Расшифрован геном возбудителя новой клешевой инфекции

Международный коллектив эпидемиологов и генетиков завершил расшифровку полного генома одного из штаммов бактерии Borrelia miyamotoi. Как и другие боррелии, бактерии этого вида живут в организме клещей. У человека они вызывают лихорадку, а в тяжелых случаях могут развиваться повреждения внутренних органов, в том числе мозга. В работе участвовали ученые Центрального научно-исследовательского института эпидемиологии Роспотребнадзора, Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной ветеринарии имени К. И. Скрябина и Я. Р. Коваленко, Амстердамского университета, Немецкого национального консультативного центра по боррелиозу, Научно-исследовательского института медицины труда имени академика Н. Ф. Измерова, Федерального научного центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН и Ижевской государственной медицинской академии. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Работа опубликована в BMC Genomics, кратко об ее итогах рассказывает пресс-релиз фонда.

Несколько лет назад исследователи ЦНИИ эпидемиологии описали клинические случаи новой клещевой инфекции, по ранним симптомам похожей на клещевой вирусный энцефалит средней тяжести. Предполагается, что иногда она может протекать бессимптомно. Ученые показали, что ее вызывает вид бактерий Borrelia miyamotoi, ранее не считавшийся опасным для людей. Всего с 2011 года эпидемиологи выявили в России более 400 случаев заболевания. Также оно встречалось в США, Японии, Нидерландах, Германии, Дании и Швеции. Кроме людей, инфицированы могут быть грызуны. Исследователи считают, что Borrelia miyamotoi живут на клещах рода иксодовых повсюду в умеренных широтах Северного полушария, и на самом деле заражения происходят гораздо чаще. Далеко не все случаи пока возможно обнаружить: диагностические системы для выявления этой инфекции разработаны в ЦНИИ эпидемиологии в ходе этого проекта, и они только начинают применяться в больницах.

Сейчас ключевые направления в изучении инфекции, которую назвали «иксодовый клещевой боррелиоз, вызванный B. miyamotoi» (ИКБ-БM), — выявление ее клинической картины и путей развития заболевания. И для диагностики болезни, и для понимания ее причин и последствий нужны генетические данные возбудителя. Исследователи уже расшифровали полные геномы нескольких штаммов бактерии, выявленных в клещах и в грызунах, и 10 штаммов, найденных у зараженных людей. Выделенный у пациента в Ижевске в 2016 году штамм Izh-4 первым в этом ряду изучен с особой тщательностью.

Бактерии рода Borrelia относятся к спирохетам — подвижным спиралевидным микроорганизмам, ДНК которых образует как хромосомы, так и отдельные молекулы-плазмиды. Количество и генетический код плазмид у боррелий могут быть разными даже внутри одного вида. Ученые связывают это с широтой распространения этих бактерий: они живут в изолированных популяциях клещей в разных странах и эволюционируют обособленно. Эта особенность осложняет расшифровку генома B. miyamotoi, так как набор плазмид у уральских бактерий может сильно отличаться от японского и даже от удмуртского. Чтобы получить максимально точные данные о плазмидной ДНК штамма Izh-4, ученые совместили несколько технологий. Генетический материал для анализа выделили примерно из 100 миллиардов бактерий и «прочитали» с помощью четырех разных методов, два из которых расшифровывают длинные фрагменты ДНК, а два — короткие. Если представить геном B. miyamotoi как текст из 1 400 000 букв, то «короткие прочтения» обеспечивают отсутствие опечаток, а «длинные» — правильное расположение абзацев и предложений на страницах. Сборка полного генома и изучение его характеристик заняли около двух лет.

ДНК штамма Izh-4 находится в клетке в виде одной линейной хромосомы, 12 линейных и двух кольцевых плазмид, и включает в себя 1362 гена, в том числе 103 испорченных «псевдогена». Состав генов на единственной хромосоме обычен для B. miyamotoi — это базовый набор, нужный для жизнеобеспечения клетки. Среди плазмид нашлось несколько, ранее не встречавшихся ни у одной боррелии. Остальные оказались в целом схожими с описанными у других штаммов. Особенно тщательно были изучены плазмиды, гены которых кодируют так называемые основные вариабельные белки (Variable major proteins, VMPs). Анализ впервые показал, что у B. miyamotoi представлены пять разных антигенных типов таких белков, некоторые из них могут существовать в десятке вариантов. Бактерия использует это разнообразие, чтобы «убежать» от иммунной системы инфицированного человека или животного: как только организм начинает распознавать патоген по одной разновидности белков, в плазмидах бактерии включаются другие гены. Потому боррелии так часто вызывают возвратные лихорадки: они постоянно меняют облик и новые приступы начинаются прежде, чем антитела или иммунные клетки находят возбудителя.

«Расшифрованный геном Izh-4 размещен в системе GenBank, и наши зарубежные коллеги могут использовать его при анализе других штаммов B. miyamotoi, — говорит руководитель проекта Александр Платонов, заведующий лабораторией эпидемиологии природно-очаговых инфекций ЦНИИ эпидемиологии. — Генетический код патогена во многом определяет пути распространения и развития инфекции, потому полные геномы бактерий необходимы для прогресса всех направлений их изучения: от понимания механизмов воздействия на организм человека и разработки диагностических систем до изучения эволюции патогенных боррелий с древнейших времен».