НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ГЕНОМА И ЭВОЛЮЦИИ MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS

Обложка
  • Авторы: Мокроусов И.В.1
  • Учреждения:
    1. ФГУН «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера» Роспотребнадзора, Санкт-Петербург
  • Выпуск: Том 1, № 3 (2011)
  • Страницы: 211-220
  • Раздел: ОБЗОРЫ
  • Дата подачи: 30.06.2014
  • Дата принятия к публикации: 30.06.2014
  • Дата публикации: 30.06.2014
  • URL: https://iimmun.ru/iimm/article/view/49
  • DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-2011-3-211-220
  • ID: 49


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Резюме. Mycobacterium tuberculosis complex включает виды как исключительно возбудителей болезней человека (M. tuberculosis, M. africanum и M. canettii), грызунов (M. microti), так и M. bovis, с широким кругом хозяев и близкие ему виды M. caprae, а также M. pinnipedii. Несмотря на различия фенотипических характеристик и вариабельность круга хозяев среди млекопитающих, они представляют один из наиболее ярких и крайних примеров генетической гомогенности (99,7–99,9% гомологии) и крайне незначительного генетического обмена между штаммами. Интенсивные генетические исследования последнего десятилетия привели к пересмотру или существенному уточнению ряда традиционных и новых взглядов относительно особенностей эволюции и структуры генома M. tuberculosis. В частности, была показана ошибочность классической теории о происхождении возбудителя человеческого туберкулеза (M. tuberculosis) непосредственно от M. bovis вследствие одомашнивания крупного рогатого скота. M. tuberculosis, M. bovis и других родственные виды туберкулезного комплекса (M. canettii, M. microti, M. pinnipedii, M. caprae) возникли из единого предшественника в результате делеций крупных фрагментов генома. При этом некоторые делеции оказывают влияние и на патогенный потенциал различных линий внутри M. tuberculosis. В то же время, в течение более коротких периодов генетическая вариабельность достигается изменениями в повторяющейся ДНК и перемещениями коротких инсерционных последовательностей IS6110. Кроме того, M. tuberculosis может адаптироваться к воздействию факторов иммунного ответа организма хозяина и к селективному давлению антибиотиков путем точечных мутаций. В последние годы анализ близкородственных штаммов выявил больший, чем предполагали ранее, уровень однонуклеотидного полиморфизма близкородственных штаммов M. tuberculosis что открывает новые перспективы для полногеномного и мультилокусного генотипирования.

 

Об авторах

И. В. Мокроусов

ФГУН «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера» Роспотребнадзора, Санкт-Петербург

