Детективы ДНК раскрывают дело о двойниках биологических угроз

Биологические "детективы" отслеживают такие угрозы, как бактерия, вызывающая туляремию ("кроличью лихорадку"), но постоянно сталкиваются с проблемой ложных срабатываний. Новая работа в Лос-Аламосской национальной лаборатории помогает разобраться в путанице вокруг бактерий рода Francisella, который включает как высоковирулентные патогены, так и безвредные виды.

"Точное различение вирулентных подвидов F. tularensis и широко распространённых в окружающей среде F. novicida и её родственников абсолютно критически важно для успеха биологического наблюдения и установления источника", — заявила биолог Лос-Аламоса Жан Шаллакомб, ведущий автор статьи в журнале PLOS ONE.

• Род Francisella включает несколько признанных видов, потенциальные виды и других представителей, занимающих разнообразные экологические ниши.
• F. tularensis — высоковирулентный зоонозный патоген, вызывающий туляремию, и считается агентом биологической угрозы первого уровня.
• Подвид F. tularensis subsp. tularensis (тип A) встречается исключительно в Северной Америке, является наиболее вирулентным и может вызывать язвы на коже, боль в груди и затруднённое дыхание.

Команда идентифицировала несколько, по-видимому, криптических плазмид — внехромосомных структур двуцепочечной ДНК — в секвенированных геномах трёх широко распространённых видов Francisella. Эти плазмиды предоставляют дополнительные филогенетические и геномные признаки, которые отличают патогенные штаммы F. tularensis от клинических и экологических видов-«близнецов», не являющихся агентами биологической угрозы.

"Из более чем 120 секвенированных геномов Francisella лишь немногие содержат плазмиды. Это становится очень полезным ориентиром для исследователей", — отметила Шаллакомб. F. novicida и подобные штаммы широко распространены в различных средах по всей территории США и, вероятно, являются источником ложных срабатываний на F. tularensis в системах наблюдения.

Для анализа команда секвенировала геномы из проб:

• Морской воды в районе залива Галвестон, Техас (F. novicida-подобные)
• Клинических образцов человека (F. novicida AZ06-7470 и F. opportunistica)
• Воды из тёплого источника (F. novicida)
• Изолята из системы кондиционирования воздуха (F. frigiditurris)

"Лишь несколько представителей рода Francisella несут плазмиды; к ним относятся несколько штаммов F. novicida. Все обнаруженные плазмиды были криптическими, кодирующими функции, потенциально участвующие в репликации, конъюгативном переносе и сегрегации", — пояснила Шаллакомб.

Результаты дают новое понимание фенотипической изменчивости и сложных таксономических взаимоотношений среди известных видов Francisella, а также предоставляют новые признаки плазмид для характеристики родственных групп видов.

Исследователи отмечают, что существует множество культивируемых изолятов Francisella, для которых до сих пор нет геномной последовательности. Только секвенирование и сравнение большего числа экологических изолятов и изолятов-«близнецов» позволит выявить дополнительные геномные признаки для точного различения различных видовых групп.