PHYLOGENETIC STRUCTURE OF THE GLOBAL POPULATION OF HELICOBACTER PYLORI


Cite item

Abstract

During the co-evolutionary relationships between humans and bacterium Helicobacter pylori (H. pylori), spanning at least 100,000 years, a high rate of mutation and recombination events led to an extremely high genomic polymorphism of the H. pylori species. Despite this, the large diversity of H. pylori genomes is very well structured, allowing it to be divided into different populations associated with the geographic location of H. pylori strains. This review article summarized developments from numerous studies on the coevolution process and phylogenetic structure of the global population of H. pylori. The relationships between currently known bacterial populations and subpopulations, their geographical distribution, reconstruction of evolutionary pathway for ancestral and recent populations are described in detail. Phylogenetic analysis of the H. pylori population structure permitted to reconstruct both prehistoric and recent human migrations, demographic processes and the complex history of evolution H. pylori population.

Full Text

ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ГЛОБАЛЬНОЙ ПОПУЛЯЦИИ HELICOBACTER PYLORI

 

Helicobacter pylori (H. pylori) - грамотрицательная микроаэрофильная спиральная бактерия, которая колонизирует слизистую оболочку желудка более чем у 50% населения мира [7, 10]. Бактерия была открыта в 1983 году австралийскими учеными Робином Уорреном и Барри Маршаллом, которым, за доказательства роли H. pylori в возникновении большинства гастродуоденальных заболеваний, в 2005 году была присуждена Нобелевская премия [19]. Открытие патогенных свойств H. pylori позволило не только выявить причину таких заболеваний как гастрит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, аденокарцинома и MALT-лимфома желудка, но и внедрить в медицинскую практику соответствующую антибактериальную терапию.

У подавляющего числа людей колонизация H. pylori носит бессимптомный характер, и лишь у 10-20% носителей развиваются патологические изменения ЖКТ [5]. Попав в организм хозяина в раннем детстве, H. pylori, при отсутствии эффективного лечения, сохраняется в течение всей жизни, активно передаваясь не только между членами одной семьи, но и в пределах сообществ, живущих на одной территории [32].

В ходе коэволюционных отношений человека и бактерии H. pylori, насчитывающих не менее 100 тыс. лет, высокая скорость адаптивных мутаций и рекомбинационных событий привели к необычайно высокому уровню геномного полиморфизма вида H. pylori [21]. Конечным результатом явилось формирование географически дифференцированных популяций и субпопуляций H. pylori, чья генетическая структура в широком диапазоне является отражением генетической структуры хозяина [25].

Интересные данные об эволюции и генетической структуре популяции H. pylori были получены на основе мультилокусного типирования последовательностей (MLST, Multilocus Sequence Typing) семи генов домашнего хозяйства atpA, efp, mutY, ppa, trpC, ureA и yphC, которые представляют собой селективно нейтральные участки в геноме, а также двух генов, ассоциированных с вирулентностью, - vacA и cagA, которые в настоящее время не включены в MLST анализ [3, 13, 39]. Результаты секвенирования показали, что практически каждый штамм H. pylori, ввиду высокой вариабельности генома, имел уникальный профиль (тип), что для штаммов других видов является исключением, нежели правилом. Отсутствие клональной структуры привело к первоначальным предположениям о том, что популяция H. pylori является панмиктической [3]. Однако с увеличением размера выборки стало очевидно географическое распределение определенных типов MLST штаммов H. pylori и их корреляция с этно-региональным происхождением [39].

На сегодняшний день определены семь современных популяций H. pylori: hpAfrica1, hpAfrica2, hpEastAsia, hpEurope, hpAsia2, hpNEAfrica и hspSahul, которые происходят по крайней мере от шести предковых популяций (ancestral European 1 (AE1), ancestral European 2 (AE2), ancestral EastAsia, ancestral Africa1, ancestral Africa2, ancestral Sahul) [9, 15, 23]. Дальнейшее пополнение данных о структуре популяции H. pylori отдельных регионов привело к делению каждой из семи популяций (с префиксом «hp») на субпопуляции (с префиксом «hsp»), которые генетически отличаются друг от друга, но менее дифференцированы, чем популяции (Рисунок 1) [36]. Установление взаимоотношений между бактериальными популяциями и субпопуляциями позволило изучить как демографические, так и миграционные процессы человека, оказывающие значительное влияние на формирование филогенетического разнообразия глобальной популяции H. pylori [21].

