis на основе их нуклеотидных последовательностей, депонированных в базе данных NCBI RefSeq.
Результаты и обсуждение. Установлена серологическая принадлежность, определен набор факторов патогенности и отношение к генетической группе, охарактеризованы филогенетические связи использованных в работе штаммов Y. pseudotuberculosis. Выявлено 14 ранее не описанных VNTR-локусов, отличающихся по свойствам и дискриминационной способности. При помощи веб-сервиса Primer-BLAST для обнаруженных молекулярных мишеней сконструированы фланкирующие праймеры. Методом in silico проведено MLVA-типирование штаммов и построена кладограмма родственных связей, показывающая, что разработанный способ MLVA14 дискриминирует близкородственные штаммы Y. pseudotuberculosis на те же группы, что и полногеномный SNP-анализ, но при помощи меньшего количества молекулярных мишеней. Разработанный способ MLVA14-типирования имеет высокую эффективность для проведения внутривидовой генетической дифференциации штаммов возбудителя псевдотуберкулеза.

1. Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика опасных инфекционных болезней: Практическое руководство. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: ЗАО «Шико»; 2013. 560 с.

2. Skurnik M., Peippo A., Ervelä E. Characterization of the O-antigen gene clusters of Yersinia pseudotuberculosis and the cryptic O-antigen gene cluster of Yersinia pestis shows that the plague bacillus is most closely related to and has evolved from Y. pseudotuberculosis serotype O:1b. Mol. Microbiol. 2000; 37(2):316–30. DOI: 10.1046/j.1365-2958.2000.01993.x.

3. Bogdanovich T., Carniel E., Fukushima H., Skurnik M. Use of O-antigen gene cluster-specific PCRs for the identification and O-genotyping of Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis. J. Clin. Microbiol. 2003; 41(11):5103–12. DOI: 10.1128/JCM.41.11.5103-5112.2003.

4. Ch’ng S.L., Octavia S., Xia Q., Duong A., Tanaka M.M., Fukushima H., Lan R. Population structure and evolution of pathogenicity of Yersinia pseudotuberculosis. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77(3):768–75. DOI: 10.1128/AEM.01993-10.

5. Fukushima H., Matsuda Y., Seki R., Tsubokura M., Takeda N., Shubin F.N., Paik I.K., Zheng X.B. Geographical heterogeneity between Far Eastern and Western countries in prevalence of the virulence plasmid, the superantigen Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen, and the high-pathogenicity island among Yersinia pseudotuberculosis strains. J. Clin. Microbiol. 2001; 39(10):3541–7. DOI: 10.1128/JCM.39.10.3541-3547.2001.

6. Laukkanen-Ninios R., Didelot X., Jolley K.A., Morelli G., Sangal V., Kristo P., Brehony C., Imori P.F., Fukushima H., Siitonen A., Tseneva G., Voskressenskaya E., Falcao J.P., Korkeala H., Maiden M.C., Mazzoni C., Carniel E., Skurnik M., Achtman M. Population structure of the Yersinia pseudotuberculosis complex according to multilocus sequence typing. Environ. Microbiol. 2011; 13(12):3114– 27. DOI: 10.1111/j.1462-2920.2011.02588.x.

7. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2024 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; 2025. 424 с.

8. Тимченко Н.Ф., Попов А.Ф., Андрюков Б.Г. Актуальные вопросы микробиологии, клиники и диагностики дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки, вызванной Yersinia pseudotuberculosis. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015; (2):94–100.

9. Dudina M., Søgaard K.K., Deleuran T., Joensen K.G., Frøkjær J.B., Nielsen H.L. A rare Danish case of Yersinia pseudotuberculosis pyogenic liver abscess. Clin. Case Rep. 2022; 10(10):e6464. DOI: 10.1002/ccr3.6464.

10. Zewude R.T., Stefanovic A., Alem Z. Yersinia pseudotuberculosis bacteraemia with splenic abscesses: a case report. Access Microbiol. 2023; 5(9):000525.v3. DOI: 10.1099/acmi.0.000525.v3.

11. Wang Y., Xiang Y., Lei C., Zheng X., Wu W., Zhang Z., Qu X. Liver abscess and splenic infarction due to Yersinia pseudotuberculosis bloodstream infection: a case report. BMC Inf. Dis. 2024; 24(1):1415. DOI: 10.1186/s12879-024-10325-z.

12. Ohnishi T., Nakazawa M., Wada N., Abe J., Kamimaki I. Yersinia pseudotuberculosis infection accompanied by intussusception and incomplete Kawasaki disease in a 7-year-old girl. Keio J. Med. 2022; 71(2):50–2. DOI: 10.2302/kjm.2021-0002-CR.

13. Ebrahimi K., Nabilou P., Steineck I.I.K. [Far East scarletlike fever in a Caucasian man with Yersinia pseudotuberculosis bacteriaemia]. Ugeskr. Laeger. 2022; 184(1):V06210523.

14. Yokoyama K., Sakabe M., Mamada M. A case of refractory Kawasaki disease with Yersinia pseudotuberculosis infection successfully treated with cefotaxime following immunosuppressive therapy. Cureus. 2024; 16(11):e73866. DOI: 10.7759/cureus.73866.

15. Трухачев А.Л., Мелоян М.Г., Воскресенская Е.А., Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Подладчикова О.Н., Писанов Р.В., Чеснокова М.В., Рыкова В.А., Кузнецова Д.А., Климов В.Т., Кокорина Г.И., Богумильчик Е.А. INDEL-типирование штаммов Yersinia pseudotuberculosis. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; (4):102–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-4-102-109.

16. Halkilahti J., Haukka K., Siitonen A. Genotyping of outbreak-associated and sporadic Yersinia pseudotuberculosis strains by novel multilocus variable-number tandem repeat analysis (MLVA). J. Microbiol. Methods. 2013; 95(2):245–50. DOI: 10.1016/j.mimet. 2013.09.007.

17. Kenyon J.J., Cunneen M.M., Reeves P.R. Genetics and evolution of Yersinia pseudotuberculosis O-specific polysaccharides: a novel pattern of O-antigen diversity. FEMS Microbiol. Rev. 2017; 41(2):200–17. DOI: 10.1093/femsre/fux002.

18. Buza K., Wilczynski B., Dojer N. RECORD: referenceassisted genome assembly for closely related genomes. Int. J. Genomics. 2015; 2015:563482. DOI: 10.1155/2015/563482.

19. Selander R.K., Caugant D.A., Ochman H., Musser J.M., Gilmour M.N., Whittam T.S. Methods of multilocus enzyme electrophoresis for bacterial population genetics and systematics. Appl. Environ. Microbiol. 1986; 51(5):873–84. DOI: 10.1128/aem.51.5.873-884.1986.

20. Hunter P.R., Gaston M.A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson’s index of diversity. J. Clin. Microbiol. 1988; 26(11):2465–6. DOI: 10.1128/jcm.26.11.2465-2466.1988.

21. Ерошенко Г.А., Джапарова А.К., Никифоров К.А., Сидорин А.С., Куклева Л.М., Червякова Н.С., Краснов Я.М. Филогения и свойства штаммов Yersinia pseudotuberculosis из Аксайского высокогорного и Прибалхашского пустынного очагов чумы. Проблемы особо опасных инфекций. 2024; (3):96–102. DOI: 10.21055/0370-1069-2024-3-96-102.

22. Ward Jr J.H. Hierarchical grouping to optimize an objective function. J. Am. Stat. Assoc. 1963; 58(301):236–44. DOI: 10.1080/01621459.1963.10500845.