Представления о популяционной генетике и филогеографии Mycobacterium tuberculosis
https://doi.org/10.58838/2075-1230-2024-102-5-91-98
Аннотация
В обзоре обобщены современные представления о популяционной генетике и генетической классификации Mycobacterium tuberculosis. Источником информации послужили статьи, аккумулированные в научных библиотеках Elibrary и PubMed. По ключевым словам найдено и проанализировано более 100 публикаций за период с 2009 по 2023 гг., 35 из которых включены в материалы статьи. Согласно современным представлениям, M. tuberculosis представлена девятью линиями (суперсемейства L1-L9), каждая из которых обладает различными характеристиками эволюционного статуса, генетического разнообразия, трансмиссивности, лекарственной устойчивости, латентности и эффективности вакцины.
Ключевые слова
Mycobacterium tuberculosis,
популяционная генетика,
генетические линии,
сублинии,
субклады,
филогеография
При поддержке: Материал подготовлен за счет средств гранта Российского научного фонда № 22-25-20209, https://rscf.ru/project/22-25-20209 и Министерства науки и высшего образования Кузбасса.
Об авторах
Б. А. Тхоренко
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Тхоренко Борис Александрович, инженер-исследователь кафедры молекулярной и клеточной биологии
650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а Тел.: + 7 (3842) 52-10-18
А. В. Мейер
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Мейер Алина Викторовна, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии
650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а Тел.: + 7 (3842) 52-10-18
Т. В. Пьянзова
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Пьянзова Татьяна Владимировна, заведующая кафедрой фтизиатрии
650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а Тел.: + 7 (3842) 52-10-18
А. В. Лямин
ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Лямин Артем Викторович, директор научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий
443099, г. Самара, ул. Чапаевская, д. 89 Тел.: + 7 (846) 374-91-00
М. Б. Лавряшина
ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» МЗ РФ
Россия
Россия
Лавряшина Мария Борисовна, заведующая кафедрой молекулярной и клеточной биологии
650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а Тел.: + 7 (3842) 52-10-18
Список литературы
1. Васильева И.А., Тестов В.В., Стерликов С.А. Эпидемическая ситуация по туберкулезу в годы пандемии COVID-19 – 2020-2021 гг. // Туберкулез и болезни легких. – 2022. – Т. 100, № 3. – С. 6-12. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2022-100-3-6-12
2. Вязовая А.А., Мокроусов И.В., Журавлев В.Ю., Соловьева Н.С., Оттен Т.Ф., Маничева О.А., Вишневский Б.И., Нарвская О.В. Молекулярная характеристика мультирезистентных штаммов Mycobacterium tuberculosis, выделенных на Северо-западе России // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. – 2016. – Т. 34, № 1. – С. 30-33. https://doi.org/10.18821/0208-0613-2016-34-1-30-33
3. Вязовая А.А., Пасечник О.А., Герасимова А.А., Мокроусов И.В. Структура популяции генетического семейства Beijing Mycobacterium tuberculosis на территории Западной Сибири // Туберкулез и болезни легких. – 2020. – Т. 98, № 5. – С. 32-36. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2020-98-5-32-36
4. Москалев А.В., Сбойчаков В.Б., Апчел А.В., Цыган В.Н. Современная характеристика биологии и перспективы диагностики штаммов M. tuberculosis // Вестник Российской Военно-медицинской академии. – 2018. – Т. 20, №4. – C. 214-222. https://doi.org/10.17816/brmma12368
5. Albanna A.S., Reed M.B., Kotar K.V., Fallow A., McIntosh F.A., Behr M.A., Menzies D. Reduced transmissibility of East African Indian strains of Mycobacterium tuberculosis // PLoS One. – 2011. – Vol. 6, № 9. – Р. e25075. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0025075
6. Barbier M., Wirth T. The Evolutionary History, Demography, and Spread of the Mycobacterium tuberculosis Complex // Microbiol Spectr. – 2016. – Vol. 4, № 4. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.TBTB2-0008-2016
7. Bespiatykh D., Bespyatykh J., Mokrousov I., Shitikov E. A Comprehensive Map of Mycobacterium tuberculosis Complex Regions of Difference // mSphere. – 2021. – Vol. 6, № 4. – Р. e0053521. https://doi.org/10.1128/mSphere.00535-21
8. Bespyatykh J., Shitikov E., Bespiatykh D., Guliaev A., Klimina K., Veselovsky V., Arapidi G., Dogonadze M., Zhuravlev V., Ilina E., Govorun V. Metabolic Changes of Mycobacterium tuberculosis during the Anti-Tuberculosis Therapy // Pathogens. – 2020. – Vol.9, № 2. – Р. 131. https://doi.org/10.3390/pathogens9020131
9. Bespyatykh J., Smolyakov A., Guliaev A., Shitikov E., Arapidi G., Butenko I., Dogonadze M., Manicheva O., Ilina E., Zgoda V., Govorun V. Proteogenomic analysis of Mycobacterium tuberculosis Beijing B0/W148 cluster strains // J Proteomics. – 2019. – № 192. – Р. 18-26. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2018.07.002
10. Blouin Y., Hauck Y., Soler C., Fabre M., Vong R., Dehan C., Cazajous G., Massoure P.L., Kraemer P., Jenkins A., Garnotel E., Pourcel C., Vergnaud G. Significance of the identification in the Horn of Africa of an exceptionally deep branching Mycobacterium tuberculosis clade // PLoS One. – 2012. – Vol. 7, № 12. – Р. e52841. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052841
11. Bocquet-Appel J.P. When the world's population took off: the springboard of the Neolithic Demographic Transition // Science. – 2011. – Vol. 333, № 6042. – Р. 560-561. https://doi.org/10.1126/science.1208880
12. Bottai D., Frigui W., Sayes F., Di Luca M., Spadoni D., Pawlik A., Zoppo M., Orgeur M., Khanna V., Hardy D., Mangenot S., Barbe V., Medigue C., Ma L., Bouchier C., Tavanti A., Larrouy-Maumus G., Brosch R. TbD1 deletion as a driver of the evolutionary success of modern epidemic Mycobacterium tuberculosis lineages // Nat Commun. – 2020. – Vol.11, № 1. – Р. 684. https://doi.org/10.1038/s41467-020-14508-5
13. Brites D., Gagneux S. Co-evolution of Mycobacterium tuberculosis and Homo sapiens. // Immunol Rev. – 2015. – Vol. 264, № 1. – Р. 6-24. https://doi.org/10.1111/imr.12264
14. Camus J.C., Pryor M.J., Médigue C., Cole S.T. Re-annotation of the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis H37Rv // Microbiology (Reading). – 2002. – № 10. – Р. 2967-2973. https://doi.org/10.1099/00221287-148-10-2967
15. Chacón-Salinas R., Serafín-López J., Ramos-Payán R., Méndez-Aragón P., Hernández-Pando R., Van Soolingen D., Flores-Romo L., Estrada-Parra S., Estrada-García I. Differential pattern of cytokine expression by macrophages infected in vitro with different Mycobacterium tuberculosis genotypes // Clin Exp Immunol. – 2005. – Vol. 140, № 3. – Р. 443-449. https://doi.org/10.1111/j.1365-2249.2005.02797.x
16. 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, № 6685. – Р. 537-544. https://doi.org/10.1038/31159
17. Coll F., McNerney R., Guerra-Assunção J.A., Glynn J.R., Perdigão J., Viveiros M., Portugal I., Pain A., Martin N., Clark T.G. A robust SNP barcode for typing Mycobacterium tuberculosis complex strains // Nat Commun. – 2014. – № 5. – Р. 4812. https://doi.org/10.1038/ncomms5812
18. Conceição E.C., da Conceição M.L., Marcon D.J., Loubser J., Andrade G.L., Silva S.P.D., Cruz A.C.R., Sharma A., Suffys P., Lima K.V.B. Genomic Diversity of the Rarely Observed Genotype of the Mycobacterium tuberculosis Central Asian (CAS) Lineage 3 from North Brazil // Microorganisms. – 2023. – Vol. 11, № 1. – Р. 132. https://doi.org/10.3390/microorganisms11010132
19. Coscolla M., Gagneux S. Consequences of genomic diversity in Mycobacterium tuberculosis. // Semin Immunol. – 2014. – Vol. 26, № 6. – Р. 431- 444. https://doi.org/10.1016/j.smim.2014.09.012
20. Coscolla M., Gagneux S., Menardo F., Loiseau C., Ruiz-Rodriguez P., Borrell S., Otchere I.D., Asante-Poku A., Asare P., Sánchez-Busó L., Gehre F., Sanoussi C.N., Antonio M., Affolabi D., Fyfe J., Beckert P., Niemann S., Alabi A.S., Grobusch M.P., Kobbe R., Parkhill J., Beisel C., Fenner L., Böttger E.C., Meehan C.J., Harris S.R., de Jong B.C., Yeboah-Manu D., Brites D. Phylogenomics of Mycobacterium africanum reveals a new lineage and a complex evolutionary history. // Microb Genom. – Vol. 7, № 2. – Р. 000477. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000477
21. de Jong B.C., Antonio M., Gagneux S. Mycobacterium africanum-review of an important cause of human tuberculosis in West Africa // PLoS Negl Trop Dis. – 2010. – Vol. 4, № 9. – Р. e744. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0000744
22. Dheda K., Gumbo T., Maartens G., Dooley K.E., McNerney R., Murray M., Furin J., Nardell E.A., London L., Lessem E., Theron G., van Helden P., Niemann S., Merker M., Dowdy D., Van Rie A., Siu G.K., Pasipanodya J.G., Rodrigues C., Clark T.G., Sirgel F.A., Esmail A., Lin H.H., Atre S.R., Schaaf H.S., Chang K.C., Lange C., Nahid P., Udwadia Z.F., Horsburgh C.R. Jr., Churchyard G.J., Menzies D., Hesseling A.C., Nuermberger E., McIlleron H., Fennelly K.P., Goemaere E., Jaramillo E., Low M., Jara C.M., Padayatchi N., Warren R.M. The epidemiology, pathogenesis, transmission, diagnosis, and management of multidrug-resistant, extensively drug-resistant, and incurable tuberculosis // Lancet Respir Med. – 2017. – Vol. S2213-2600, № 17. – Р. 30079-30086. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(17)30079-6
23. Dymova M.A., Kinsht V.N., Cherednichenko A.G., Khrapov E.A., Svistelnik A.V., Filipenko M.L. Highest prevalence of the Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype isolates in patients newly diagnosed with tuberculosis in the Novosibirsk oblast, Russian Federation // J. Med. Microbiol. – 2011. – Vol. 60, № 7. – Р. 1003-1009. https://doi.org/10.1099/jmm.0.027995-0
24. Freschi L., Vargas R. Jr., Husain A., Kamal S.M.M., Skrahina A., Tahseen S., Ismail N., Barbova A., Niemann S., Cirillo D.M., Dean A.S., Zignol M., Farhat M.R. Population structure, biogeography and transmissibility of Mycobacterium tuberculosis // Nat Commun. – 2021. – Vol.12, № 1. – Р. 6099. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26248-1
25. Gupta R. S. Phylogenomics and Comparative Genomic Studies Robustly Support Division of the Genus Mycobacterium into an Emended Genus Mycobacterium and Four Novel Genera // Front Microbiol. – 2018. – № 9. – P. 67. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00067
26. Intemann C.D., Thye T., Niemann S., Browne E.N., Amanua Chinbuah M., Enimil A., Gyapong J., Osei I., Owusu-Dabo E., Helm S., Rüsch-Gerdes S., Horstmann R.D., Meyer C.G. Autophagy gene variant IRGM -261T contributes to protection from tuberculosis caused by Mycobacterium tuberculosis but not by M. africanum strains // PLoS Pathog. – 2009. – Vol. 5, № 9. – Р. e1000577. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1000577
27. Jones R.C., Harris L.G., Morgan S., Ruddy M.C., Perry M., Williams R., Humphrey T., Temple M., Davies A.P. Phylogenetic Analysis of Mycobacterium tuberculosis Strains in Wales by Use of Core Genome Multilocus Sequence Typing To Analyze Whole-Genome Sequencing Data // J Clin Microbiol. – 2019. – Vol. 57, № 6. – Р. e02025-18. https://doi.org/10.1128/JCM.02025-18
28. Ma R., Farrell D., Gonzalez G., Browne J.A., Nakajima C., Suzuki Y. The TbD1 Locus Mediates a Hypoxia-Induced Copper Response in Mycobacterium bovis // Front Microbiol. – 2022. – № 13. – Р. 817952. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.817952
29. Mokrousov I., Shitikov E., Skiba Y., Kolchenko S., Chernyaeva E., Vyazovaya A. Emerging peak on the phylogeographic landscape of Mycobacterium tuberculosis in West Asia: Definitely smoke, likely fire Mol // Phylogenet Evol. – 2017. – Vol. 116. – Р. 202-212. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2017.09.002
30. Morales-Arce A.Y., Sabin S.J., Stone A.C., Jensen J.D. The population genomics of within-host Mycobacterium tuberculosis // Heredity (Edinb). – 2021. – Vol. 126, № 1. – Р. 1-9. https://doi.org/10.1038/s41437-020-00377-7
31. Morey-León G., Andrade-Molina D., Fernández-Cadena J.C., Berná L. Comparative genomics of drug-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis in Ecuador // BMC Genomics. – 2022. – Vol. 23, № 1. – Р. 844. https://doi.org/10.1186/s12864-022-09042-1
32. Mutayoba B.K., Michael Hoelscher, Heinrich N., Joloba M.L., Lyamuya E., Kilale A.M., Range N.S., Ngowi B.J., Ntinginya N.E., Mfaume S.M., Wilfred A., Doulla B., Lyimo J., Kisonga R., Kingalu A., Kabahita J.M., Guido O., Kabugo J., Adam I., Luutu M.., Namaganda M.M., Namutebi J., Kasule G.W., Nakato H., Byabajungu H., Lutaaya P., Musisi K., Oola D., Mboowa G., Pletschette M. Phylogenetic lineages of tuberculosis isolates and their association with patient demographics in Tanzania // BMC Genomics. – 2022. – Vol. 23, № 1. – Р. 561. https://doi.org/10.1186/s12864-022-08791-3
33. Netikul T., Thawornwattana Y., Mahasirimongkol S., Yanai H., Maung H.M.W., Chongsuvivatwong V., Palittapongarnpim P. Whole-genome single nucleotide variant phylogenetic analysis of Mycobacterium tuberculosis Lineage 1 in endemic regions of Asia and Africa // Sci Rep. – 2022. – Vol. 12, № 1. – Р. 1565. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05524-0
34. Ngabonziza J.C.S., Loiseau C., Marceau M., Jouet A., Menardo F., Tzfadia O., Antoine R., Niyigena E.B., Mulders W., Fissette K., Diels M., Gaudin C., Duthoy S., Ssengooba W., André E., Kaswa M.K., Habimana Y.M., Brites D., Affolabi D., Mazarati J.B., de Jong B.C., Rigouts L., Gagneux S., Meehan C.J., Supply P. A sister lineage of the Mycobacterium tuberculosis complex discovered in the African Great Lakes region // Nat Commun. – 2020. – Vol. 11, № 1. – Р. 2917. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16626-6
35. Portevin D., Gagneux S., Comas I., Young D. Human macrophage responses to clinical isolates from the Mycobacterium tuberculosis complex discriminate between ancient and modern lineages // PLoS Pathog. – 2011. – Vol. 7, № 3. – Р. e1001307. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1001307
36. Roetzer A., Diel R., Kohl T.A., Rückert C., Nübel U., Blom J., Wirth T., Jaenicke S., Schuback S., Rüsch-Gerdes S., Supply P., Kalinowski J., Niemann S. Whole genome sequencing versus traditional genotyping for investigation of a Mycobacterium tuberculosis outbreak: a longitudinal molecular epidemiological study // PLoS Med. – 2013. – Vol. 10, № 2. – Р. e1001387. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1001387
37. Shitikov E., Kolchenko S., Mokrousov I., Bespyatykh J., Ischenko D., Ilina E., Govorun V. Evolutionary pathway analysis and unified classification of East Asian lineage of Mycobacterium tuberculosis // Sci Rep. – 2017. – Vol. 7, № 1. – Р. 9227. https://doi.org/10.1038/s41598-017-10018-5
38. Shuaib Y.A., Utpatel C., Kohl T.A., Barilar I., Diricks M., Ashraf N., Wieler L.H., Kerubo G., Mesfin E.A., Diallo A.B., Al-Hajoj S., Ndung'u P., Fitzgibbon M.M., Vaziri F., Sintchenko V., Martinez E., Viegas S.O., Zhou Y., Azmy A., Al-Amry K., Godreuil S., Varma-Basil M., Narang A., Ali S., Beckert P., Dreyer V., Kabwe M., Bates M., Hoelscher M., Rachow A., Gori A.., Tekwu E.M., Sidze L.K., Jean-Paul A.A., Beng V.P., Ntoumi F., Frank M., Diallo A.G., Mboup S., Tessema B., Beyene D., Khan S.N., Diel R., Supply P., Maurer F.P., Hoffmann H., Niemann S., Merker M. Origin and Global Expansion of Mycobacterium tuberculosis Complex Lineage 3 // Genes (Basel) – 2022. – Vol.13, № 6. – Р. 990. https://doi.org/10.3390/genes13060990
39. Stucki D., Brites D., Jeljeli L., Coscolla M., Liu Q., Trauner A., Fenner L., Rutaihwa L., Borrell S., Luo T., Gao Q., Kato-Maeda M., Ballif M., Egger M., Macedo R., Mardassi H., Moreno M., Tudo Vilanova G., Fyfe J., Globan M., Thomas J., Jamieson F., Guthrie J.L., Asante-Poku A., Yeboah-Manu D., Wampande E., Ssengooba W., Joloba M., Henry Boom W., Basu I., Bower J., Saraiva M., Vaconcellos S.E.G., Suffys P., Koch A., Wilkinson R., Gail-Bekker L., Malla B., Ley S.D., Beck H.P., de Jong B.C., Toit K., Sanchez-Padilla E., Bonnet M., Gil-Brusola A., Frank M., Penlap Beng V.N., Eisenach K., Alani I., Wangui Ndung'u P., Revathi G., Gehre F., Akter S., Ntoumi F., Stewart-Isherwood L., Ntinginya N.E., Rachow A., Hoelscher M., Cirillo D.M., Skenders G., Hoffner S., Bakonyte D., Stakenas P., Diel R., Crudu V., Moldovan O., Al-Hajoj S., Otero L., Barletta F., Jane Carter E., Diero L., Supply P., Comas I, Niemann S, Gagneux S. Mycobacterium tuberculosis lineage 4 comprises globally distributed and geographically restricted sublineages // Nat Genet. –2016. – 48, № 12. – Р.1535-1543. https://doi.org/10.1038/ng.3704
40. Thawornwattana Y., Mahasirimongkol S., Yanai H., Maung H.M.W., Cui Z., Chongsuvivatwong V., Palittapongarnpim P. Revised nomenclature and SNP barcode for Mycobacterium tuberculosis lineage 2 // Microb Genom. – 2021. – Vol. 7, № 11. – Р. 000697. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000697
41. Traore B., Diarra B., Dembele B.P., Somboro A.M., Hammond A.S., Siddiqui S., Maiga M., Kone B., Sarro Y.S., Washington J., Parta M., Coulibaly N., M'baye O., Diallo S., Koita O., Tounkara A., Polis M.A. Molecular strain typing of Mycobacterium tuberculosis complex in Bamako, Mali // Int J Tuberc Lung Dis. – 2012. – Vol. 16, № 7. – Р. 911-916. https://doi.org/10.5588/ijtld.11.0397
42. van Ingen J., Rahim Z., Mulder A., Boeree M.J., Simeone R., Brosch R., van Soolingen D. Characterization of Mycobacterium orygis as M. tuberculosis complex subspecies // Emerging Infectious Diseases. – 2012. – Vol.18, № 4. – Р. 653–655. https://doi.org/10.3201/eid1804.110888
43. Vasconcellos S.E., Huard R.C., Niemann S., Kremer K., Santos A.R., Suffys P.N., Ho J.L. Distinct genotypic profiles of the two major clades of Mycobacterium africanum // BMC Infectious Diseases. – 2010. – № 10. – Р. 80. https://doi.org/10.1186/1471-2334-10-80
44. Yimer S.A., Namouchi A., Zegeye E.D., Holm-Hansen C., Norheim G., Abebe M., Aseffa A., Tønjum T. Deciphering the recent phylogenetic expansion of the originally deeply rooted Mycobacterium tuberculosis lineage 7 // BMC Evol Biol. – 2016. – Vol. 16, № 1. – Р.146. https://doi.org/10.1186/s12862-016-0715-z
Рецензия
Для цитирования:
Тхоренко Б.А., Мейер А.В., Пьянзова Т.В., Лямин А.В., Лавряшина М.Б. Представления о популяционной генетике и филогеографии Mycobacterium tuberculosis. Туберкулез и болезни легких. 2024;102(5):91-98. https://doi.org/10.58838/2075-1230-2024-102-5-91-98
For citation:
Tkhorenko B.A., Meyer A.V., Pyanzova T.V., Lyamin A.V., Lavryashina M.B. Insights into Population Genetics and Phylogeography of Mycobacterium tuberculosis. Tuberculosis and Lung Diseases. 2024;102(5):91-98. (In Russ.) https://doi.org/10.58838/2075-1230-2024-102-5-91-98
Просмотров:
199
Послать статью по эл. почте 