 

Популяция hpAfrica2 штаммов H. pylori

По мнению большинства исследователей H. pylori является одной из самых древних бактерий в микробиоме человека. Время коэволюционного взаимодействия бактерии H. pylori с человеком по некоторым расчётам длится от 60 до 116 тыс. лет, что позволяет использовать генетические варианты H. pylori в качестве биологических маркеров, отражающих этнические и географические миграционные пути в истории человека [24].

Африканский континент признан «прародиной» вида H. pylori, в составе которого идентифицированы три африканские популяции: hpAfrica1, hpAfrica2 и hpNEAfrica [28]. Глобальный филогенетический анализ последовательностей H. pylori выявил две супер-линии, одна из которых включала популяцию hpAfrica2, вторая - остальные популяции в единой монофилетической кладе. Это свидетельствует о том, из всех популяций H. pylori hpAfrica2 является самой филогенетически удаленной и древней, тогда как hpNEAfrica и hpAfrica1 продолжили свое эволюционное развитие, популяционно дифференцируясь по мере расселения человечества за пределы африканского континента [24]. Кроме того, длинная ветвь hpAfrica2 глобального филогенетического дерева указывает на длительную генетическую изоляцию данной популяции и, вероятно, отражает продолжительный период независимой эволюции до разделения на другие популяции [20].

Примечательно, что штаммы популяции hpAfrica2 были выделены от различных этнических групп только на территориях Южной Африки (ЮАР, Намибия, юг Анголы) (Рисунок 1) [13, 21]. Подобная «изоляция» hpAfrica2 привела к предположениям о связи популяции с древними охотниками-собирателями племени Сан, которые, кроме того, являются преимущественными носителями гаплогруппы L0 митохондриальной ДНК – предковой для общей материнской линии человека. Это укрепило гипотезу о том, что представители народности Сан являются первыми хозяевами штаммов H. pylori hpAfrica2, которые явились основополагающими в эволюционном развитии остальных популяций [24].

Также было показано, что штаммы H. pylori hpAfrica2 являются ближайшими родственниками H. acinonychis - типичного обитателя организма крупных кошачьих [24]. Смена организма-хозяина, по-видимому, произошла в результате инфицирования от человека племени Сан одного из представителей кошачьих ~43-56 тыс. лет назад. Впоследствии, популяция hpAfrica2 разделилась на две субпопуляции: hspNorthSan – выделены от северных народностей в Намибии и Анголе, и hspSouthSan – выделены от народностей в Южной Африке. Полагают, что миграция популяции hpAfrica2 происходила преимущественно с севера на юг [20, 24].

 

Популяция hpAfrica1 штаммов H. pylori

Популяция hpAfrica1 штаммов H. pylori распределяется по всему континенту Африки, начиная от Алжира и Марокко на севере до Южно-Африканской Республики (ЮАР) на юге. С помощью кластерного анализа было выявлено наличие трех региональных субпопуляций: hspWAfrica - доминирует на территориях Западной и Северной Африки (Сенегал, Гамбия, Буркина-Фасо, Марокко, Алжир, Нигерия, Камерун), hspSAfrica - на юге Африки (Намибия, Ангола, ЮАР) и hspCAfrica - в Центральной Африке (Камерун, Намибия) (Рисунок 1) [9, 28, 30].

Полагают, что возникновение популяции hpAfrica1 связано с миграцией из Нигерии/Камеруна народностей банту из языковой семьи Нигер-Конго. Территориальное расселение банту произошло предположительно 5 тыс. лет назад в период Неолита в субэкваториальные районы Африки – климатически более подходящими для ведения сельского хозяйства [21, 24]. Маршрут миграции банту в южную часть Африки до сих пор является спорным: общепринятой является версия о миграции вдоль восточного побережья, однако обнаружение субпопуляции hspCAfrica в Камеруне и Анголе, но не в Южной Африке и Намибии (hspSAfrica), подтверждает существование маршрута, проходящего вдоль западного побережья Африки. По-видимому, препятствием к дальнейшему расселению народов банту с западной части на юг Африки послужила пустыня Намиб, в результате чего последовала вторая волна миграции к восточной части с последующей расселением на юге Африки [21, 28, 30]. Присутствие популяции hspSAfrica на Мадагаскаре предполагает миграцию народностей банту через Мозамбикский пролив во время или после их миграции вдоль восточного побережья Африки [16].