Автор, ответственный за переписку.
Email: imokrousov@mail.ru

д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии

197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, 14

Россия

Список литературы

  1. Aanensen D.M., Spratt B.G. The multilocus sequence typing network: mlst.net // Nucleic Acids Res. — 2005. — Vol. 33. — P. W728–733.
  2. Achtman M., Zurth K., Morelli G., Torrea G., Guiyoule A., Carniel E. Yersinia pestis, the cause of plague, is a recently emerged clone of Yersinia pseudotuberculosis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1999. — Vol. 96. — P. 14043–14048.
  3. Alland D., Whittam T.S., Murray M.B., Cave M.D., Hazbon M.H., Dix K., Kokoris M., Duesterhoeft A., Eisen J.A., Fraser C.M., Fleischmann R.D. Modeling bacterial evolution with comparative-genome-based marker systems: application to Mycobacterium tuberculosis evolution and pathogenesis // J. Bacteriol. — 2003. — Vol. 185. — P. 3392–3399.
  4. Azhikina T., Gvozdevsky N., Botvinnik A., Fushan A., Shemyakin I., Stepanshina V., Lipin M., Barry C. 3rd, Sverdlov E.A. genome-wide sequence-independent comparative analysis of insertion-deletion polymorphisms in multiple Mycobacterium tuberculosis strains // Res. Microbiol. — 2006. — Vol. 157, N 3. — P. 282–290.
  5. Baker L., Brown T., Maiden M.C., Drobniewski F. Silent nucleotide polymorphisms and a phylogeny for Mycobacterium tuberculosis // Emerg. Infect. Dis. — 2004. — Vol. 10. — P. 1568–1577.
  6. Becq J., Gutierrez M.C., Rosas-Magallanes V., Rauzier J., Gicquel B., Neyrolles O., Deschavanne P. Contribution of horizontally acquired genomic islands to the evolution of the tubercle bacilli // Mol. Biol. Evol. — 2007. — Vol. 24, N 8. — P. 1861–1871.
  7. Behr M.A., Wilson M.A., Gill W.P., Salamon H., Schoolnik G.K., Rane S., Small P.M. Comparative genomics of BCG vaccines by whole-genome DNA microarray // Science. — 1999. — Vol. 284. — P. 1520–1523.
  8. Bolotin A., Quinquis B., Sorokin A., Ehrlich S.D. Clustered regularly interspaced short palindrome repeats (CRISPRs) have spacers of extrachromosomal origin // Microbiology. — 2005. — Vol. 151. — P. 2551–2561.
  9. Brisse S., Supply P., Brosch R., Vincent V., Gutierrez M.C. ‘‘A reevaluation of M. prototuberculosis’’: Continuing the debate // PLoS Pathog. — 2006. — Vol. 2, N 9. — e95.
  10. Brodin P., Rosenkrands I., Andersen P., Cole S.T., Brosch R. ESAT-6 proteins: protective antigens and virulence factors? // Trends Microbiol. — 2004. — Vol. 12, N 11. — P. 500–508.
  11. Brosch R., Gordon S.V., Marmiesse M., Brodin P., Buchrieser C., Eiglmeier K., Garnier T., Gutierrez C., Hewinson G., Kremer K., Parsons L.M., Pym A.S., Samper S., Soolingen D. van, Cole S.T. A new evolutionary scenario for the Mycobacterium tuberculosis complex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2002. — Vol. 99. — P. 3684–3689.
  12. Brudey K., Driscoll J.R., Rigouts L., Prodinger W.M., Gori A., Al-Hajoj S.A., Allix C., Aristimuňo L., Arora J., Baumanis V., Binder L., Cafrune P., Cataldi A., Cheong S., Diel R., Ellermeier C., Evans J.T., Fauville-Dufaux M., Ferdinand S., Garcia de Viedma D., Garzelli C., Gazzola L., Gomes H.M., Guttierez M.C., Hawkey P.M., Helden P.D. van, Kadival G.V., Kreiswirth B.N., Kremer K., Kubin M., Kulkarni S.P., Liens B., Lillebaek T., Ho M.L., Martin C., Martin C., Mokrousov I., Narvskaïa O., Ngeow Y.F., Naumann L., Niemann S., Parwati I., Rahim Z., Rasolofo-Razanamparany V., Rasolonavalona T., Rossetti M.L., Rüsch-Gerdes S., Sajduda A., Samper S., Shemyakin I.G., Singh U.B., Somoskovi A., Skuce R.A., Soolingen D. van, Streicher E.M., Suffys P.N., Tortoli E., Tracevska T., Vincent V., Victor T.C., Warren R.M., Yap S.F., Zaman K., Portaels F., Rastogi N., Sola C. Mycobacterium tuberculosis complex genetic diversity: mining the fourth international spoligotyping database (SpolDB4) for classification, population genetics and epidemiology // BMC Microbiol. — 2006. — Vol. 6. — P. 23.
