Научная статья на тему 'Филогенетический анализ геномов штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области'

Филогенетический анализ геномов штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
90
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
VIBRIO CHOLERAE / ПОЛНОГЕНОМНОЕ СЕКВЕНИРОВАНИЕ / СРАВНИТЕЛЬНАЯ ГЕНОМИКА VIBRIO CHOLERAE / FULL GENOME SEQUENCING / VIBRIO CHOLERAE COMPARATIVE GENOMICS

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Кулешов К. В., Маркелов М. Л., Дедков В. Г., Водопьянов С. О., Водопьянов А. С.

Цель. Определение происхождения двух штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области, с использованием данных полногеномного секвенирования. Материалы и методы. Исследовали токсигенный штамм 2011EL-301 V. cholerae O1 Эль-Тор Inaba №301 (ctxAB+, tcpA+) и нетоксигенный штамм V. cholerae О1 Ogawa P-18785 (ctxAB -, tcpA+). Секвенирование проводили на платформе MiSeq. Филогенетический анализ полученных геномов проведен на основе сравнения консервативной части исследуемых и ранее секвенированных 54 геномов. Результаты. Геном штамма 2011EL-301 был представлен 164 контигами со средним покрытием 100, показатель N50 составил 132 тыс. п.о., для штамма P-18785-159 контигами с покрытием 69, N50 83 тыс. п.о. Полученные контиги для штамма 2011EL-301 депонированы в базах данных DDBJ/EMBL/GenBank с номером доступа AJFN02000000, для штамма P-18785 ANHS00000000. Было выявлено 716 белок-кодирующих ортологичных генов. По результатам филогенетического анализа штамм P-18785 относится к субгруппе PG-1 (группа штаммов-предшественников 7 пандемии). Штамм 2011EL-301 относится к группе штаммов 7 пандемии и включается в кластер с поздними изолятами, которые ассоциированы со случаями холеры в ЮАР и случаями заноса холеры в США из Пакистана. Заключение. Полученные данные позволили установить филогенетические связи с ранее выделенными штаммами V. cholerae.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Кулешов К. В., Маркелов М. Л., Дедков В. Г., Водопьянов С. О., Водопьянов А. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHYLOGENETIC ANALYSIS OF GENOMES OF VIBRIO CHOLERAE STRAINS ISOLATED ON THE TERRITORY OF ROSTOV REGION

Aim. Determination of origin of 2 Vibrio cholerae strains isolated on the territory of Rostov region by using full genome sequencing data. Materials and methods. Toxigenic strain 2011EL-301 V. cholerae O1 El Tor Inaba No. 301 (ctxAB+, tcpA+) and nontoxigenic strain V. cholerae О1 Ogawa P-18785 (ctxAB-, tcpA+) were studied. Sequencing was carried out on the MiSeq platform. Phylogenetic analysis of the genomes obtained was carried out based on comparison of conservative part of the studied and 54 previously sequenced genomes. Results. 2011EL-301 strain genome was presented by 164 contigs with an average coverage of100, N50 parameter was 132 kb, for strain P-18785 159 contigs with a coverage of69, N50 83 kb. The contigs obtained for strain 2011EL-301 were deposited in DDBJ/EMBL/GenBank databases with access code AJFN02000000, for strain P-18785 ANHS00000000. 716 protein-coding orthologous genes were detected. Based on phylogenetic analysis strain P-18785 belongs to PG-1 subgroup (a group of predecessor strains of the 7 th pandemic). Strain 2011EL-301 belongs to groups of strains of the 7 th pandemic and is included into the cluster with later isolates that are associated with cases of cholera in South Africa and cases of import of cholera to the USA from Pakistan. Conclusion. The data obtained allows to establish phylogenetic connections with V. cholerae strains isolated earlier.