 

Популяция hpNEAfrica штаммов H. pylori

Другая волна миграции предков человека на север Африки привела к появлению еще одной генетической популяции H. pylori, получившей название hpNEAfrica. Эта популяция отделилась от hpAfrica1 в промежутке 36-52 тыс. лет назад и вместе с hpAfrica1 распространилась вдоль центральной части Сахеля и Северной Африки [15, 21, 24]. Частота обнаружения hpNEAfrica увеличивается к востоку до реки Нил и полуострову Сомали, территорию которого заселяли древние общества скотоводов, являющиеся носителями нило-сахарского языка [21]. Наличие двух субпопуляций hspCentralNEA и hspEastNEA в популяции hpNEAfrica также послужило удобным маркером для выявления миграционных путей древних народностей. Присутствие hpsCentralNEA в Камеруне, Анголе и Нигерии свидетельствует о волне миграции носителей нило-сахарского языка на запад во влажный период голоцена (6-9 тыс. лет назад) [28, 38]. Территориально популяционное разделение наблюдается в Судане по обе стороны от долины Нила, где две субпопуляции обнаруживаются с высокой частотой (Рисунок 1). Полагают, что популяция hpNEAfrica впоследствии распространилась на евразийскую территорию через Левант, положив начало предковой популяции Аncestral Europe2 (АЕ2), которая в результате рекомбинации с популяцией Аncestral Europe1 (АЕ1) сформировали современную популяцию hpEurope [21, 38].

 

Популяция hpEurope штаммов H. pylori

Европейская популяция hpEurope является самой большой по численности и характеризуется наибольшим генетическим разнообразием по сравнению с остальными популяциями [38]. Глобальный анализ последовательностей MLST штаммов H. pylori показал, что популяция hpEurope образовалась в результате гибридизации двух предковых популяций AE1 и AE2, ни одна из которых территориально не произошла из Европы [37]. Так, популяция АЕ2, принадлежащая к современной популяции hpNEAfrica, берет начало на территории Северо-Восточной Африки, а источником АЕ1, эволюционировавшей до современной hpAsia2, является Центральная Азия, предположительно Ладакх на севере Индии [21, 37].

Большинство исследователей полагают, что ввиду слишком большого генетического разнообразия hpEurope, занос H. pylori в Европу был вызван не первой, а второй волной миграции человека из африканского континента [24]. Подобное предположение основано на том, что предковая популяция АЕ2 (hpNEAfrica) отделилась от hpAfrica1 в пределах 36-52 тыс. лет назад, а учитывая время, в течение которого происходили эволюционные и гибридизационные (с AE1) события, появление АЕ2 в европейской части евразийского континента несовместимо с первой миграцией человека из Африки, произошедшей около 60 тыс. лет назад. Однако до сих пор остается спорным вопрос об истинном территориальном происхождении гибрида AE1-AE2, а также точного времени интрогрессии предковых популяций [21, 24, 38].

Популяция hpEurope объединяет штаммы H. pylori, выделенные в странах Европы (Рисунок 1), однако наблюдается территориально неравномерное соотношение долей предковых линий AE1/AE2 [21]. Несмотря на то, что доли AE1/AE2 в популяции hpEurope распределены в соотношении ~50:50, было отмечено преобладание доли AE1 в Северной Европе (Финляндия, Эстония, Швеция, Великобритания, Ирландия, Нидерланды) и уменьшение доли AE1 в Южной Европе (Бельгия, Германия, Италия, Франция) с преобладанием AE2 [18, 37]. Данное открытие послужило основанием для предположения, что территориальным источником популяции hpEurope явились регионы «Плодородного полумесяца» (современные территории Кипра, Ливана, Израиля, Сирии, Ирака, юго-востока Турции, юго-запада Ирана и северо-запада Иордании) с последующим распространением популяции на европейской части в эпоху неолита [9, 24, 18, 37].  Другая версия основана на результатах MLST-анализа штамма H. pylori, выделенного из желудка Тирольского ледяного человека (Эци), обнаруженного в 1991 году в Эцтальских Альпах в Тироле. Возраст мумии, определённый радиоуглеродным методом, составлял примерно 5300 лет. Анализ генома древнего штамма H. pylori показал принадлежность не к hpEurope, а к современной популяции hpAsia2 (AE1), которая распространена в Центральной и Южной Азии. Дальнейший анализ выявил, что в процентном соотношении на азиатскую популяцию AE1 приходится 93,5% генома древнего штамма, и лишь 6,5% - на африканскую популяцию hpNEAfrica (AE2). Таким образом, древний штамм H. pylori является первым доказательством того, что AE2 уже присутствовал в Центральной Европе в период медного века [17]. Низкий уровень содержания AE2 в геноме H. pylori предполагает, что бо́льшая часть предковой популяции AE2 (доля которой достаточно высока в современной популяции hpEurope) является результатом заноса AE2 в Европу в течение последних нескольких тысяч лет, что гораздо позднее установленных ранее временных интервалов. Однако ограниченность этого вывода связана с размером выборки (один штамм), что не позволяет получить статистически достоверные сведения о распространенности AE1 на территориях древней Европы или скорости интрогрессии AE2 [17, 18, 38].

До настоящего времени популяция hpEurope была разделена на две субпопуляции: hspNEurope (hspNorthEurope) и hspSEurope (hspSouthEurope). Однако в исследованиях Muñoz-Ramirez Z.Y. et al. (2021) была идентифицирована новая европейская субпопуляция hspSWEurope, имеющая генетическое родство с европейскими субпопуляциями Америки. Показано, что hspSWEurope циркулирует на территории Пиренейского полуострова и объединяет штаммы H. pylori, выделенные в Испании, Португалии, Франции [26]. Кроме того, Guevara A.A. et al. (2021) также выявил две новые субпопуляции hpEurope - hspSWEuropeAustralia и hspNEuropeAustralia, которые обнаружены только в Австралии (Рисунок 1) [10].

Таким образом, популяционная генетика H. pylori отражает не только доисторические миграции человека, но и относительно недавние миграционные события. Помимо стран Евразийского континента, популяция hpEurope обнаружена в Австралии, Африке, Северной и Южной Америке, на Филиппинах и островах южной части Тихого океана, что, очевидно, является результатом европейской колониальной экспансии, которая активно велась более четырех веков [9, 34, 38].

 

Популяция hpEastAsia штаммов H. pylori

HpEastAsia - типичная восточноазиатская популяция, которая отделилась от hpAsia2 предположительно 30–50 тыс. лет назад и делится на три субпопуляции: hspMaori, hspAmerind и hspEAsia [23, 22].

Субпопуляция hspEAsia является самой большой по численности и объединяет штаммы H. pylori, выделенные в странах Восточной Азии (Китай, Южная Корея, Сингапур, Малайзия, Тайвань, Камбоджа, Япония, Таиланд и Вьетнам) [33, 38]. Однородное распределение субпопуляции hspEAsia в этих странах, а также распространение крупной сино-тибетской языковой семьи на территориях Восточной, Юго-Восточной и Южной Азии, подтверждает миграцию китайского населения в течение последних 3 тыс. лет, в особенности в период экспансии династии Чжоу (1100–211 гг. до н.э.) [21].

HspIndigenousAmericas (известна также как hspAmerind) – уникальная субпопуляция, которая обнаружена у коренного населения Северной и Южной Америки (индейцы, инуиты и др.). Недавно проведенные исследования выявили два подвида этнической субпопуляции hspIndigenousAmericas: hspIndigenousNAmerica (объединяла штаммы, выделенные в Канаде) и hspIndigenousSAmerica (штаммы из Южной Америки), ранее совместно обозначавшиеся как hspAmerind [22, 26].