  13. Cole S.T., Brosch R., Parkhill J., Garnier T., Churcher C., Harris D., Gordon S.V., Eiglmeier K., Gas S., Barry C.E. 3rd, Tekaia F., Badcock K., Basham D., Brown D., Chillingworth T., Connor R., Davies R., Devlin K., Feltwell T., Gentles S., Hamlin N., Holroyd S., Hornsby T., Jagels K., Krogh A., McLean J., Moule S., Murphy L., Oliver K., Osborne J., Quail M.A., Rajandream M.A., Rogers J., Rutter S., Seeger K., Skelton J., Squares R., Squares S., Sulston J.E., Taylor K., Whitehead S., Barrell B.G. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence // Nature. — 1998. — Vol. 393. — P. 537–544.
  14. Corbett E.L., Watt C.J., Walker N., Maher D., Williams B.G., Raviglione M.C. Dye C. The growing burden of tuberculosis: global trends and interactions with the HIV epidemic // Arch. Intern. Med. — 2003. — Vol. 163. — P. 1009–1021.
  15. Daniel T.M. The history of tuberculosis // Respir. Med. — 2006. — Vol. 100. — P. 1862–1870.
  16. Embden J.D.A. van, Gorkom T. van, Kremer K., Jansen T., Zeijst B.A.M. van der, Schouls L.M. Genetic variation and evolutionary origin of the direct repeat locus of Mycobacterium tuberculosis complex bacteria // J. Bacteriol. — 2000. — Vol. 182. — P. 2393–2401.
  17. .Ernst J.D., Trevejo-Nuňez G., Banaiee N. Genomics and the evolution, pathogenesis, and diagnosis of tuberculosis // J. Clin. Invest. — 2007. — Vol. 117. — P. 1738–1745.
  18. Fabre M., Koeck J.L., Le Fleche P., Simon F., Herve V., Vergnaud G., Pourcel C. High genetic diversity revealed by variable-number tandem repeat genotyping and analysis of hsp65 gene polymorphism in a large collection of ‘‘Mycobacterium canettii’’ strains indicates that the M. tuberculosis complex is a recently emerged clone of ‘‘M. canettii’’ // J. Clin. Microbiol. — 2004. — Vol. 42. — P. 3248–3255.
  19. Feil E.J., Spratt B.G. Recombination and the population structures of bacterial pathogens // Annu. Rev. Microbiol. — 2001. — Vol. 55. — P. 561–590.
  20. Filliol I., Motiwala A.S., Cavatore M., Qi W., Hazbón M.H., Bobadilla del Valle M., Fyfe J., García-García L., Rastogi N., Sola C., Zozio T., Guerrero M.I., León C.I., Crabtree J., Angiuoli S., Eisenach K.D., Durmaz R., Joloba M.L., Rendón A., Sifuentes-Osornio J., Ponce de León A., Cave M.D., Fleischmann R., Whittam T.S., Alland D. Global phylogeny of Mycobacterium tuberculosis based on single nucleotide polymorphism (SNP) analysis: Insights into tuberculosis evolution, phylogenetic accuracy of other DNA fingerprinting systems, and recommendations for a minimal standard SNP set // J. Bacteriol. — 2006. — Vol. 188. — P. 759–772.
  21. Fleischmann R.D., Alland D., Eisen J.A., Carpenter L., White O., Peterson J., DeBoy R., Dodson R., Gwinn M., Haft D., Hickey E., Kolonay J.F., Nelson W.C., Umayam L.A., Ermolaeva M., Salzberg S.L., Delcher A., Utterback T., Weidman J., Khouri H., Gill J., Mikula A., Bishai W., Jacobs Jr W.R. Jr, Vent er J.C., Fraser C.M. Whole-genome comparison of Mycobacterium tuberculosis clinical and laboratory strains // J. Bacteriol. — 2002. — Vol. 184. — P. 5479–5490.
  22. Gagneux S. Small P.M. Global phylogeography of Mycobacterium tuberculosis and implications for tuberculosis product development // Lancet Infect. Dis. — 2007. — Vol. 7. — P. 328–337.
  23. Gagneux S., DeRiemer K., Van T., Kato-Maeda M., Jong B.C. de, Narayanan S., Nicol M., Niemann S., Kremer K., Gutierrez M.C., Hilty M., Hopewell P.C., Small P.M. Variable host-pathogen compatibility in Mycobacterium tuberculosis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2006. — Vol. 103. — P. 2869–2873.
  24. Garnier T., Eiglmeier K., Camus J.C., Medina N., Mansoor H., Pryor M., Duthoy S., Grondin S., Lacroix C., Monsempe C., Simon S., Harris B., Atkin R., Doggett J., Mayes R., Keating L., Wheeler P.R., Parkhill J., Barrell B.G., Cole S.T., Gordon S.V., Hewinson R.G. The complete genome sequence of Mycobacterium bovis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2003. — Vol. 100. — P. 7877–7882.
  25. Groenen P.M., Bunschoten A.E., Soolingen D. van, Embden J.D. van. Nature of DNA polymorphism in the direct repeat cluster of Mycobacterium tuberculosis; application for strain differentiation by a novel typing method // Mol. Microbiol. — 1993. — Vol. 10, N 5. — P. 1057–1065.
