Возбудитель эрлихиоза собак микробиология

• Издательство «Медиа Сфера»

• Журналы
• Подписка

• Об издательстве
• Рекламодателям
• Доставка / Оплата
• Контакты

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

НИИ молекулярной медицины, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, 119991, Москва, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Рациональная таксономия Yersinia pestis

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2): 76-82

Кисличкина А. А., Платонов М. Е., Вагайская А. С., Богун А. Г., Дентовская С. В., Анисимов А. П. Рациональная таксономия Yersinia pestis. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2):76-82. https://doi.org/10.17116/molgen20193702176

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Чума — зоонозная инфекция, чей возбудитель был причиной гибели сотен миллионов людей. Широкий круг хозяев и переносчиков в сочетании с географической разобщенностью отдельных природных очагов чумы с различными экологическими условиями существования способствуют формированию политипического вида Y. pestis — селекции генетических вариантов, специфичных для определенных природных очагов. Усилиями мирового консорциума исследователей построена согласованная глобальная филограмма SNP-типов чумного микроба, но на просторах России не стихают споры по поводу внутривидовой таксономии Y. pestis. В работе систематики очень много специфического, индивидуального, складывающегося на основе личного опыта. Здесь важно умение следовать старому правилу, требующему, чтобы границы проводили там, где их провела природа, и не проводили там, где она их не проводила. Исходя из этого, мы предлагаем рациональный вариант приведения номенклатуры чумного микроба в соответствие с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий и эволюционной таксономии.

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

НИИ молекулярной медицины, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, 119991, Москва, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Список сокращений: bv. — biovar, DDBJ/ENA/GenBank — DNA Data Bank of Japan/European Nucleotide Archive/GenBank, DFR — Different Region, IS — insertion sequence, MLVA — multi locus VNTR analysis, s.l. — sensu lato, s.s. — sensu stricto, SNP — single nucleotide polymorphism, subsp. — subspecies, var. — variant, пн — пар нуклеотидов.

Abbreviations: bv. — biovar, DDBJ/ENA/GenBank — DNA Data Bank of Japan/European Nucleotide Archive/GenBank, DFR — Different Region, IS — insertion sequence, MLVA — multi locus VNTR analysis, s.l. — sensu lato, s.s. — sensu stricto, SNP — single nucleotide polymorphism, subsp. — subspecies, var. — variant, bp — base pair.

Введение

Страны бывшего СССР предоставляют уникальные возможности для проверки концепций эволюционной таксономии. Единая территория и ландшафтная зональность от регионов с многолетней мерзлотой до пустынь и горных областей, огромное протяжение почти всех зон позволяют изучать географическую изменчивость на фоне как слабого развития географических изолирующих механизмов в равнинных, так и крайнего развития их в горных регионах. Значительная часть этих территорий эндемична по целому ряду зоонозных инфекций, опасных и для человека. Наиболее изученной из них, пожалуй, является чума, чей возбудитель на протяжении истории человечества был причиной гибели сотен миллионов людей. Чума — это зооноз, заболевание человека которым происходит, в основном, в результате укусов блох, заразившихся от инфицированных грызунов, обитающих в природных очагах этой болезни. Y. pestis, возбудителя бубонной, септической, легочной, фарингеальной, кожной и кишечной чумы, а также чумного менингита, можно обнаружить в популяциях более 200 видов диких грызунов, которые населяют природные очаги инфекции на всех континентах, кроме Австралии и Антарктиды. Более 80 видов блох являются переносчиками чумы. Использование такого широкого круга хозяев и переносчиков в сочетании с географической разобщенностью отдельных очагов с различными экологическими условиями существования чумного микроба способствует селекции генетического разнообразия в пангеноме Y. pestis [1, 2].

С момента открытия возбудителя чумы [3] его видовое название неоднократно меняли: Bacterium pestis, Bacillus pestis, Pasteurella pestis, Pestisella pestis, Yersinia pseudotuberculosis subsp. pestis, Yersinia pestis. В настоящее время принято таксономическое название — Yersinia pestis (Lehmann and Neumann 1896) van Loghem 1944; типовой вид рода — Y. pestis, типовой штамм — Y. pestis ATCC 19428 = CIP 80.26 = NCTC 5923 [4].

Таксономия возбудителя чумы

Первая попытка внутривидовой классификации чумного микроба была предпринята в 1928 г. А.А. Бессоновой (цит. по [1]), которая разделила штаммы Y. pestis по способности ферментировать глицерин на глицеринположительные и глицеринотрицательные. Глицеринотрицательные штаммы были переименованы в 1938 г. А.Л. Берлиным и А.К. Борзенковым (цит. по [1]) в океаническую расу, так как их обычно выделяли от крыс в морских портах, а глицеринположительные штаммы, циркулирующие в популяциях диких грызунов (сусликов, песчанок и др.) центральных районов Евразии, назвали континентальной расой. Во время третьей пандемии чумы (конец XIX в. — середина XX в.) штаммы океанической расы распространились по всему миру и образовали природные очаги инфекции в Америке, Южной Африке и Юго-Восточной Азии [5].

R. Devignat [6] и В.М. Туманский [7] использовали способность к ферментации глицерина, нитрификации и денитрификации для подразделения Y. pestis на три внутривидовые группы. R. Devignat назвал их биоварами antiqua, medievalis и orientalis (см. таблицу), Соответствие групп штаммов (без вымерших предковых форм) в различных внутривидовых классификациях Y. pestis Примечание. * — в скобках указано устаревшее название; ** — не предусмотрен; *** — в настоящей публикации (по аналогии с видовыми названиями: Mycobacterium microti, Babesia microti и Brucella microti) используется подвидовое название в родительном падеже (Genetivus) — microti, а не в именительном (Nominativus) — microtus (как ранее). которые, по его предположению, и были причиной трех пандемий: «Юстиниановой чумы» (VI—VII вв.), «Черной смерти» (XIV—XIX вв.) и третьей пандемии соответственно. Используя не исторический, а экологический подход, В.М. Туманский обозначил те же разновидности Y. pestis, как сурчиную (var. marmotae), сусликовую (var. citelli) и крысиную (var. ratti) соответственно. Классификация R. Devignat по-прежнему широко используется.

Основной вопрос внутривидового разнообразия Y. pestis — вирулентность штаммов из различных природных очагов для разных видов хозяев, включая человека. В 1962 г. М.И. Леви (цит. по [1]) дополнил внутривидовую дифференциацию Y. pestis Devignat’а-Туманского тестами, позволившими выделить 2 дополнительные подгруппы Y. pestis, основные хозяева которых — песчанки и полевки. Он использовал для подразделения не только ферментацию рамнозы, но и вирулентность для морских свинок и способность вызывать бактериемию у сусликов, песчанок и полевок. Все исследованные штаммы Y. pestis удалось разделить на 5 разновидностей: крысиную, сусликовую, песчаночную, сурчиную и полевочью. Диагностически значимыми особенностями полевочьих штаммов являются ферментация рамнозы, пониженная у подавляющего числа изолятов вирулентность для морских свинок и неспособность передаваться от человека человеку.

И.Л. Мартиневский (цит. по [1]) предложил новые названия и статус подвидов для биоваров Devignat’а, а рамнозоположительные штаммы, выделенные от полевок на Кавказе или от монгольских пищух в Горном Алтае и Забайкалье, рекомендовал выделить в отдельный вид, Y. pestoides. Через 30 лет термин pestoides был использован американскими исследователями в качестве названия штаммов, вывезенных из бывшего СССР [8—10], а M. Achtman воспользовался им, обозначив первыми двумя буквами наиболее древнюю часть нулевой ветви дендрограммы SNP-типов Y. pestis — 0. PE [11].

Л.А. Тимофеева (цит. по [1]) предложила классифицировать Y. pestis на подвиды: pestis — основной (номенклатурный), altaica (рамнозоположительные штаммы из Горного Алтая и Монголии, от пищух и полевок) и caucasica (рамнозоположительные штаммы с Кавказа, от полевок). Л.А. Пейсахис и В.М. Степанов (цит. по [1]) предложили разделить штаммы Y. pestis, выделенные в природных очагах на территории СССР, на 2 основных подвида, соответствующих биоварам antiqua и medievalis, а также 3 неосновных (для рамнозоположительных штаммов).

Для стандартизации системы классификации штаммов Y. pestis совещание специалистов противочумных учреждений Советского Союза (Саратов, 1985 г.) рекомендовало классифицировать на основе числового анализа 60 фенотипических признаков все варианты возбудителя чумы, которые были выделены на территории СССР и в Монголии, на подвиды: pestis (основной подвид), altaica, caucasica, hissarica и ulegeica. В 1998 г. А.А. Слудский предложил выделить еще одну внутривидовую группу — таласские штаммы, которым мы предложили придать статус подвида talassica. Вышеуказанные 5 рамнозоположительных подвидов называют «неосновными» (см. таблицу) (цит. по [1]).

В 2004 г. D. Zhou и соавт. [12] предложили выделить «полевочьи» штаммы, циркулирующие в природных очагах Китая L и M, в самостоятельный биовар microtus (см. таблицу).

Относительно недавнее возникновение и относительно короткий период эволюционирования Y. pestis [13] объясняют низкую степень внутривидового разнообразия и затрудняют быструю и надежную дифференциацию отдельных изолятов. Однако внедрение в практику бактериологии методов гено- и геномотипирования обеспечило получение воспроизводимых в различных лабораториях данных, позволяющих различать не только внутривидовые группы, но и отдельные штаммы Y. pestis и даже линии штаммов, поддерживаемые в различных лабораториях [14—18]. Широкий набор доступных методов гено- и геномотипирования, отличающихся как по исследуемым «мишеням», так и по методам оценки их изменчивости, позволяет использовать различные их комбинации. Один из методов (как правило, SNP-типирование) используют для первичной кластеризации изучаемых изолятов, а второй метод (например, MLVA) применяют для верификации полученных данных и/или субтипирования изолятов в составе кластеров, сгруппированных по результатам типирования первым методом [19—21].

Результаты кластеризации штаммов с помощью MLVA, SNP-, IS- и DFR-типирования при достаточном количестве используемых для анализа локусов полностью совпадают [22, 23]. Однако маркеры, используемые для типирования, подвержены конвергентной эволюции в различной степени, что может привести к гомоплазии — это необходимо учитывать при построении филограмм [24]. Глобальная филограмма чумного микроба, включающая не только современные филогенетические группы [5], Y. pestis, но и ныне отмершие ветви микроэволюционного древа, реконструированные на основе полногеномного сиквенса бактериальной ДНК из костных останков людей каменного и бронзового веков, построена на основании наименее подверженных гомоплазии маркеров, выявляемых при полногеномном секвенировании/SNP-типировании [13, 25]. В ходе накопления фактических данных филограмма претерпевает структурные изменения (так ветвь 0. PE1 переместилась со ствола [26] в состав ветви 0. PE4; сформировались ветви 0. PE7, 3. ANT и 4. ANT [27]; обозначились отмершие палеоветви [13]), однако эти изменения не вызывают принципиальных споров, так как основаны на однозначно трактуемых объективных данных, полученных in silico с помощью таких компьютерных программ, как Wombac 2.0 и Bionumerics 7.1.

Что же касается внутривидовой классификации выявленных филогенетических групп Y. pestis, то здесь субъективная оценка одних и тех же фактических данных (полногеномных последовательностей, депонированных в DDBJ/ENA/GenBank) открывает широкое поле деятельности для творчества систематиков в отношении как наименьших таксономических единиц — подвидов, так и нетаксономических групп: биоваров, эковаров, плазмидоваров и других.

Все штаммы, не относящиеся к основному подвиду (рамнозоположительные, полевочьи, полевковые, Pestoides), за исключением штамма Angola, выделены в древних очагах бывшего Советского Союза, Монголии и Китая. Неудивительно, что вопрос об их внутривидовой классификации в большей или меньшей степени волнует исследователей именно этих стран. К настоящему моменту сформировалось 4 точки зрения на данную проблему.

1. Наиболее радикальную «экологическую» позицию уже более 20 лет занимает В.В. Сунцов, считающий, что «после появления исходного подвида Y. pestis tarbagani последовали его пространственная экспансия и адаптивная радиация… Паразитарные контакты фоновых видов норовых грызунов и пищух на аридных и семиаридных пространствах Евразии обеспечили адаптивную радиацию исходного подвида Y. pestis tarbagani и формирование политипического вида Y. pestis. В настоящее время в природных, антропогенных и вторичных природных очагах чумы в мире можно выделить до 30 «хороших» гостальных подвидов, специфичных для различных популяций сурков, сусликов, песчанок, полевок, пищух, морских свинок, крыс» [28].

2. G. Eroshenko и соавт. [29, 30] доказывают актуальность ведомственной подвидовой классификации Y. pestis, принятой в 1985 г. на совещании специалистов противочумных учреждений Советского Союза в Саратове и слегка обновленной с учетом данных SNP-типирования (1 основной и 6 неосновных подвидов) (см. таблицу).

3. В наших работах [31—34] отстаивается деление всех штаммов чумного микроба на 2 подвида: основной (эпидемически значимый) и неосновной (эпидемически незначимый) (см. таблицу, рис. 1), Рис. 1. Филогенетическое древо, построенное на основе коровых SNP штаммов Y. pestis. Парафилетический подвид microti образован кластерами штаммов, не имеющими эпидемического значения SNP-типов 0. PE7, 0. PE2, 0. PE4, 0. PE3 и 0. PE5; монофилетический подвид pestis формирует один кластер из штаммов, относящихся к биоварам antiqua, medievalis и orientalis и имеющих эпидемическое значение (0.PE2_39 — биовар caucasica очаг 39; 0. PE2_4 — биовар caucasica очаг 4; 0. PE2_5−7 — биовар caucasica очаги 5−7; 0. PE4А — древняя группа 0. PE4; 0. PE4_al — биовар altaica; 0. PE4_h — биовар hissarica; 0. PE4_t — биовар talassica; 0. PE4_x/qu — биовары xilingolensis и qinghaiensis; 0. PE5_М01 — биовар ulegeica очаг М01; 0. PE5_М13 — биовар ulegeica очаг М13; ANT — биовар antiqua; MED — биовар medievalis; ORI — биовар orientalis). поддерживающее эпидемиологическое обоснование внутривидового деления штаммов Y. pestis, предложенного в 1995 г. А.М. Кокушкиным (цитируется по [35]).

4. Китайские чумологи признают рациональность деления изолятов Y. pestis на 2 подвида [4], некоторое время пользовались одним из предварительных вариантов этой классификации [36], но все чаще довольствуются SNP-кластеризацией. Время от времени третий вариант подвидовой таксономии используют исследователи из Франции, Германии, Монголии [19, 37] и отечественных противочумных институтов [38, 39].

Для того чтобы понять, кто же из участников этого заочного спора ближе всех к истине, остановимся на двух прецедентах официального выделения видов из комплекса Y. pseudotuberculosis (Y. pseudotuberculosis sensu lato (s.l.)), включающего на настоящий момент 3 популяции в статусе видов: парафилетического — Y. pseudotuberculosis sensu stricto (s.s.), монофилетических — Y. pestis, Yersinia similis (см. рис. 1), а также монофилетической «корейской группы», находящейся в стадии видообразования [40].

В 1980 г. на основании данных гомологии ДНК, биохимической и антигенной схожести H. Bercovier и соавт. [41] предприняли попытку объединить Y. pseudotuberculosis и Y. pestis в статусе подвидов в один монофилетический вид, что вызвало горячие споры иерсиниологов. Псевдотуберкулез — острое инфекционное зоонозное заболевание, протекающее у человека с преимущественным вовлечением тонкого кишечника и мезентериальных лимфоузлов. Катарально-десквамативный или катарально-язвенный процесс, обусловливающий развитие диареи, поражает пре-имущественно терминальный отдел тонкой кишки. Возможные, но не обязательные бактериемия и токсинемия ведут к возникновению общетоксических проявлений болезни и инфекционно-аллергических полиорганных поражений (полиаденопатии, гепатита, миокардита, гломерулонефрита и др.). Заражение людей происходит алиментарным путем [42]. Этиологический же агент системной кровяной инфекции чумы — Y. pestis — передается укусами блох или при вдыхании аэрозолированных респираторных выделений животных или людей с легочной формой инфекции [43]. По антигенному составу [44] и строению геномов [45] Y. pseudotuberculosis и Y. pestis имеют значительное сходство, однако псевдотуберкулез — это преимущественно кишечная инфекция с относительно легким течением, а чума, как правило, острое генерализованное заболевание с высокой летальностью [44]. Именно эпиде-миологические особенности и несхожесть клинических картин заболеваний, вызываемых Y. pseudotuberculosis и Y. pestis, послужили основанием для возвращения им таксономического статуса отдельных видов [46] (рис. 2). Рис. 2. Филогенетическое древо, построенное на основе коровых SNP штаммов монофилетических видов Y. pestis и Y. similis, а также парафилетического — Y. pseudotuberculosis. Для поиска коровых SNP использовали программу Wombac 2.0; а для построения филогенетического древа — программу SplitsTree4. Полногеномные последовательности штаммов иерсиний из базы данных DDBJ/EMBL/GenBank. MRCA — наиболее близкий общий предок.

В 2014 г. была предпринята попытка признать завершение процесса видообразования входящей в состав Y. pseudotuberculosis s.l. «корейской группы» штаммов и придать ей таксономический статус нового вида — Yersinia wautersii [47, 48]. В соответствии с правилами Бактериологического Кодекса Y. wautersii формально является «видом с достоверно опубликованным названием» [48], однако уже на следующий год процедура признания нового вида была опротестована [49]. По мнению H. Neubauer и L. Sprague, патогенность и жизненный цикл штаммов «корейской группы» не настолько отличаются от таковых у представителей Y. pseudotuberculosis s.s., что признание нового вида может быть оправдано. Однако окончательное решение о дальнейшем использовании названия таксонов в публикациях H. Neubauer и L. Sprague [49] оставляют за научным сообществом.

Что касается Y. pestis, то все циркулирующие в природных очагах штаммы объединяет общевидовая способность вызывать у основных хозяев зоонозную инфекцию — чуму, передающуюся в популяциях чувствительных животных укусами блох [1]. С антропоцентрической же точки зрения логично разделить их на штаммы, представляющие и не представляющие опасность (патогенные и условно-патогенные) для людей. Патогенные для людей филогенетические группы чумного микроба объединяют штаммы, способные не только вызвать чуму у иммунокомпетентных людей, но и передаваться от человека к человеку. Условно-патогенные — способны при определенных условиях (например, у лиц с нарушениями иммунного статуса) вызывать только спорадические заболевания неконтагиозной формой чумы.

Какой же систематический ранг и на каких основаниях может быть присвоен внутривидовым группам, соответствующим SNP-ветвям 0. PE2−5 и 0. PE7? Если Y. pestis — вид, то входящие в его состав таксоны — подвиды, а их количество ограничивается лишь количеством отличий, приемлемых для нумерической таксономии. В этом случае вполне легитимны полиподвидовые классификации, систематизирующие монофилетические подвиды. Однако статус вида один из подвидов Y. pseudotuberculosis [41] получил лишь на основании принципиальных эпидемиологических особенностей и не-схожести клинических картин вызываемых Y. pseudotuberculosis и Y. pestis заболеваний, а также принципиальных отличий в степени их патогенности [46]. То есть придание статуса подвидов группам штаммов Y. pestis на самом деле является введением систематического ранга менее таксономической единицы. Единственной, на наш взгляд, законной причиной деления Y. pestis на подвиды может быть медицинское значение различий между группами штаммов, а именно способность вызвать инфекцию, передающуюся от человека к человеку. Это свойство делит все штаммы Y. pestis на две группы: парафилетическую, объединяющую все эндемические (subsp. microti), и монофилетическую, включающую эпидемические/пандемические (subsp. pestis) штаммы (см. рис. 1). Но для дальнейшего разделения эндемических штаммов на дополнительные подвиды нет никаких медицинских причин.

Существование сопряженных очагов чумы с циркуляцией на одной территории нескольких генотипов, биоваров и даже обоих подвидов Y. pestis, а также периодический занос штаммов Y. pestis основного подвида в очаги, в которых раньше выделяли только полевочьи штаммы, требуют быстрого и надежного определения подвидовой принадлежности выделенных культур Y. pestis для оптимизации противоэпидемических мероприятий. На основе сравнительной амплификации локусов YPDSF_3711 и opgG мы разработали тест-систему, позволяющую по количеству и размерам ампликонов дифференцировать штаммы Y. pestis основного (563 п.н.), двух филогенетических групп неосновного подвида (генотипы 0. PE2, 0. PE3, 0. PE4 и 0. PE5 — 583 п.н., 426 п.н.; генотип 0. PE7 — 779 п.н., 515 п.н., 358 п.н.), Y. pseudotuberculosis (779 п.н., 583 п.н., 426 п.н.) и Y. similis (779 п.н., 426 п.н.) со 100% специфичностью и чувствительностью [50].

Заключение

Завершая обсуждение целесообразности деления Y. pestis на подвиды и оптимального числа этих подвидов, следует отметить, что окончательное решение о дальнейшем легитимном использовании одного из вариантов внутривидовой таксономии возможно лишь после «достоверного опубликования названий» таксонов в International Journal of Systematic Bacteriology.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 14−15−00599).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Как цитировать:

Кисличкина А.А., Платонов М.Е., Вагайская А.С., Богун А.Г., Дентовская С.В., Анисимов А.П. Рациональная таксономия Yersinia pestis. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2):76-82. doi: 10.17116/molgen201937021

Возбудитель эрлихиоза собак микробиология

• Издательство «Медиа Сфера»

• Журналы
• Подписка

• Об издательстве
• Рекламодателям
• Доставка / Оплата
• Контакты

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

НИИ молекулярной медицины, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, 119991, Москва, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Рациональная таксономия Yersinia pestis

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2): 76-82

Кисличкина А. А., Платонов М. Е., Вагайская А. С., Богун А. Г., Дентовская С. В., Анисимов А. П. Рациональная таксономия Yersinia pestis. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2):76-82. https://doi.org/10.17116/molgen20193702176

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Чума — зоонозная инфекция, чей возбудитель был причиной гибели сотен миллионов людей. Широкий круг хозяев и переносчиков в сочетании с географической разобщенностью отдельных природных очагов чумы с различными экологическими условиями существования способствуют формированию политипического вида Y. pestis — селекции генетических вариантов, специфичных для определенных природных очагов. Усилиями мирового консорциума исследователей построена согласованная глобальная филограмма SNP-типов чумного микроба, но на просторах России не стихают споры по поводу внутривидовой таксономии Y. pestis. В работе систематики очень много специфического, индивидуального, складывающегося на основе личного опыта. Здесь важно умение следовать старому правилу, требующему, чтобы границы проводили там, где их провела природа, и не проводили там, где она их не проводила. Исходя из этого, мы предлагаем рациональный вариант приведения номенклатуры чумного микроба в соответствие с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий и эволюционной таксономии.

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

НИИ молекулярной медицины, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, 119991, Москва, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279, Оболенск, Россия

Список сокращений: bv. — biovar, DDBJ/ENA/GenBank — DNA Data Bank of Japan/European Nucleotide Archive/GenBank, DFR — Different Region, IS — insertion sequence, MLVA — multi locus VNTR analysis, s.l. — sensu lato, s.s. — sensu stricto, SNP — single nucleotide polymorphism, subsp. — subspecies, var. — variant, пн — пар нуклеотидов.

Abbreviations: bv. — biovar, DDBJ/ENA/GenBank — DNA Data Bank of Japan/European Nucleotide Archive/GenBank, DFR — Different Region, IS — insertion sequence, MLVA — multi locus VNTR analysis, s.l. — sensu lato, s.s. — sensu stricto, SNP — single nucleotide polymorphism, subsp. — subspecies, var. — variant, bp — base pair.

Введение

Страны бывшего СССР предоставляют уникальные возможности для проверки концепций эволюционной таксономии. Единая территория и ландшафтная зональность от регионов с многолетней мерзлотой до пустынь и горных областей, огромное протяжение почти всех зон позволяют изучать географическую изменчивость на фоне как слабого развития географических изолирующих механизмов в равнинных, так и крайнего развития их в горных регионах. Значительная часть этих территорий эндемична по целому ряду зоонозных инфекций, опасных и для человека. Наиболее изученной из них, пожалуй, является чума, чей возбудитель на протяжении истории человечества был причиной гибели сотен миллионов людей. Чума — это зооноз, заболевание человека которым происходит, в основном, в результате укусов блох, заразившихся от инфицированных грызунов, обитающих в природных очагах этой болезни. Y. pestis, возбудителя бубонной, септической, легочной, фарингеальной, кожной и кишечной чумы, а также чумного менингита, можно обнаружить в популяциях более 200 видов диких грызунов, которые населяют природные очаги инфекции на всех континентах, кроме Австралии и Антарктиды. Более 80 видов блох являются переносчиками чумы. Использование такого широкого круга хозяев и переносчиков в сочетании с географической разобщенностью отдельных очагов с различными экологическими условиями существования чумного микроба способствует селекции генетического разнообразия в пангеноме Y. pestis [1, 2].

С момента открытия возбудителя чумы [3] его видовое название неоднократно меняли: Bacterium pestis, Bacillus pestis, Pasteurella pestis, Pestisella pestis, Yersinia pseudotuberculosis subsp. pestis, Yersinia pestis. В настоящее время принято таксономическое название — Yersinia pestis (Lehmann and Neumann 1896) van Loghem 1944; типовой вид рода — Y. pestis, типовой штамм — Y. pestis ATCC 19428 = CIP 80.26 = NCTC 5923 [4].

Таксономия возбудителя чумы

Первая попытка внутривидовой классификации чумного микроба была предпринята в 1928 г. А.А. Бессоновой (цит. по [1]), которая разделила штаммы Y. pestis по способности ферментировать глицерин на глицеринположительные и глицеринотрицательные. Глицеринотрицательные штаммы были переименованы в 1938 г. А.Л. Берлиным и А.К. Борзенковым (цит. по [1]) в океаническую расу, так как их обычно выделяли от крыс в морских портах, а глицеринположительные штаммы, циркулирующие в популяциях диких грызунов (сусликов, песчанок и др.) центральных районов Евразии, назвали континентальной расой. Во время третьей пандемии чумы (конец XIX в. — середина XX в.) штаммы океанической расы распространились по всему миру и образовали природные очаги инфекции в Америке, Южной Африке и Юго-Восточной Азии [5].

R. Devignat [6] и В.М. Туманский [7] использовали способность к ферментации глицерина, нитрификации и денитрификации для подразделения Y. pestis на три внутривидовые группы. R. Devignat назвал их биоварами antiqua, medievalis и orientalis (см. таблицу), Соответствие групп штаммов (без вымерших предковых форм) в различных внутривидовых классификациях Y. pestis Примечание. * — в скобках указано устаревшее название; ** — не предусмотрен; *** — в настоящей публикации (по аналогии с видовыми названиями: Mycobacterium microti, Babesia microti и Brucella microti) используется подвидовое название в родительном падеже (Genetivus) — microti, а не в именительном (Nominativus) — microtus (как ранее). которые, по его предположению, и были причиной трех пандемий: «Юстиниановой чумы» (VI—VII вв.), «Черной смерти» (XIV—XIX вв.) и третьей пандемии соответственно. Используя не исторический, а экологический подход, В.М. Туманский обозначил те же разновидности Y. pestis, как сурчиную (var. marmotae), сусликовую (var. citelli) и крысиную (var. ratti) соответственно. Классификация R. Devignat по-прежнему широко используется.

Основной вопрос внутривидового разнообразия Y. pestis — вирулентность штаммов из различных природных очагов для разных видов хозяев, включая человека. В 1962 г. М.И. Леви (цит. по [1]) дополнил внутривидовую дифференциацию Y. pestis Devignat’а-Туманского тестами, позволившими выделить 2 дополнительные подгруппы Y. pestis, основные хозяева которых — песчанки и полевки. Он использовал для подразделения не только ферментацию рамнозы, но и вирулентность для морских свинок и способность вызывать бактериемию у сусликов, песчанок и полевок. Все исследованные штаммы Y. pestis удалось разделить на 5 разновидностей: крысиную, сусликовую, песчаночную, сурчиную и полевочью. Диагностически значимыми особенностями полевочьих штаммов являются ферментация рамнозы, пониженная у подавляющего числа изолятов вирулентность для морских свинок и неспособность передаваться от человека человеку.

И.Л. Мартиневский (цит. по [1]) предложил новые названия и статус подвидов для биоваров Devignat’а, а рамнозоположительные штаммы, выделенные от полевок на Кавказе или от монгольских пищух в Горном Алтае и Забайкалье, рекомендовал выделить в отдельный вид, Y. pestoides. Через 30 лет термин pestoides был использован американскими исследователями в качестве названия штаммов, вывезенных из бывшего СССР [8—10], а M. Achtman воспользовался им, обозначив первыми двумя буквами наиболее древнюю часть нулевой ветви дендрограммы SNP-типов Y. pestis — 0. PE [11].

Л.А. Тимофеева (цит. по [1]) предложила классифицировать Y. pestis на подвиды: pestis — основной (номенклатурный), altaica (рамнозоположительные штаммы из Горного Алтая и Монголии, от пищух и полевок) и caucasica (рамнозоположительные штаммы с Кавказа, от полевок). Л.А. Пейсахис и В.М. Степанов (цит. по [1]) предложили разделить штаммы Y. pestis, выделенные в природных очагах на территории СССР, на 2 основных подвида, соответствующих биоварам antiqua и medievalis, а также 3 неосновных (для рамнозоположительных штаммов).

Для стандартизации системы классификации штаммов Y. pestis совещание специалистов противочумных учреждений Советского Союза (Саратов, 1985 г.) рекомендовало классифицировать на основе числового анализа 60 фенотипических признаков все варианты возбудителя чумы, которые были выделены на территории СССР и в Монголии, на подвиды: pestis (основной подвид), altaica, caucasica, hissarica и ulegeica. В 1998 г. А.А. Слудский предложил выделить еще одну внутривидовую группу — таласские штаммы, которым мы предложили придать статус подвида talassica. Вышеуказанные 5 рамнозоположительных подвидов называют «неосновными» (см. таблицу) (цит. по [1]).

В 2004 г. D. Zhou и соавт. [12] предложили выделить «полевочьи» штаммы, циркулирующие в природных очагах Китая L и M, в самостоятельный биовар microtus (см. таблицу).

Относительно недавнее возникновение и относительно короткий период эволюционирования Y. pestis [13] объясняют низкую степень внутривидового разнообразия и затрудняют быструю и надежную дифференциацию отдельных изолятов. Однако внедрение в практику бактериологии методов гено- и геномотипирования обеспечило получение воспроизводимых в различных лабораториях данных, позволяющих различать не только внутривидовые группы, но и отдельные штаммы Y. pestis и даже линии штаммов, поддерживаемые в различных лабораториях [14—18]. Широкий набор доступных методов гено- и геномотипирования, отличающихся как по исследуемым «мишеням», так и по методам оценки их изменчивости, позволяет использовать различные их комбинации. Один из методов (как правило, SNP-типирование) используют для первичной кластеризации изучаемых изолятов, а второй метод (например, MLVA) применяют для верификации полученных данных и/или субтипирования изолятов в составе кластеров, сгруппированных по результатам типирования первым методом [19—21].

Результаты кластеризации штаммов с помощью MLVA, SNP-, IS- и DFR-типирования при достаточном количестве используемых для анализа локусов полностью совпадают [22, 23]. Однако маркеры, используемые для типирования, подвержены конвергентной эволюции в различной степени, что может привести к гомоплазии — это необходимо учитывать при построении филограмм [24]. Глобальная филограмма чумного микроба, включающая не только современные филогенетические группы [5], Y. pestis, но и ныне отмершие ветви микроэволюционного древа, реконструированные на основе полногеномного сиквенса бактериальной ДНК из костных останков людей каменного и бронзового веков, построена на основании наименее подверженных гомоплазии маркеров, выявляемых при полногеномном секвенировании/SNP-типировании [13, 25]. В ходе накопления фактических данных филограмма претерпевает структурные изменения (так ветвь 0. PE1 переместилась со ствола [26] в состав ветви 0. PE4; сформировались ветви 0. PE7, 3. ANT и 4. ANT [27]; обозначились отмершие палеоветви [13]), однако эти изменения не вызывают принципиальных споров, так как основаны на однозначно трактуемых объективных данных, полученных in silico с помощью таких компьютерных программ, как Wombac 2.0 и Bionumerics 7.1.

Что же касается внутривидовой классификации выявленных филогенетических групп Y. pestis, то здесь субъективная оценка одних и тех же фактических данных (полногеномных последовательностей, депонированных в DDBJ/ENA/GenBank) открывает широкое поле деятельности для творчества систематиков в отношении как наименьших таксономических единиц — подвидов, так и нетаксономических групп: биоваров, эковаров, плазмидоваров и других.

Все штаммы, не относящиеся к основному подвиду (рамнозоположительные, полевочьи, полевковые, Pestoides), за исключением штамма Angola, выделены в древних очагах бывшего Советского Союза, Монголии и Китая. Неудивительно, что вопрос об их внутривидовой классификации в большей или меньшей степени волнует исследователей именно этих стран. К настоящему моменту сформировалось 4 точки зрения на данную проблему.

1. Наиболее радикальную «экологическую» позицию уже более 20 лет занимает В.В. Сунцов, считающий, что «после появления исходного подвида Y. pestis tarbagani последовали его пространственная экспансия и адаптивная радиация… Паразитарные контакты фоновых видов норовых грызунов и пищух на аридных и семиаридных пространствах Евразии обеспечили адаптивную радиацию исходного подвида Y. pestis tarbagani и формирование политипического вида Y. pestis. В настоящее время в природных, антропогенных и вторичных природных очагах чумы в мире можно выделить до 30 «хороших» гостальных подвидов, специфичных для различных популяций сурков, сусликов, песчанок, полевок, пищух, морских свинок, крыс» [28].

2. G. Eroshenko и соавт. [29, 30] доказывают актуальность ведомственной подвидовой классификации Y. pestis, принятой в 1985 г. на совещании специалистов противочумных учреждений Советского Союза в Саратове и слегка обновленной с учетом данных SNP-типирования (1 основной и 6 неосновных подвидов) (см. таблицу).

3. В наших работах [31—34] отстаивается деление всех штаммов чумного микроба на 2 подвида: основной (эпидемически значимый) и неосновной (эпидемически незначимый) (см. таблицу, рис. 1), Рис. 1. Филогенетическое древо, построенное на основе коровых SNP штаммов Y. pestis. Парафилетический подвид microti образован кластерами штаммов, не имеющими эпидемического значения SNP-типов 0. PE7, 0. PE2, 0. PE4, 0. PE3 и 0. PE5; монофилетический подвид pestis формирует один кластер из штаммов, относящихся к биоварам antiqua, medievalis и orientalis и имеющих эпидемическое значение (0.PE2_39 — биовар caucasica очаг 39; 0. PE2_4 — биовар caucasica очаг 4; 0. PE2_5−7 — биовар caucasica очаги 5−7; 0. PE4А — древняя группа 0. PE4; 0. PE4_al — биовар altaica; 0. PE4_h — биовар hissarica; 0. PE4_t — биовар talassica; 0. PE4_x/qu — биовары xilingolensis и qinghaiensis; 0. PE5_М01 — биовар ulegeica очаг М01; 0. PE5_М13 — биовар ulegeica очаг М13; ANT — биовар antiqua; MED — биовар medievalis; ORI — биовар orientalis). поддерживающее эпидемиологическое обоснование внутривидового деления штаммов Y. pestis, предложенного в 1995 г. А.М. Кокушкиным (цитируется по [35]).

4. Китайские чумологи признают рациональность деления изолятов Y. pestis на 2 подвида [4], некоторое время пользовались одним из предварительных вариантов этой классификации [36], но все чаще довольствуются SNP-кластеризацией. Время от времени третий вариант подвидовой таксономии используют исследователи из Франции, Германии, Монголии [19, 37] и отечественных противочумных институтов [38, 39].

Для того чтобы понять, кто же из участников этого заочного спора ближе всех к истине, остановимся на двух прецедентах официального выделения видов из комплекса Y. pseudotuberculosis (Y. pseudotuberculosis sensu lato (s.l.)), включающего на настоящий момент 3 популяции в статусе видов: парафилетического — Y. pseudotuberculosis sensu stricto (s.s.), монофилетических — Y. pestis, Yersinia similis (см. рис. 1), а также монофилетической «корейской группы», находящейся в стадии видообразования [40].

В 1980 г. на основании данных гомологии ДНК, биохимической и антигенной схожести H. Bercovier и соавт. [41] предприняли попытку объединить Y. pseudotuberculosis и Y. pestis в статусе подвидов в один монофилетический вид, что вызвало горячие споры иерсиниологов. Псевдотуберкулез — острое инфекционное зоонозное заболевание, протекающее у человека с преимущественным вовлечением тонкого кишечника и мезентериальных лимфоузлов. Катарально-десквамативный или катарально-язвенный процесс, обусловливающий развитие диареи, поражает пре-имущественно терминальный отдел тонкой кишки. Возможные, но не обязательные бактериемия и токсинемия ведут к возникновению общетоксических проявлений болезни и инфекционно-аллергических полиорганных поражений (полиаденопатии, гепатита, миокардита, гломерулонефрита и др.). Заражение людей происходит алиментарным путем [42]. Этиологический же агент системной кровяной инфекции чумы — Y. pestis — передается укусами блох или при вдыхании аэрозолированных респираторных выделений животных или людей с легочной формой инфекции [43]. По антигенному составу [44] и строению геномов [45] Y. pseudotuberculosis и Y. pestis имеют значительное сходство, однако псевдотуберкулез — это преимущественно кишечная инфекция с относительно легким течением, а чума, как правило, острое генерализованное заболевание с высокой летальностью [44]. Именно эпиде-миологические особенности и несхожесть клинических картин заболеваний, вызываемых Y. pseudotuberculosis и Y. pestis, послужили основанием для возвращения им таксономического статуса отдельных видов [46] (рис. 2). Рис. 2. Филогенетическое древо, построенное на основе коровых SNP штаммов монофилетических видов Y. pestis и Y. similis, а также парафилетического — Y. pseudotuberculosis. Для поиска коровых SNP использовали программу Wombac 2.0; а для построения филогенетического древа — программу SplitsTree4. Полногеномные последовательности штаммов иерсиний из базы данных DDBJ/EMBL/GenBank. MRCA — наиболее близкий общий предок.