По сравнению с остальными субпопуляциями, hspIndigenousAmericas характеризуется очень низким генетическим разнообразием. Это позволило предположить, что формирование hspIndigenousAmericas произошло в результате миграции небольшой группы людей из Восточной Азии через Берингов пролив около 8-11 тыс. лет назад [22]. Кроме того, штаммы H. pylori субпопуляции hspIndigenousAmericas были выделены на японских островах Хоккайдо и Окинава, что, возможно, является свидетельством разделения hpEastAsia и hspIndigenousAmericas в результате миграции людей через Тихий океан в еще более ранний период времени (до пересечения Берингова пролива) [26]. Таким образом, первые коренные американцы являлись носителями бактериальных штаммов H. pylori азиатского происхождения, которые изолированно эволюционировали в результате процессов рекомбинации и/или мутации [14]. Однако геномное разнообразие H. pylori в Америке резко изменилось после прибытия европейцев более 500 лет назад и трансатлантической торговли африканскими рабами, что привело к появлению новых популяций, сформировавшихся в результате смешения предковых геномов [22, 26].

Субпопуляция hspMaori впервые была обнаружена в Новой Зеландии у коренного населения Маори, позже – в Самоа, Новой Каледонии, островах Уоллис и Футуна, Японии, а также на Тайване и Филиппинах (Рисунок 1) [9, 15, 23]. Глобальный филогенетический анализ штаммов H. pylori показал, что тайваньские штаммы являются предковыми по отношению к тихоокеанским и имеют значительно более высокое генетическое разнообразие по сравнению с тихоокеанскими hspMaori. Полученные данные свидетельствуют об однонаправленной экспансии австронезийских мореплавателей на обширную территорию Океании - Филиппины, Меланезийские и Полинезийские острова Тихого океана, которые они активно заселяли. Прогнозируемое расхождение между тайваньским и тихоокеанским hspMaori произошло около 5 тыс. лет назад [23, 38].

 

Популяция hpAsia2 штаммов H. pylori

Из всех популяций H. pylori, появившихся за пределами Африки, hpAsia2 является наиболее интригующей. Эта популяция сформировалась у группы людей, которые либо не следовали южному прибрежному маршруту миграции, либо осели на ранних этапах миграции, а затем продолжили заселение вглубь Западной и Средней Азии [38]. Распространение hpAsia2 произошло на обширных территориях Евразии приблизительно 40 тыс. лет назад, скорее всего, до появления популяции hpEurope. В настоящее время на территории западной части Евразии популяция hpAsia2 в значительной степени замещена hpEurope, однако ее присутствие в Нидерландах, Финляндии и Эстонии подтверждает предположение, что предковая популяция AE1 изначально присутствовала на евразийских землях до появления AE2 с юга [21, 38].

Интересна склонность hpAsia2 к образованию рекомбинантных популяций при вторичном контакте с другими популяциями H. pylori. Действительно, все известные в мире рекомбинантные популяции H. pylori включают hpAsia2 в качестве одной из родительских популяций. Помимо рекомбинации hpAsia2 с популяций hpNEAfrica, в результате чего сформировалась hpEurope, hpAsia2 также участвовала в интрогрессии с двумя другими популяциями hpNorthAsia и hpEastAsia, в результате чего образовались две рекомбинантные субпопуляции hspSiberia1 и hspSiberia2. С другой стороны, увеличение количества рекомбинантных популяций могло быть вызвано повторными заносами hpAsia2 в географические области, содержащие другие популяции [22].

Популяция hpAsia2 делится на субпопуляции hspLadakh – обнаружена в изолированном гималайском регионе северной Индии – и hspIndia, которая доминирует в Индии, Бангладеше, Малайзии, Тайланде и Филлипинах (Рисунок 1) [8, 35]. Полагают, что субпопуляция hspIndia была дважды занесена в Юго-Восточную Азию: первый раз, скорее всего, с прибытием носителей языковой группы тай-кадай на территорию нынешнего Таиланда (начало второго тысячелетия н.э.) и второй раз - с мигрантами из Индии в XIX в. [21, 8].

В результате недавно проведенных исследований Moodley Y. et al. (2021) была обнаружена третья субпопуляция hpAsia2 - hspUral, которая тесно связана с hspLadakh и hspIndia и выделяется от уральскоязычных этносов Западной Сибири – хантов и ненцев. Полагают, что заселение Сибири могло быть связано как с продолжающимся последним ледниковым максимумом (26,5-19 тыс. лет назад), так и с репопуляцией населения в голоценовом периоде из-за сложной эволюционной динамики, лежащей в основе популяций человека и H. pylori в этом регионе. В дальнейших исследованиях субпопуляция hspUral может являться маркером распространения уральских языков за пределы Сибири в Северную Европу [22].

 

Популяция hpSahul штаммов H. pylori

Сахул – доисторический континент, который образовался ~98 млн. лет назад и объединял нынешние Антарктиду, Австралию и Новую Гвинею. Примерно 40 млн. лет назад от Сахула отделилась Антарктида, однако Австралия и Новая Гвинея оставались связанными до конца последнего ледникового максимума. Считается, что заселение Сахула произошло в результате миграции людей за пределы Африки по прибрежному маршруту, проходящему через южную Индию, Андаманский архипелаг и Сундаланд [21]. Таким образом, в результате тесного генетического родства коренных народов Австралии и Новой Гвинеи, штаммы H. pylori ~31–37 тыс. лет назад сформировали единую популяцию - hpSahul, занимающую промежуточное положение между африканскими и азиатскими популяциями [23]. Однако археологические свидетельства эпохи плейстоцена показывают другую дату человеческой колонизации Сахула ~42–48 тыс. лет назад [6, 23].

Глобальный филогенетический анализ показал, что занос H. pylori на территорию Сахула произошел единожды. Впоследствии, в результате повышения уровня моря и обособления Австралийского континента от Новой Гвинеи, популяция hpSahul разделилась на две дискретные субпопуляции: hspAustralia и hspNGuinea (Рисунок 1). Используя уникальную коллекцию штаммов, полученных от аборигенов Австралии и Новой Гвинеи, было показано практически полное отсутствие дрейфа генов между субпопуляциями hspAustralia и hspNGuinea [21, 38].

 

Структура популяции H. pylori в России

Известно, что обширная территория Сибири, простирающаяся от Уральских гор до Тихого океана, является малонаселенной, однако при этом здесь исторически проживает большое число коренных народов (~36) из различных языковых семей. Несмотря на сложные климатические условия, современные люди впервые появились на территории Сибири около 45 тыс. лет назад и, по мнению ряда исследователей, развили адаптивные механизмы, обеспечивающие их постоянное присутствие в данном регионе в течение последнего ледникового максимума (26,5 - 19 тыс. лет назад). Кроме того, геномные исследования древнего человека свидетельствуют о том, что Сибирь была воротами для миграции людей в Северную Америку (через Берингов пролив), а также в Западную Евразию [21, 22].

Глобальный анализ сибирских штаммов H. pylori, проведенный Moodley Y. et al. (2021), позволил выявить пять новых субпопуляций, которые являются эндемичными для регионов Сибири: hspUral, hspAltai, hspSiberia1, hspSiberia2 и hspKet (Рисунок 1). Происхождение сибирских субпопуляций является результатом рекомбинации нескольких предковых популяций. Так, субпопуляция hspSiberia1 возникла в результате смешения hpAsia2 и hpNorthAsia, hspSiberia2 - в результате смешения hpAsia2 и hpEastAsia, а hspKet - в результате смешения hpNorthAsia и hspSiberia2. Упомянутая ранее субпопуляция hspUral, выделенная от уральскоязычных хантов и ненцев Западной Сибири, составляет третью субпопуляцию hpAsia2 и может служить микробным маркером для изучения миграционного пути носителей уральского языка за пределы Сибири в Северную Европу [22].