  26. Gutacker M.M., Mathema B., Soini H., Shashkina E., Kreiswirth B.N., Graviss E.A., Musser J.M. Singlenucleotide polymorphism-based population genetic analysis of Mycobacterium tuberculosis strains from 4 geographic sites // J. Infect. Dis. — 2006. — Vol. 193. — P. 121–128.
  27. Gutacker M.M., Smoot J.C., Migliaccio C.A., Ricklefs S.M., Hua S., Cousins D.V., Graviss E.A., Shashkina E., Kreiswirth B.N., Musser J.M. Genome-wide analysis of synonymous single nucleotide polymorphisms in Mycobacterium tuberculosis complex organisms: resolution of genetic relationships among closely related microbial strains // Genetics. — 2002. — Vol. 162. — P. 1533–1543.
  28. Gutierrez M.C., Brisse S., Brosch R., Fabre M., Omais B., Marmiesse M., Supply P., Vincent V. Ancient origin and gene mosaicism of the progenitor of Mycobacterium tuberculosis // PLoS Pathog. — 2005. — Vol. 1. — P. e5.
  29. Hermans P.W.M., Soolingen D. van, Bik E.M., Haas P.E.W. de, Dale J.W., Embden J.D.A. van. The insertion element IS987 from Mycobacterium bovis BCG is located in a hot spot integration region for insertion elements in Mycobacterium tuberculosis complex strains // Infect. Immun. — 1991. — Vol. 59. — P. 2695–2705.
  30. Hirsh A.E., Tsolaki A.G., DeRiemer K., Feldman M.W., Small P.M. Stable association between strains of Mycobacterium tuberculosis and their human host populations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2004. — Vol. 101. — P. 4871–4876.
  31. Hughes A.L., Friedman R., Murray M. Genomewide pattern of synonymous nucleotide substitution in two complete genomes of Mycobacterium tuberculosis // Emerg. Infect. Dis. — 2002. — Vol. 8. — P. 1342–1346.
  32. Jang J., Becq J., Gicquel1 B., Deschavanne P., Neyrolles O. Horizontally acquired genomic islands in the tubercle bacilli // Trends Microbiol. — 2008. — Vol. 16, N 7. — P. 303–308.
  33. Kato-Maeda M., Bifani P.J., Kreiswirth B.N., Small P.M. The nature and consequence of genetic variability within Mycobacterium tuberculosis // J. Clin. Invest. — 2001. — Vol. 107. — P. 533–537.
  34. Kidgell C., Reichard U., Wain J., Linz B., Torpdahl M., Dougan G., Achtman M. Salmonella typhi, the causative agent of typhoid fever, is approximately 50,000 years old // Infect. Genet. Evol. — 2002. — Vol. 2. — P. 39–45.
  35. Lapina A.I. The development of tuberculosis control in the USSR // Bull. Int. Union. Against. Tuberc. — 1970. — Vol. 43. — P. 188–192.
  36. Maiden M.C., Bygraves J.A., Feil E., Morelli G., Russell J.E., Urwin R., Zhang Q., Zhou J., Zurth K., Caugant D.A., Feavers I.M., Achtman M., Spratt B.G. Multilocus sequence typing: a portable approach to the identification of clones within populations of pathogenic microorganisms // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1998. — Vol. 95. — P. 3140–3145.
  37. Malik A.N.J., Godfrey-Faussett P. Effects of genetic variability of Mycobacterium tuberculosis strains on the presentation of disease // Lancet Infect. Dis. — 2005. — Vol. 5. — P. 174–183.
  38. Marmiesse M., Brodin P., Buchrieser C., Gutierrez C., Simoes N., Vincent V., Glaser P., Cole S.T., Brosch R. Macroarray and bioinformatic analyses reveal mycobacterial ‘core’ genes, variation in the ESAT-6 gene family and new phylogenetic markers for the Mycobacterium tuberculosis complex // Microbiology. — 2004. — Vol. 150. — P. 483–496.
  39. McEvoy C.R., Falmer A.A., Pittius N.C. van, Victor T.C., Helden P.D. van, Warren R.M. The role of IS6110 in the evolution of Mycobacterium tuberculosis // Tuberculosis (Edinb.). — 2007. — Vol. 87. — P. 393–404.
  40. Mostowy S., Cousins D., Behr M.A. Genomic interrogation of the dassie bacillus reveals it as a unique RD1 mutant within the Mycobacterium tuberculosis complex // J. Bacteriol. — 2004. — Vol. 186. — P. 104–109.
  41. Murray J.F. A century of tuberculosis // Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2004. — Vol. 169. — P. 1181–1186.
  42. Musser J.M., Amin A., Ramaswamy S. Negligible genetic diversity of Mycobacterium tuberculosis host immune system protein targets: evidence of limited selective pressure // Genetics. — 2000. — Vol. 155. — P. 7–16.
  43. Semaw S., Simpson S.W., Quade J., Renne P.R., Butler R.F., McIntosh W.C., Levin N., Dominguez-Rodrigo M., Rogers M.J. Early Pliocene hominids from Gona, Ethiopia // Nature. — 2005. — Vol. 433. — P. 301–305.
  44. Smith N.H. A re-evaluation of M. prototuberculosis // PLoS Pathog. — 2006. — Vol. 2, N 9. — e98.
  45. Smith N.H., Dale J., Inwald J., Palmer S., Gordon S.V., Hewinson R.G., Smith J.M. The population structure of Mycobacterium bovis in Great Britain: Clonal expansion // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2003. — Vol. 100. — P. 15271–15275.
  46. Smith N.H., Kremer K., Inwald J., Dale J., Dris coll J.R., Gordon S.V., Soolingen D. van, Hewinson R.G., Smith J.M. Ecotypes of the Mycobacterium tuberculosis complex // J. Theor. Biol. — 2006. — Vol. 239. — P. 220–225.
  47. Smith, N.H., Hewinson R.G., Kremer K., Brosch R., Gordon S.V. Myths and misconceptions: the origin and evolution of Mycobacterium tuberculosis // Nat. Rev. Microbiol. — 2009. — Vol. 7. — P. 537–544.
  48. Soolingen D. van, Hoogenboezem T., Haas P.E. de, Hermans P.W., Koedam M.A., Teppema K.S., Brennan P.J., Besra G.S., Portaels F., Top J., Schouls L.M., Embden J.D. van. A novel pathogenic taxon of the Mycobacterium tuberculosis complex, Canetti: Characterization of an exceptional isolate from Africa // Int. J. Syst. Bacteriol. — 1997. — Vol. 47. — P. 1236–1245.
  49. Sorek R., Kunin V., Hugenholtz P. CRISPR-a widespread system that provides acquired resistance against phages in bacteria and archaea // Nat. Rev. Microbiol. — 2008. — Vol. 6. — P. 181–186.
  50. Sreevatsan S., Pan X., Stockbauer K., Connell N., Kreiswirth B., Whittam T., Musser J. M., Restricted structural gene polymorphism in the Mycobacterium tuberculosis complex indicates evolutionary recent global dissemination // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1997. — Vol. 97. — P. 9869–9874.
  51. Stead W.W. The origin and erratic global spread of tuberculosis. How the past explains the present and is the key to the future // Clin. Chest Med. — 1997. — Vol. 18. — P. 65–77.
  52. Supply P., Warren R.M., Banuls A.L., Lesjean S., Spuy G.D. van der, Lewis L.A., Tibayrenc M., Helden P.D. van, Locht C. Linkage disequilibrium between minisatellite loci supports clonal evolution of Mycobacterium tuber culosis in a high tuberculosis incidence area // Mol. Microbiol. — 2003. — Vol. 47. — P. 529–538.
  53. Templeton A. Out of Africa again and again // Nature. — 2002. — Vol. 416. — P. 45–51.
  54. Tsolaki A.G., Hirsh A.E., DeRiemer K., Enciso J.A., Wong M.Z., Hannan M., Goguet de la Salmoniere Y.O., Aman K., Kato-Maeda M., Small P.M. Functional and evolutionary genomics of Mycobacterium tuberculosis: insights from genomic deletions in 100 strains // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2004. — Vol. 101. — P. 4865–4870.
  55. Tsolaki A.G., Gagneux S., Pym A.S., Goguet de la Salmoniere Y.O., Kreiswirth B.N., Soolingen D. van, Small P.M. Genomic deletions classify the Beijing/W strains as a distinct genetic lineage of Mycobacterium tuberculosis // J. Clin. Microbiol. — 2005. — Vol. 43. — P. 3185–3191.
  56. WHO. Global tuberculosis control: surveillance, planning, financing. — Geneva, Switzerland, 2008.
  57. Wirth T., Hildebrand F., Allix-Béguec C., Wölbeling F., Kubica T., Kremer K., Soolingen D. van, Rüsch-Gerdes S., Locht C., Brisse S., Meyer A., Supply P., Niemann S. Origin, spread and demography of the Mycobacterium tuberculosis complex // PLoS Pathog. — 2008. — Vol. 4, N 9. — P. e1000160.
  58. Wood S.R. A contribution to the history of tuberculosis and leprosy in 19th century Norway // J. R. Soc. Med. — 1991. — Vol. 84. — P. 428–430.
  59. Yu N., Chen F.C., Ota S., Jorde L.B., Pamilo P., Patthy L., Ramsay M., Jenkins T., Shyue S.K., Li W.H. Larger genetic differences within Africans than between Africans and Eurasians // Genetics. — 2002. — Vol. 161. –P. 269–274.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Мокроусов И.В., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах