Молекулярная эволюция фрагментов 7 генов «домашнего хозяйства», используемых в смехе мультилокусного сиквенс-типирования менингококков

Изучен характер генетической изменчивости фрагментов генов «домашнего хозяйства» (ГДХ) менингококков, циркулирующих в популяции населения Беларуси. Секвенирование 7 ГДХ проводили по Сэнгеру (ABI3500). Филогенетические связи определяли с помощью программы MEGA X. SNPs анализировали онлайн на платформе базы данных в pubMLST.org. Показано, что менингококки, циркулировавшие в Беларуси в 2011–2018 гг., содержат 17 аллелей фрагмента гена abcZ (5,9 % впервые выявленных в Беларуси – abcZ 1016), кодирующих 5 вариантов АВС-переносчика; 16 аллелей гена фрагмента adk – 2 варианта аденилатциклазы; 17 аллелей aroE (11,8 % «белорусских» – aroE 944 и aroE 972) – 14 вариантов шикимат дегидрогеназы; 24 аллели fumC (4,2 % «белорусских» – fumC 988) – 4 варианта фумарат дегидратазы; 18 аллелей gdh (16,7 % впервые выявленных в Беларуси – gdh 560, gdh 985 и gdh 1083) – 4 варианта глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы; 18 аллелей pdhC – 11 вариантов субъединицы пируватдегидрогеназы и 20 аллелей pgm – 13 вариантов фосфоглюкомутазы (5,6 и 5 % «белорусских» аллелей соответственно – pdhC 888 и pgm 1099). Доминирующие аллели: abcZ 8 – 25 %, adk 5 – 30, aroE 6 – 28,3, fumC 17 – 30, gdh 560 – 20, pdhC 18 – 21,7, pgm 2 – 25 %. Установлено, что популяция менингококков, циркулирующих среди населения Беларуси, разнообразна и включает как локальные аллели фрагментов ГДХ (7,7 %), так и аллели, выявленные у менингококков в других странах (92,3 %). Количество SNPs в ГДХ варьируется от 29 (adk) до 125 (aroE). Полиморфизм ГДХ носит, как правило, синонимичный характер, приводя к аминокислотным заменам в диапазоне от 0,6 % случаев во фрагменте гена аденилатциклазы до 26,4 % в шикимат дегидрогеназе.

1. Variability and diversity of nasopharyngeal microbiota in children: a metagenomic analysis / D. Bogaert [et al.] // PloS ONE. – 2011. – Vol. 6, N 2. – P. e17035. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0017035

2. Sáez Nieto, J. A. Multicolonization of human nasopharynx due to Neisseria spp. / J. A. Sáez Nieto, C. Marcos, A. Vindel // Int. Microbiol. – 1998. – Vol. 1, N 1. – P. 59–63.

3. Metabolism and virulence in Neisseria meningitidis / C. Schoen [et al.] // Front. Cell. Infect. Microbiol. – 2014. – Vol. 4. – Art. 114. https://doi.org/10.3389/fcimb.2014.00114

4. Extensive genomic variation within clonal complexes of Neisseria meningitidis / W. Hao [et al.] // Genome Biol. Evol. – 2011. – Vol. 3. – P. 1406–1418. https://doi.org/10.1093/gbe/evr119

5. Nasal inoculation of the commensal Neisseria lactamica inhibits carriage of Neisseria meningitidis by young adults: a controlled human infection study / A. M. Deasy [et al.] // Clin. Infect. Dis. – 2015. – Vol. 60, N 10. – P. 1512–1520. https://doi.org/10.1093/cid/civ098

6. Bratcher, H. B. Evolutionary and genomic insights into meningococcal biology / H. B. Bratcher, J. S. Bennett, M. C. Maiden // Future Microbiol. – 2012. – Vol. 7, N 7. – P. 873–885. https://doi.org/10.2217/fmb.12.62

7. Титов, Л. П. Классификация, номенклатура и эволюция значимых для медицины бактерий / Л. П. Титов // Мед. журн. – 2006. – № 1. – С. 13‒18.

8. Tzeng, Y. L. Antimicrobial peptide resistance in Neisseria meningitidis / Y. L. Tzeng, D. S. Stephens // Biochim. Biophys. Acta. – 2015. – Vol. 1848, N 11. – P. 3026–3031. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2015.05.006

9. Никифоров, В. А. Актуальные и нерешенные проблемы менингококковой инфекции на современном этапе / В. А. Никифоров, В. В. Кичикова, Е. И. Ефимов // Мед. альманах. – 2011. – № 4. – С. 94‒99.

10. Абрамцева, М. В. Менингококковая инфекция. Современные представления о возбудителе, эпидемиологии, патогенезе и диагностике. Сообщение 1 / М. В. Абрамцева, А. П. Тарасов, Т. И. Немировская // Биопрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. – 2014. – № 3 (51). – С. 4‒10.

11. Титов, Л. П. Менингококковая инфекция: современное состояние проблемы / Л. П. Титов // Здравоохранение. – 2010. – № 12. – С. 15–23.

12. Vigué, L. The comparative population genetics of Neisseria meningitidis and Neisseria gonorrhoeae / L. Vigué, A. Eyre-Walker // PeerJ. – 2019. – Vol. 7. – P. e7216. https://doi.org/10.7717/peerj.7216

13. Whole genome sequencing reveals within-host genetic changes in paired meningococcal carriage isolates from Ethiopia / G. K. Barnes [et al.] // BMC Genomics. – 2017. – Vol. 18, N 1. – P. 407‒421. https://doi.org/10.1186/s12864-017-3806-3

14. Genomic epidemiology of hypervirulent serogroup W, ST-11 Neisseria meningitidis / M. M. Mustapha [et al.] // EBioMedicine. – 2015. – Vol. 2, N 10. – P. 1447–1455. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2015.09.007

15. Tibayrenc, M. How clonal are Neisseria species? The epidemic clonality model revisited / M. Tibayrenc, F. J. Ayala // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2015. – Vol. 112, N 29. – P. 8909–8913. https://doi.org/10.1073/pnas.1502900112

16. Genome Assembly and Annotation report [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/genomes/172. – Дата доступа: 18.02.2020.

17. Neisseria meningitidis is structured in clades associated with restriction modification systems that modulate homologous recombination / S. Budroni [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2011. – Vol. 108, N 11. – P. 4494–4499. https://doi.org/10.1073/pnas.1019751108

18. Ryall, B. Culture history and population heterogeneity as determinants of bacterial adaptation: the adaptomics of a single environmental transition / B. Ryall, G. Eydallin, T. Ferenci // Microbiol. Mol. Biol. Rev. – 2012. – Vol. 76, N 3. – P. 597–625. https://doi.org/10.1128/MMBR.05028-11

19. Spontaneous point mutations in the capsule synthesis locus leading to structural and functional changes of the capsule in serogroup A meningococcal populations / E. Ispasanie [et al.] // Virulence. – 2018. – Vol. 9, N 1. – P. 1138–1149. https://doi.org/10.1080/21505594.2018.1467710

20. Li, X. Homologous recombination in DNA repair and DNA damage tolerance / X. Li, W.-D. Heyer // Cell Res. – 2008. – Vol. 18, N 1. – P. 99–113. https://doi.org/10.1038/cr.2008.1

21. Хархаль, А. Н. Иммунная система прокариот: молекулярные механизмы, применение в микробиологии / А. Н. Хархаль, Л. П. Титов // Вес. Нац. акад. наук Беларусi. Сер. мед. навук. – 2017. – № 3. – С. 121–128.

22. Maharjan, R. Mutational signatures indicative of environmental stress in bacteria / R. Maharjan, T. Ferenci // Mol. Biol. Evol. – 2015. – Vol. 32, N 2. – P. 380–391. https://doi.org/10.1093/molbev/msu306

23. Laboratory methods for the diagnosis of meningitis caused by Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae, and Haemophilus influenzae. – Pub. 2. – Geneva : WHO Press, 2011. – 311 p.

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

25. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms / S. Kumar [et al.] // Mol. Biol. Evol. – 2018. – Vol. 35, N 6. – P. 1547–1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096

26. Бутвиловский, А. В. Изучение состава белков и нуклеиновых кислот / А. В. Бутвиловский, Е. В. Барковский, В. Э. Бутвиловский // Мед. журн. – 2009. – № 1. – С. 32‒36.

27. Глазкова, С. Э. Молекулярно-генетический анализ хаускипинг генов adk и aroE штаммов Neisseria meningitidis, выделенных от больных менингитом / С. Э. Глазкова, Е. С. Носова, Л. П. Титов // Мед. журн. – 2007. – № 4. – С. 47–50.

28. Титов, Л. П. Геномико-протеомические основы эволюции и молекулярной эпидемиологии вирусов / Л. П. Титов, В. И. Вотяков // Вес. Нац. акад. наук Беларусi. Сер. мед. навук. – 2011. – № 1. – С. 109‒124.

29. Чиркин, А. А. Биохимия / А. А. Чиркин, Е. О. Данченко. – М. : Мед. литература, 2010. – 624 с.

30. Аллельное разнообразие и филогения генов домашнего хозяйства изолятов N. meningitidis, циркулирующих на территории Республики Беларусь / С. Э. Глазкова [и др.] // Вес. Нац. акад. наук Беларусi. Сер. мед. навук. – 2011. – № 3. – С. 99–105.

31. Evolutionary epidemiology of Neisseria meningitidis strains in Belarus compared to other European countries / L. P. Titov [et al.] // Acta Microbiol. Immunol. Hung. – 2013. – Vol. 60, N 4. – P. 397‒410. https://doi.org/10.1556/AMicr.60.2013.4.2

32. Specificity of the DNA mismatch repair system (MMR) and mutagenesis bias in bacteria / H. Long [et al.] // Mol. Biol. Evol. – 2018. – Vol. 35, N 10. – P. 2414–2421. https://doi.org/10.1093/molbev/msy134

33. DNA repair profiles of disease-associated isolates of Neisseria meningitidis / T. Davidsen [et al.] // FEMS Immunol. Med. Microbiol. – 2007. – Vol. 49, N 2. – P. 243–251. https://doi.org/10.1111/j.1574-695x.2006.00195.x

34. Кребс, Дж. Гены по Льюину / Дж. Кребс, Э. Голдштейн, С. Килпатрик ; пер. с англ. Д. В. Ребрикова, Н. Ю. Усман. ‒ 2-е изд., испр. и доп. – М. : Лаб. знаний, 2017. – 919 с.