В 2014 г. была предпринята попытка признать завершение процесса видообразования входящей в состав Y. pseudotuberculosis s.l. «корейской группы» штаммов и придать ей таксономический статус нового вида — Yersinia wautersii [47, 48]. В соответствии с правилами Бактериологического Кодекса Y. wautersii формально является «видом с достоверно опубликованным названием» [48], однако уже на следующий год процедура признания нового вида была опротестована [49]. По мнению H. Neubauer и L. Sprague, патогенность и жизненный цикл штаммов «корейской группы» не настолько отличаются от таковых у представителей Y. pseudotuberculosis s.s., что признание нового вида может быть оправдано. Однако окончательное решение о дальнейшем использовании названия таксонов в публикациях H. Neubauer и L. Sprague [49] оставляют за научным сообществом.

Что касается Y. pestis, то все циркулирующие в природных очагах штаммы объединяет общевидовая способность вызывать у основных хозяев зоонозную инфекцию — чуму, передающуюся в популяциях чувствительных животных укусами блох [1]. С антропоцентрической же точки зрения логично разделить их на штаммы, представляющие и не представляющие опасность (патогенные и условно-патогенные) для людей. Патогенные для людей филогенетические группы чумного микроба объединяют штаммы, способные не только вызвать чуму у иммунокомпетентных людей, но и передаваться от человека к человеку. Условно-патогенные — способны при определенных условиях (например, у лиц с нарушениями иммунного статуса) вызывать только спорадические заболевания неконтагиозной формой чумы.

Какой же систематический ранг и на каких основаниях может быть присвоен внутривидовым группам, соответствующим SNP-ветвям 0. PE2−5 и 0. PE7? Если Y. pestis — вид, то входящие в его состав таксоны — подвиды, а их количество ограничивается лишь количеством отличий, приемлемых для нумерической таксономии. В этом случае вполне легитимны полиподвидовые классификации, систематизирующие монофилетические подвиды. Однако статус вида один из подвидов Y. pseudotuberculosis [41] получил лишь на основании принципиальных эпидемиологических особенностей и не-схожести клинических картин вызываемых Y. pseudotuberculosis и Y. pestis заболеваний, а также принципиальных отличий в степени их патогенности [46]. То есть придание статуса подвидов группам штаммов Y. pestis на самом деле является введением систематического ранга менее таксономической единицы. Единственной, на наш взгляд, законной причиной деления Y. pestis на подвиды может быть медицинское значение различий между группами штаммов, а именно способность вызвать инфекцию, передающуюся от человека к человеку. Это свойство делит все штаммы Y. pestis на две группы: парафилетическую, объединяющую все эндемические (subsp. microti), и монофилетическую, включающую эпидемические/пандемические (subsp. pestis) штаммы (см. рис. 1). Но для дальнейшего разделения эндемических штаммов на дополнительные подвиды нет никаких медицинских причин.

Существование сопряженных очагов чумы с циркуляцией на одной территории нескольких генотипов, биоваров и даже обоих подвидов Y. pestis, а также периодический занос штаммов Y. pestis основного подвида в очаги, в которых раньше выделяли только полевочьи штаммы, требуют быстрого и надежного определения подвидовой принадлежности выделенных культур Y. pestis для оптимизации противоэпидемических мероприятий. На основе сравнительной амплификации локусов YPDSF_3711 и opgG мы разработали тест-систему, позволяющую по количеству и размерам ампликонов дифференцировать штаммы Y. pestis основного (563 п.н.), двух филогенетических групп неосновного подвида (генотипы 0. PE2, 0. PE3, 0. PE4 и 0. PE5 — 583 п.н., 426 п.н.; генотип 0. PE7 — 779 п.н., 515 п.н., 358 п.н.), Y. pseudotuberculosis (779 п.н., 583 п.н., 426 п.н.) и Y. similis (779 п.н., 426 п.н.) со 100% специфичностью и чувствительностью [50].

Заключение

Завершая обсуждение целесообразности деления Y. pestis на подвиды и оптимального числа этих подвидов, следует отметить, что окончательное решение о дальнейшем легитимном использовании одного из вариантов внутривидовой таксономии возможно лишь после «достоверного опубликования названий» таксонов в International Journal of Systematic Bacteriology.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 14−15−00599).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Как цитировать:

Кисличкина А.А., Платонов М.Е., Вагайская А.С., Богун А.Г., Дентовская С.В., Анисимов А.П. Рациональная таксономия Yersinia pestis. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(2):76-82. doi: 10.17116/molgen201937021

https://www.mediasphera.ru/issues/molekulyarnaya-genetika-mikrobiologiya-i-virusologiya/2019/2/1020806132019021076
https://www.mediasphera.ru/issues/molekulyarnaya-genetika-mikrobiologiya-i-virusologiya/2019/2/1020806132019021076