Эпидемиологи расшифровали геном возбудителя новой клещевой инфекции

Институт эпидемиологии Роспотребнадзора несколько лет назад описал клинические случаи новой клещевой инфекции, по ранним симптомам похожей на клещевой вирусный энцефалит средней тяжести. Предполагается, что иногда она может протекать бессимптомно.

Эту инфекцию вызывают бактерии вида Borrelia miyamotoi, не считавшегося опасным для людей. 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 головного мозга. Расшифровка полного генома бактерии необходима для дальнейших исследований очагов ее распространения и для создания новых средств диагностики боррелиозов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Среди живущих в кишечнике и слюнных железах клещей бактерий рода Borrelia более всего известен вид Borrelia burgdorferi sensu lato, возбудитель болезни Лайма. Заболевание начинается с небольшого воспаления и озноба, а без лечения может привести к поражению мозга, суставов и кожи. Клещи нередко заражают людей и другими бактериальными инфекциями, в частности клещевыми возвратными лихорадками: болезнь проявляется серией лихорадочных приступов, повторяющихся с интервалом в одну-две недели хорошего самочувствия. В отличие от клещевого энцефалита, возбудитель которого — вирус, все эти лихорадки, в том числе и болезнь Лайма, лечатся антибиотиками. Начать терапию нужно как можно раньше, но далеко не всегда заболевший или даже врач могут отличить первые симптомы клещевой инфекции от гриппа или ОРВИ. Нужны тест-системы, основанные на распознавании ДНК бактерии или антител, которые иммунная система человека производит для защиты от конкретной инфекции.

Случаев заболеваний, вызванных бактерий Borrelia miyamotoi, с 2011 года выявлено в России более 400. 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 распространенного по всему миру 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 только сейчас, они только начинают применяться в больницах.

Ключевые направления в изучении инфекции, которую назвали «иксодовый клещевой боррелиоз, вызванный B. miyamotoi» (ИКБ-БM),— выявление ее клинической картины и путей развития заболевания. Исследователи уже расшифровали полные геномы нескольких штаммов бактерии, выявленных в клещах и в грызунах, и десять 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. Необычно то, что количество и генетический код плазмид у боррелий могут быть разными даже внутри одного вида. Ученые связывают это с географической широтой распространения бактерий: они живут в изолированных популяциях клещей в разных странах и эволюционируют обособленно. Это 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 расшифровки. Генетический материал для анализа выделили примерно из 100 млрд 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 1,4 млн 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.

Эпидемиологи установили, что ДНК штамма Izh-4 находится в клетке в виде одной линейной хромосомы, 12 линейных и двух кольцевых плазмид и включает 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 исследователи изучили плазмиды, гены которых кодируют так называемые основные вариабельные белки. Анализ впервые показал, что у B. miyamotoi представлены пять разных антигенных типов таких белков, некоторые из которых 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, зарубежные коллеги могут использовать его при анализе других штаммов B. miyamotoi,— говорит руководитель проекта РНФ Александр Платонов, заведующий лабораторией эпидемиологии природно-очаговых инфекций ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, доктор биологических наук, профессор.— 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».

В исследовании также участвовали ученые из Федерального научного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной ветеринарии имени К. И. Скрябина и Я. Р. Коваленко (Москва), Амстердамского университета (Нидерланды), Немецкого национального консультативного центра по боррелиозу (Германия), Научно-исследовательского института медицины труда имени академика Н. Ф. Измерова (Москва), Федерального научного центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН (Москва) и Ижевской государственной медицинской академии (Ижевск).

По материалам статьи «Whole Genome Sequencing of Borrelia Miyamotoi Isolate Izh-4: Reference for a Complex Bacterial Genome»; Konstantin V. Kuleshov, Gabriele Margos, Volker Fingerle, Joris Koetsveld, Irina A. Goptar, Mikhail L. Markelov, Nadezhda M. Kolyasnikova, Denis S. Sarksyan, Nina P. Kirdyashkina, German A. Shipulin, Joppe W. Hovius, Alexander E. Platonov; журнал BMC Genomics, февраль 2020 г.