Одна из субпопуляций hpEastAsia - hspIndigenousAmericas - наиболее тесно связана с новой сибирской субпопуляцией hspAltai, которая территориально ограничена центральной Сибирью и выявляется в основном у тюркских и монгольских народов, в меньшей степени - у тунгусских народностей. Ввиду высокого распространения субпопуляций hspIndigenousAmericas и hspAltai на территории Сибири, а также высокой степени их филогенетического родства, Y. Moodley объединили их в новую популяцию hpNorthAsia, на которую приходится 44% сибирских штаммов H. pylori. Предположительно, hspAltai возник в результате генетического дрейфа от общего с hpNorthAsia предка и дифференцировался от hpNorthAsia ~199-2328 лет назад [22]. Нынешнее распространение hspAltai среди тюрко- и монголоязычных сибиряков предполагает распространение данной субпопуляции в результате недавних миграций тюркских (VI-XVI вв.) и монгольских (XIII вв.) народов [40].

Однако большинство сибирских генотипов (52%) не кластеризовались ни с одной из вышеупомянутых популяций и формировали три обособленные субпопуляции: hspSiberia1, hspSiberia2 и hspKet. Полагают, что все три популяции возникли во время голоцена и, скорее всего, в результате процессов геномного смешения, а не дивергенции.

Наиболее географически распространенной субпопуляцией являлась hspSiberia1, которая объединяла штаммы H. pylori от всех исследуемых коренных народов Сибири. Второй по численности являлась субпопуляция hspSiberia2, которая выявлена у некоторых коренных народов (ненцы, ханты, тувинцы, нанайцы, коряки, чукчи). Третья субпопуляция hspKet была обнаружена лишь у этнических кетов в Центральной Сибири. Эволюционное происхождение субпопуляции hspKet связано, по-видимому, с рекомбинацией между hpNorthAsia и hspSiberia2 [22, 31].

Нами уже была описана склонность популяции hpAsia2 к формированию рекомбинантных популяций при вторичном контакте с другими популяциями. Не явились исключением и две сибирские субпопуляции hspSiberia1 и hspSiberia2, которые сформировались в результате рекомбинационных событий между родительскими популяциями hpAsia2-hpNorthAsia и hpAsia2-hpEastAsia, соответственно. Однако ввиду близкого родства субпопуляций hspSiberia1 и hspSiberia2 нельзя исключить альтернативные эволюционные сценарии их возникновения. Сравнение полногеномных последовательностей сибирских штаммов H. pylori, возможно, позволит пролить свет на возникновение субпопуляций hspSiberia1 и hspSiberia2 [22].

К наиболее интересному открытию следует отнести выявление на всей территории Сибири субпопуляции hspIndigenousAmericas, которая, как предполагалось ранее, распространена лишь среди коренных народов Северной и Южной Америки. Присутствие hspIndinentAmericas по обе стороны Берингова пролива может являться следствием долгосрочного взаимодействия между жителями побережья обоих континентов. Полученные данные также подтверждают гипотезу о единой миграции северных евразийцев через Берингов пролив в период плейстоцена и последующей колонизацией Нового Света, а также о еще более ранней миграции современного человека по территории северной Евразии [22, 38].

К сожалению, в российской литературе имеется ограниченное количество публикаций, посвященных филогенетическому анализу российских штаммов H. pylori. Так, Сорокин В.М. с соавт. (2021) показали, что штаммы H. pylori, выделенные на территории Европейской части России, принадлежат к популяции hpEurope с равномерным распределением долей предковых популяций AE1 и AE2 [2]. Полученные данные согласуются с исследованиями Moodley Y. et al. (2016). В исследованиях Борисовой Т.В. с соавт. (2018), европейское происхождение было выявлено у 89,3% штаммов H. pylori, циркулирующих в Якутии (однако в данном исследовании анализ MLST был ограничен лишь тремя генами: atpA, mutY и ppa) [1].

 

Структура популяции H. pylori в Северной и Южной Америке

В результате крупномасштабного филогенетического анализа штаммов H. pylori, циркулирующих на территориях Северной, Центральной и Южной Америки, были идентифицированы три субпопуляции европейского происхождения, имеющие наибольшее генетическое родство с hspSWEurope: hspSWEuropeColombia (ранее обозначалась как hspEuropeColombia; выявлена в Колумбии), hspSWEuropeHonduras (Гондурас, Никарагуа, Гватемала, Сальвадор) и hspSWEuropeMexico (Мексика). Помимо указанных, также были выявлены три субпопуляции, предком которых является африканская популяция hpAfrica1: hspAfrica1NAmerica (США, Канада, Бразилия, Колумбия), hspAfrica1MiscAmerica (Мексика, Колумбия) и hspAfrica1SAfrica (ранее обозначалась как hspAfrica1Nicaragua; циркулирует преимущественно в Никарагуа и Гондурасе) (Рисунок 1) [27].