Текст научной работы на тему «Филогенетический анализ геномов штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области»

МОЛЕКУЛЯРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2013

К.В.Кулешов1, М.Л.Маркелов3, В.Г. Дедков2, С.О. Водопьянов2, А.С. Водопьянов2, А.В.Керманов2, Р.В.Писанов2, В.Д.Кругликов2, А.Б.Мазрухо2, В.В.Малеев1, Г.А.Шипулин1

ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНОМОВ ШТАММОВ VIBRIO CHOLERAE, ВЫДЕЛЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Центральный НИИ эпидемиологии, Москва; 2Ростовский научно-исследовательский противочумный институт, Ростов-на-Дону; 3НИИ медицины труда, Москва

Цель. Определение происхождения двух штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области, с использованием данных полногеномного секвенирования. Материалы и методы. Исследовали токсигенный штамм 2011EL-301 — V. cholerae O1 Эль-Тор Inaba №301 (ctxAB+, tcpA+) и нетоксигенный штамм V. cholerae О1 Ogawa P-18785 (ctxAB-, tcpA+). Секвенирование проводили на платформе MiSeq. Филогенетический анализ полученных геномов проведен на основе сравнения консервативной части исследуемых и ранее секвенированных 54 геномов. Результаты. Геном штамма 2011EL-301 был представлен 164 контигами со средним покрытием 100, показатель N50 составил 132 тыс. п.о., для штамма P-18785-159 контигами с покрытием 69, N50 — 83 тыс. п.о. Полученные контиги для штамма 2011EL-301 депонированы в базах данных DDBJ/EMBL/GenBank с номером доступа AJFN02000000, для штамма P-18785 — ANHS00000000. Было выявлено 716 белок-кодирующих ортологичных генов. По результатам филогенетического анализа штамм P-18785 относится к субгруппе PG-1 (группа штаммов-предшественников 7 пандемии). Штамм 2011EL-301 относится к группе штаммов 7 пандемии и включается в кластер с поздними изолятами, которые ассоциированы со случаями холеры в ЮАР и случаями заноса холеры в США из Пакистана. Заключение. Полученные данные позволили установить филогенетические связи с ранее выделенными штаммами V. cholerae.

Журн. микробиол., 2013, № 6, С. 13—20

Ключевые слова: Vibrio cholerae, полногеномное секвенирование, сравнительная геномика Vibrio cholerae

K.V.Kuleshov1, M.L.Markelov3, V.G.Dedkov2, S.O.Vodopianov2, A.S.Vodopianov2, A.V.Kermanov2, R.V.Pisanov2, V.D.Kruglikov2, A.B.Mazrukho2, V.V.Maleev1, G.A.Shipulin1

PHYLOGENETIC ANALYSIS OF GENOMES OF VIBRIO CHOLERAE STRAINS ISOLATED ON THE TERRITORY OF ROSTOV REGION

1Central Research Institute of Epidemiology, Moscow; 2Rostov Research Institute of Plague

Control, Rostov-on-Don; 3Research Institute of Occupational Health, Moscow, Russia

Aim. Determination of origin of 2 Vibrio cholerae strains isolated on the territory of Rostov region by using full genome sequencing data. Materials and methods. Toxigenic strain 2011EL-301 V. cholerae O1 El Tor Inaba No. 301 (ctxAB+, tcpA+) and nontoxigenic strain V. cholerae О1 Ogawa P-18785 (ctxAB-, tcpA+) were studied. Sequencing was carried out on the MiSeq platform. Phylogenetic analysis of the genomes obtained was carried out based on comparison of conservative part of the studied and 54 previously sequenced genomes. Results. 2011EL-301 strain genome was presented by 164 contigs with an average coverage of100, N50 parameter was 132 kb, for strain P-18785 — 159 contigs with a coverage of69, N50 — 83 kb. The contigs obtained for strain 2011EL-301 were deposited in DDBJ/EMBL/GenBank databases with access code AJFN02000000, for strain P-18785 — ANHS00000000. 716 protein-coding orthologous genes were detected. Based on phylogenetic analysis strain P-18785 belongs to PG-1 subgroup (a group of predecessor strains

of the 7th pandemic). Strain 2011EL-301 belongs to groups of strains of the 7th pandemic and is included into the cluster with later isolates that are associated with cases of cholera in South Africa and cases of import of cholera to the USA from Pakistan. Conclusion. The data obtained allows to establish phylogenetic connections with V. cholerae strains isolated earlier.

Zh. Mikrobiol. (Moscow), 2013, No. 6, P. 13—20

Key words: Vibrio cholerae, full genome sequencing, Vibrio cholerae comparative genomics ВВЕДЕНИЕ

Первое десятилетие XXI века характеризуется крупными эпидемиями и вспышками холеры в странах Карибского региона, Африки и Азии с ежегодными заносами инфекции из эндемичных регионов, что создает нестабильную эпидемиологическую ситуацию по всему миру, в том числе и в России [1]. При этом происходит постоянная эволюционная адаптация возбудителя холеры, которая отражается в возникновении новых вариантов с повышенной вирулентностью [3]. В связи с этим становится актуальным выяснение особенностей генетической организации генома холерного вибриона, что будет способствовать лучшему пониманию происхождения и гипервариабельности генома, а также станет основой для разработки современных подходов генодиагностики в целях эпидемиологического надзора.

Особую роль для генетической характеристики бактериальных патогенов в системе молекулярно-генетических методов анализа приобрели подходы, основанные на принципах массового параллельного секвенирования нуклеиновых кислот [5]. Их неоспоримое преимущество заключается в получении исчерпывающей информации о бактериальном геноме, позволяющей решить ряд фундаментальных и практических вопросов. Так, в ряде работ проведено изучение закономерностей в эволюции Vibrio cholerae El Tor O1, отражено понимание эпидемического процесса 7 пандемии, который протекает в настоящее время [7, 8, 11]. Генетические различия между циркулирующими вариантами могут быть использованы в качестве генетических маркеров для исследования многочисленных вопросов практической эпидемиологии, таких как определение клональной структуры популяции бактерий и расследования вспышек инфекционных заболеваний. Наглядными примерами этого служат работы по анализу вспышки холеры и определению возможных путей заноса инфекции на Гаити [6, 13].

Основная цель настоящей работы заключалась в определении происхождения двух штаммов V. cholerae, выделенных на территории Ростовской области, с использованием данных полногеномного секвенирования.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования были два штамма холерных вибрионов, выделенные в Ростовской области. Штамм V cholerae O1 Эль-Тор Inaba № 301 ctxAB+, tcpA+ (2011EL-301) выделен из морской воды Азовского моря в районе г. Таганрог в августе 2011 г. Штамм V. cholerae О1 Ogawa P-18785 ctxAB-, tcpA+ (P-18785) выделен в 2005 г. от человека во время вспышки холеры в Каменском районе Ростовской области [2] .

Геномная ДНК штаммов предоставлена из Музея живых культур Ростовского НИПЧИ. Для выделения ДНК штаммы выращивали 18 ч при 37°С на щелочном агаре. ДНК выделяли путем лизиса гуанидин тиоцианатом с последующим осаждением изопропанолом. Впоследствии полученный осадок дважды промывали 70° этанолом и растворяли в ТЕ-буфере.

Библиотеки геномной ДНК исследуемых штаммов V cholerae 2011EL-301 и P-18785 с размером 300 — 400 п.о. получали методом физического фрагментирования геномной ДНК, дальнейшее приготовление осуществляли с применением набора реагентов TruSeq (Illumina, США). Массовое параллельное секвенирование ДНК-библиотек

проводили на платформе MiSeq (Illumina, США). Последующую фильтрацию парно-концевых чтений по качеству секвенированных нуклеотидов, удаление адаптеров и сборку результирующих протяженных нуклеотидных последовательностей (контигов) из исходных чтений проводили с использованием программного обеспечения CLC Genomics Workbench v5.0.1. (CLCbio, Дания). Параметры сборки контигов были оптимизированы для получения высоких значений N50. Мы использовали показатель N50, поскольку он является наиболее оптимальным критерием, который отражает качество сборки контигов из полученных чтений. Показатель N50 подразумевает под собой максимальную длину контига, при которой 50% всех секвенированных нуклеотидов находятся в контигах не менее данной длины. Поиск открытых рамок считывания осуществляли с использованием программного обеспечения Glimmer3 [9]. Аннотацию проводили с использованием ресурса «Integrated Microbial Genomes (IMG) system».

Филогенетический анализ полученных геномов был проведен на основе сравнения с ранее секвенированными 54 геномами Vcholerae, депонированными в GenBank. Поскольку количество найденных ортологичных генов варьирует между эволюцион-но отдаленными группами штаммов, то данный анализ был проведен в 2 этапа. На первом этапе были проанализированы все 56 геномов (2 исследуемых и 54 дополнительных). На втором этапе поиск и анализ ортологичных генов проводили только внутри группы штаммов 7 пандемии. Определение групп аминокислотных последовательностей, кодируемых ортологичными генами, среди анализируемых геномов V. cholerae проводили с помощью взаимного сравнения с использованием модуля Blastp программы Blast v2.2.27+ [4] и программы OrthoMCL [12] со следующими параметрами: порог гомологии в группе последовательностей — меньше 1E-5 и параметр кластеризации — 1,5. Впоследствии внутри каждой из найденных групп последовательностей проводили множественное выравнивание с использованием программы Muscle [10]. Полученные выравнивания были отсортированы согласно следующим критериям: взаимное перекрывание аминокислотных последовательностей в группе должно составлять не менее 85%; в каждом выравнивании должны присутствовать последовательности всех 56 геномов; последовательность, относящиеся к каждому из 56 геномов, должна быть представлена один раз. Далее на основе выбранных групп аминокислотных последовательностей формировали группы нуклеотидных последовательностей и повторяли множественное выравнивание. Полученные множественные выравнивания объединяли в общее, которое в дальнейшем использовали для проведения филогенетического анализа в программе Mega v5 [14]. Эволюционные дистанции рассчитывали с использованием двупараметрической модели Кимуры. Позиции в выравнивании, содержащие делеции и вырожденные нуклеотиды, исключали из анализа. Филогенетическое дерево по рассчитанной матрице дистанций строили с использованием метода Neighbor-Joining. Достоверность топологии дерева подтверждали bootstrap-анализом (1000 повторов).

РЕЗУЛ ЬТАТЫ

В результате секвенирования и сборки de novo для штамма 2011EL-301 получено 163 контига, в среднем, каждый нуклеотид отдельного контига был прочитан 100 раз (т.е. среднее покрытие на контиг составило 100), показатель N50 составил 132 тыс. п.о. В свою очередь, для штамма P-18785 получено 159 контигов, среднее покрытие на контиг составило 69, а N50 — 83 тыс. п.о. Общая протяженность всех контигов для генома штамма 2011EL-301 составила 4 008 237 п.о., а для P-18785 — 3 984 281 п.о.

Аннотация набора полученных контигов генома штамма 2011EL-301 позволила идентифицировать 3699 генов общей длиной 354 6481 п.о., что составляет 88,7% от общей длины контигов. Среди 3699 кодирующих последовательностей 479 (12,95%) аннотированы как гипотетические белки. В свою очередь, геном V. cholerae P-18785 кодирует 3659 генов общей длиной 3 525 342 п.о., что составляет 88,48% общей длины контигов. Из 3659 кодирующих последовательностей 512 (13,99%) — гипотетические

белки. Анализ распределения количества генов, принадлежащих к определенным функциональным категориям, на основании идентифицированных кластеров орто-логичных генов между 2011EL-301, Р-18785 и референс-геномами — 2010EL-1786 и N16961, не выявил значительных различий.

Нуклеотидные последовательности депонированы в базах данных DDJ/EMBL/ GenBank для V сИо1егае 01 Е1Тог 1паЬа 301 (2011EL-301) номер доступа AJFN00000000 (версия генома, представленная в этой статье, является второй версией, AJFN02000000), для V. сИо1егае О1 0gava Р-18785 номер доступа ANHS00000000.

В результате сравнения аминокислотных последовательностей 56 геномов V. сИо-1егае выявлено 716 ортологичных генов, при этом общая длина выравнивания составила ~686 000 п.о. Количество вариабельных позиций в выравнивании составило 43 874 (~6%). Филогенетический анализ показал существование пяти основных групп штаммов в эволюции холерных вибрионов, что согласуется с результатами предыдущего исследования [7] (рис. 1).

Группа поп01/поп0139 включает 12 штаммов, которые были выделены из окружающей среды и не относятся к серогруппам 01 и 0139. Другие 34 штамма формируют PG-группу (Phy1oGroup), состоящую из клинических штаммов О1 и О139 серо-групп, а также клинического штамма М010 (Мадрас, 1992 г.), который предположительно приобрел детерминанты 0139 антигена с помощью горизонтального переноса [15]. Штаммы внутри PG-группы подразделяют на подгруппы PG-1 и PG-2. Подгруппа PG-2 включает штаммы серогруппы 01 и 037. Группа PG-1 включает клинические изоляты биовара Эль-Тор и подразделяется на монофилетическую группу штаммов 7 пандемии (подгруппа 7Р) — 34 штамма и 7 штаммов, выделенных до 7 пандемии, но эволюционно близких к предшественникам подгруппы 7Р.

Штамм Р-18785 располагается в подгруппе PG-1 и относится к предшественникам штаммов 7 пандемии (рис.1). Результаты также подтверждаются отсутствием регионов VSP-1, VSP-2, которые являются маркером штаммов, выделенных во время 7 пандемии. Несмотря на то, что Р-18785 образует отдельную ветвь, наиболее близкими к нему являются штаммы 2740-80 и 3569-08. При этом штамм 2740-80 относится к не-токсигенным штаммам V. сИо1егае (1;срА+, йхАВ-) и был выделен из окружающей среды на побережье Мексиканского залива в 1980 г. В свою очередь, штамм 3569-08, выделенный в 2008 г. в том же регионе из окружающей среды, является наиболее близким по консервативной части генома к штамму 2740-80, однако несет «островки» патогенности "УР1-1 и "УР1-2, а также профаг СТХф [13], что указывает на клональное родство штаммов, выделенных в разное время на одной территории, и отражает процессы горизонтального переноса генетических элементов при формировании патогенных штаммов V сИо1егае в окружающей среде.

Поскольку секвенированный штамм 2011EL-301 принадлежит к монофилетиче-ской группе штаммов 7 пандемии, мы провели дополнительный анализ на основе выявления групп ортологичных генов с целью увеличения разрешающей способности филогенетического анализа. В ходе анализа было выявлено 1765 ортологичных генов внутри 34 геномов группы штаммов 7 пандемии, при этом только 226 генов содержали 446 вариабельных позиций (~ 0,06%). Общая длина выравнивания с использованием 226 белок-кодирующих генов составила ~328 351 п.о. Секвенированный штамм 2011EL-301 располагается в одном кластере со штаммами 3582-05 (2005 г.), 2009^1116 (2009 г.), 2009^1046 (2009 г.), 2010^1014 (2010 г.) — случаи заноса холеры из Пакистана в США, 2011EL-1137 (2009 г.) — вспышка холеры в Зимбабве, СР1038 — спорадический случай заболевания холерой в Зимбабве в 2003 г. (рис. 2).

Сравнение секвенированного генома штамма 2011EL-301 с разными группами штаммов внутри клада 7 пандемии показало, что различие в числе вариабельных позиций с группой «гаитянских» штаммов составляет в среднем 14,5; при сравнении с группой штаммов из Пакистана и Зимбабве — 13,4. Наиболее близким штаммом к 2011EL-301 являлся геном штамма 3582-05 с различием по 8 вариабельным позициям.

Заметим, что различие по количеству вариабельных позиций внутри группы «гаитянских» штаммов варьировало от 0 до 2 и составило в среднем 1, что отражает высокую гомологию коровой части геномов и указывает на принадлежность данных штаммов к определенному клону, вызвавшему вспышку на Гаити в 2010 г. Принимая во внимание различие в количестве вариабельных позиций и предположение, что штаммы, принадлежащие к одной вспышке, имеют от 0 до 2 различающихся позиций, можно

Рис. 1. Филограмма, построенная методом Neighbor-Joining по двупараметрической модели Кимуры с использованием 716 ортологичных белок-кодирующих генов 56 геномов V. choleraе.

2. ЖМЭИ 6 № 5187

17

п

«

II гь

Я

n.'j

и

lid

l№

J!

20m£Lni7eB_01_Dgawa_20m_Haliil 2010 =L-1JM_01 Jlitti

201iv.1021_01_0ga wa_2D11 JJomln lean Republic J01fl=L-ia51_Ol _OgaKva_iaifl_h!irtii 3Q1CEU.17M_01_0gawa_aD1Q_Hfl.Ul ui0EL-aiWL0iL0fpHOfli0juii S 010 E L -i 01 W_Cn_OG JM1OJi fell ¿01 1EL-1 OM_Ol_Ognwo_iD10_H!irti

3QMV-iO05_oi_oaiws_2(H)0_usA_irawtno Szlanta India

- 2D 1 DBL.17Ji_01 _Qga«i_M10_Cainsmdn_<i*iibrtal! lit urtiKm Africa 2D09^-1C Jnafca_Z009_IJSAJraviel lo India ■ SOOflV-l1 J1_01_0ga* a_200fl_Ua to India

CP1 D4B_Q1 _OGET_2lOH]_EangladKll L 3S5«a_oi_cga^i_2(Kia_iJaAjia'/ti 10 Nepal 35K-M_CJ1_rniiba_aOD5_USAJravel to Pakistan

- ♦ ii 11 EL-ifll _01 1_Rus*ifl_T»gmrpg r 2no?V-1115_CH_Dgawa_J0M_USA_ Irawel Id Pakl&tan

2009V-1 M3_Q1_Oflaw*_20»_U3A_*BVtI to Pikislan

— 231OV-IUI4_01_USA_ travel to Pakistan , 2011 EL-1137,01 wlbtiak in Iknbabivc

- CP1D3S_ D1_OGET_2ni)3_Zlnrl>at]we J50045_01 _lnaba,20&5_U3A_travel to India

- JE46-G6_Ot_lnaba_2DD6_liSA_lrav&]tQ India CIR4101 _01_hiibaJOO£^BanghdcEH..DnakiL

- CP1D42 Ol OGET aow Thailand

ji-

CPl 041^01 ЗСЁГ_гООЧ_Ь1пЧэн - MOID G1M 1992 India Madras

i»l

HU-1236_01 _lnaba_1 lfldi£h_Matlab

- E33_Ol OCET^UDi.Bfliri^WlOEariMlJU

— CP1032_01 OGET_t9i1_Mfi)ClCti Rtlf_£?l KET_1flE5_ltenva N1 H61_01 _lnaba_1i7S_Birialadfiih

mDREtfin Э1Н1ЁТ1И1 М8ККЗО

""l C6706 01 1991 Рк-L _d[inAi-itiiLd(julU4fdk

I-

4

ПСйПМ

Рис. 2. Филограмма, построенная методом Neighbor-Joining по двупараметрической модели Кимуры с использованием 226 ортологичных белок-кодирующих генов 34 геномов V. cholera, относящихся к 7 пандемии.

сделать вывод, что генетическое сходство штаммов 2011EL-301 и 3582-05 не является достаточным для заключения об их близкой генетической связи.

Определение набора однонуклеотидных полиморфизмов в белок-кодирующих генах, характерных только для группы «гаитянских» штаммов среди 34 штаммов 7 пандемии, выявило 3 позиции. К ним относятся вариации, локализованные в хромосоме 1 относительно референс-генома штамма 2010EL-1786 в генах, кодирующих белок наружной мембраны ompH (1876107 C), экзодеоксирибонуклеазу recD (1936754 С), гамма-глютамилтранспептидазу ggt (2625412 G). В свою очередь, для штамма 2011EL-301 было определено 6 специфичных нуклеотидных замен в генах, локализованных в хромосоме 1 — fbpA (19488 T), LuxO (567668 T), транскрипционный регулятор семейства CRP/FNR (2252442 T); в хромосоме 2 — фосфоноацеталдегид гидролаза phnX (245351 T), ATP-зависимая РНК геликаза (412436 G), белок TagA (939553 A).

ОБСУЖДЕНИЕ

Топология полученных филогенетических деревьев, основанных на анализе найденных групп ортологичных генов, а также взаимное расположение групп штаммов внутри филогенетического дерева согласуются с результатами предыдущих исследований [7, 13].

Хотелось бы отметить, что на сегодняшний день не выработано конкретных критериев определения клональности V.cholerae на основе данных полногеномного секвенирования для отнесения того или иного штамма к этиологическому фактору вспышки. Для решения данной проблемы требуется дополнительные исследования, которые должны включать более широкую выборку штаммов холеры, выделенных при различных эпидемических ситуациях — вспышки и спорадические случаи. Несмотря на это, массовое параллельное секвенирование — перспективный инструмент исследования в эпидемиологической практике. На сегодняшний день количество общедоступных секвенированных геномов штаммов холеры в базе данных нуклеотидных последовательностей достигает 377 и постоянно пополняется, что позволяет эффективно использовать полученные данные в сравнительном анализе.

С использованием филогенетического анализа возможно получить ответы на ряд важных вопросов, таких как определение принадлежности штамма к определенной филогенетической группе, и спрогнозировать эпидемический потенциал исследуемого штамма. Полученные данные косвенно свидетельствуют об эпидемической значимости штамма V. cholerae O1 Эль-Тор Inaba №301 (2011EL-301), выделенного из морской воды Азовского моря в районе г. Таганрог в августе 2011 г. Этот вывод основан на высоком генетическом сходстве со штаммами, которые были ранее причиной случаев заболевания холерой.

Выравнивания на основе групп ортологичных генов позволяют определить набор однонуклеотидных полиморфизмов, характерных для определенной группы штаммов, что может являться основой для разработки скрининговых молекулярно-генетических систем субтипирования при необходимости мониторинга за определенным клоном или клональным комплексом Vcholerae. Использование метода массового параллельного секвенирования ДНК в специализированных учреждениях будет актуальным и перспективным методическим подходом для решения практических задач эпидемиологического надзора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ломов Ю. М., Москвитина Э. А., Арешина О. А. Оценка эпидемиологической обстановки по холере в мире в современный период. Прогноз. Проблемы особо опасных инфекций. 2011, 107: 16-19.

2. Онищенко Г. Г., Ломов Ю. M., Москвитина Э. А. и др. Холера, обусловленная Vibrio cholerae O1 ctxAB- tcpA+. Журн. микробиол. 2007, 1: 23-29.

3. Смирнова Н. И., Заднова С. П., Шашкова А. В. и др. Вариабельность генома измененных вариантов Vibrio cholerae биовара Эль-Тор, изолированных на территории России в современный период. Мол. генет. микробиол. вирусол. 2011, 3: 11-18.

4. Altschul S. F, Gish W, Miller W et al. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990, 215: 403-410.

5. Binnewies T. T., Motro Y., Hallin P. F. et al. Ten years of bacterial genome sequencing: comparative-genomics-based discoveries. Funct. Integr. Genomics. 2006, 6: 165-185.

6. Chin C. S., Sorenson J., Harris J. B. et al. The origin of the Haitian cholera outbreak strain. N. Engl. J. Med. 2011, 364: 33-42.

7. Chun J., Grim C. J., Hasan N. A. et al. Comparative genomics reveals mechanism for short-term and long-term clonal transitions in pandemic Vibrio cholerae. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, 106: 15442-15447.

8. Dasgupta A., Banerjee R., Das S. et al. Evolutionary perspective on the origin of Haitian cholera outbreak strain. J. Biomol. Struct. Dyn. 2012, 30: 338-346.

9. Delcher A. L., Harmon D., Kasif S. et al. Improved microbial gene identification with GLIMMER. Nucleic Acids Res. 1999, 27: 4636-4641.

10. Edgar R. C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Res. 2004, 32: 1792-1797.

11. Hasan N. A., Choi S. Y, Eppinger M. et al. Genomic diversity of 2010 Haitian cholera outbreak strains. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012, 109: E2010- E2017.

12. Li L., Stoeckert C. J., Jr., Roos D. S. OrthoMCL: identification of ortholog groups for eukaryotic genomes. Genome Res. 2003, 13: 2178-2189.

13. Reimer A. R., Van Domselaar G., Stroika S. et al. Comparative genomics of Vibrio cholerae from Haiti, Asia, and Africa. Emerg. Infect. Dis. 2011, 17: 2113-2121.

14. Tamura K., Peterson D., Peterson N. et al. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol. Biol. Evol. 2011, 28: 2731-2739.

15. Yamasaki S., Shimizu T., Hoshino K. et al. The genes responsible for O-antigen synthesis of Vibrio cholerae O139 are closely related to those of Vibrio cholerae O22. Gene. 1999, 237: 321-332.

Поступила 18.06.13

Контактная информация: Кулешов Константин Валерьевич, к.б.н.,

111123, Москва, ул. Новогиреевская, 3А, р.т. (495)974-96-46 (доб. 2205)

ЭПИДЕМИОЛОГИЯ

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2013

Г.Г. Онищенко, Е.Б. Ежлова, Ю.В. Демина, А.Л. Мельникова, В.Ю. Смоленский

МЕРЫ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОГО НАДЗОРА ЗА ИНДИКАЦИЕЙ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Москва

Существующая система индикации биологических патогенов в нашей стране позволяет осуществлять действенный мониторинг за эпидемиологической обстановкой, своевременно выявлять возбудителей инфекционных и паразитарных болезней в материале от людей и из проб окружающей среды, проводить их детальную идентификацию и принимать соответствующие меры по обеспечению биологической безопасности Российской Федерации.

Журн. микробиол., 2013, № 6 С. 20—30

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.