В результате недавно проведенных исследований Guevara A.A. et al. (2021), получены новые данные о структуре латиноамериканской популяции H. pylori. Авторами была идентифицирована еще одна колумбийская субпопуляция hspColombia. Данная популяция была разделена на три субпопуляции, соответствующие региону происхождения: hspColombia_Nariño (выявлена в департаменте Колумбии -Нариньо), hspColombia_Andes (горный регион Анд) и hspColombia_Cundinamarca (департамент Колумбии- Кундинамарка). Большинство колумбийских штаммов (~81%) принадлежали к hspSWEuropeColombia и hspColombia [10].

Анализ генетической структуры штаммов H. pylori, выделенных в различных регионах Перу, позволил идентифицировать новую субпопуляцию – hspEuropePeru, которая содержала менее 15% предковой субпопуляции hspAmerind и локально развивалась у представителей современных метисов [12].

Региональное структурирование американских популяций H. pylori европейского и африканского происхождения отражает закономерности миграционных путей колонизационной истории человека, берущей начало со времен Колумба. Так, формирование латиноамериканских субпопуляций от европейской hspSWEurope согласуется с миграцией людей из Испании и Португалии [29]. Наличие субпопуляций, происходящих от африканской hspAfrica1, является следствием колониальной миграции людей в результате работорговли XVI-XIX вв.

Интересно, что «доколумбовая» субпопуляция hspIndigenousAmericas (hspAmerind) не оказала существенного влияния на формирование геномов других американских субпопуляций. Это может свидетельствовать о том, что после долгосрочной независимой эволюции «этнические популяции» H. pylori плохо адаптируются к демографическим изменениям, мало приспособлены к конкуренции с новыми популяциями и не подвержены сопутствующим геномным изменениям [25, 29, 38].

В США помимо доминирующей субпопуляции hspAfrica1NAmerica, небольшие группы штаммов H. pylori принадлежали к субпопуляциям hspSEurope, hspSWEurope, hspNEurope и hspAfrica1MiscAmerica. Однако среди всех стран Северной и Южной Амиерики, наибольшее количество субпопуляций H. pylori наблюдается в Мексике: hspSWEuropeMexico, hspAfrica1NAmerica, hspSWEuropeHonduras, hspAfrica1MiscAmerica, hspIndigenousSAmerica и hspSWEurope. Подобное популяционное разнообразие, по-видимому, отражает историческую роль Мексики в качестве миграционных ворот в Америку для европейских государств, а также межконтинентального средоточия популяционного разнообразия человека [27, 4].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, выявление различных высокоспецифичных изменений в геномной структуре H. pylori позволяет установить не только эволюционные траектории предковых популяций, но и пути появления новых субпопуляций патогена. Кроме того, быстрая и динамичная эволюция H. pylori информирует нас о продолжающихся до настоящего времени рекомбинационных событиях, что позволяет использовать H. pylori в качестве модели для совместной эволюции патогенных бактерий и человека, а также для микроэволюции патогена в пределах одного индивидуума. Понимание природы коэволюции H. pylori с организмом хозяина необходимо для выявления адаптивных и эволюционных процессов взаимодействия, способствующих развитию инфекции.  Изучение глобальной структуры популяции H. pylori открывает уникальные возможности для реконструкции тысячелетних миграционных путей человека, демографических процессов и эволюционного пути бактериального вида.

×

About the authors

D. A. Starkova

Санкт-Петербургский НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Email: dariastarkova13@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3199-8689

к.б.н., научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики

Russian Federation

A. V. Svarval

St. Petersburg Pasteur Institute, St. Petersburg, Russia

Author for correspondence.
Email: alena.svarval@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9340-4132

Head of Department for Identification of Pathogens

Russian Federation

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Starkova D., Svarval A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies