Конфликт молекулярных и экологической филогений микроба чумы Yersinia pestis: поиск консенсуса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Внедрение молекулярно-генетических (МГ) методов в исследования возбудителя чумы, микроба Yersinia pestis, привели к двум важным открытиям в проблеме реконструкции истории (филогенеза) этого апокалипсического микробного патогена. Был выявлен его прямой предок – им оказался возбудитель кишечной инфекции – дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки (ДСЛ, Y. pseudotuberculosis 0:1b), и установлено время дивергенции от прямого предка – не ранее 30 тыс. лет назад, поздний плейстоцен и/или голоцен. Но молекулярная методология не позволяет создать в достаточной мере обоснованный сценарий происхождения и мировой экспансии чумного микроба. МГ выводы не согласуются с фактами, предоставляемыми другими естественными науками, прежде всего экологией и биогеографией. В то же время названные открытия позволили создать непротиворечивый экологический (ЭКО) сценарий и предложить филогенетическую схему, отражающую процессы видообразования и внутривидовой диверсификации чумного микроба, которые могут стать наглядной эволюционной моделью для совершенствования МГ филогенетической методологии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Сунцов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vvsuntsov@rambler.ru
Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Абрамсон Н. И. Молекулярная и традиционная филогенетика. На пути к взаимопониманию // Труды Зоол. инст. РАН. Прил. № 2. 2013. С. 219–229.
  2. Анисимов Н. В., Кисличкина А. А., Платонов М. Е. и др. О происхождении гипервирулентности возбудителя чумы // Мед. паразитол. паразит. болезни. 2016. № 1. С. 36–42.
  3. Кисличкина А. А., Платонов М. Е., Вагайская А. С. и др. Рациональная таксономия Yersinia pestis // Мол. генетика, микробиол. вирусол. 2019. Т. 37. № 2. С. 76–82. DOI.org/10.17116/molgen20193702176
  4. Лухтанов В. А. Принципы реконструкции филогенезов: признаки, модели эволюции и методы филогенетического анализа // Труды Зоол. инст. РАН. Приложение 2. 2013. C. 39–52.
  5. Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М.: Мир, 1968. 597 с.
  6. Сомов Г. П. Дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка. М.: Медицина, 1979. 184 с.
  7. Сомов Г. П., Покровский В. И., Беседнова Н. Н. Псевдотуберкулез. М.: Медицина, 1990. 240 с.
  8. Сомов Г. П., Варвашевич Т. Н. Ферментативные механизмы психрофильности псевдотуберкулезного микроба // ЖМЭИ. 1984. Вып. 2. С. 42–46.
  9. Сунцов В. В. Рецентное видообразование микроба чумы Yersinia pestis в гетеротермной (гетероиммунной) среде сурок-блоха (Marmota sibirica–Oropsylla silantiewi): биогеоценотические предпосылки и преадаптации // Успехи современной биологии. 2016. Т. 136. № 6. С. 569–583.
  10. Сунцов В. В. Монгольский сурок-тарбаган (Marmota sibirica) как исходный хозяин микроба чумы Yersinia pestis // Байкал. Зоол. журн. 2017. № 2(21). С. 129–137.
  11. Сунцов В. В. “Квантовое” видообразование микроба чумы Yersinia pestis в гетероиммунной среде – популяциях гибернирующих сурков-тарбаганов (Marmota sibirica) // Сиб. экол. журн. 2018. № 4. С. 379–394. https://doi.org/10.15372/SEJ20180401
  12. Сунцов В. В. Происхождение чумы. Перспективы эколого-молекулярно-генетического синтеза // Вестн. РАН. 2019. Т. 89. № 3. С. 260–269. https://doi.org/10.31857/S0869-5873893260-269
  13. Сунцов В. В. Гостальный аспект территориальной экспансии микроба чумы Yersinia pestis из популяций монгольского сурка-тарбагана (Marmota sibirica) // Зоол. журн. 2020. Т. 99. № 11. С. 1307–1320. https://doi.org/10.31857/S0044513420090160
  14. Сунцов В. В. Экологический сценарий видообразования микроба чумы Yersinia pestis как основа адекватной молекулярной эволюционной модели // Инф. Иммунитет. 2022а. Т. 12. № 5. С. 809–818. https://doi.org/10.15789/2220-7619-ESO-1955
  15. Сунцов В. В. Филогенез микроба чумы Yersinia pestis: уникальность эволюционной модели // Вестник РАН. 2022б. Т. 92. № 9. С. 860–868. https://doi.org/10.31857/S0869587322090092
  16. Сунцов В. В. Внутривидовое типирование и филогенез возбудителя чумы – микроба Yersinia pestis: проблемы и перспективы // Журн. общ. биол. 2023а. Т. 84. № 1. С. 67–80. https://doi.org/10.31857/S0044459623010086
  17. Сунцов В. В. Параллелизмы в видообразовании и внутривидовой диверсификации микроба чумы Yersinia pestis // Изв. РАН. Сер. биол. 2023б. № 2. С. 115–121. https://doi.org/10.31857/S1026347023010122
  18. Сунцов В. В., Сунцова Н. И. Экологические аспекты эволюции микроба чумы Yersinia pestis и генезис природных очагов // Известия РАН. Серия биол. 2000. № 6. С. 645–657.
  19. Холодова М. В. Сравнительная филогеография: молекулярные методы, экологическое осмысление // Мол. биол. 2009. Т. 43. № 5. С. 910–917.
  20. Achtman M., Morelli G., Zhu P., et al. Microevolution and history of the plague bacillus, Yersinia pestis // PNAS. 2004. V. 101. № 51. P. 17837–17842. https://doi.org/10.1073_pnas.0408026101
  21. Cui Y., Yu C., Yan Y., Li D., Li Y., et al. Historical variations in mutation rate in an epidemic pathogen, Yersinia pestis // PNAS. 2013. V. 110. № 2. P. 577–582. https://doi.org/10.1073/pnas.1205750110
  22. Cui Y., Song Y. Chapter 6. Genome and Evolution of Yersinia pestis / R. Yang, A. Anisimov (eds.) // Yersinia pestis: Retrospective and Perspective. Advances in Experimental Medicine and Biology 918. Beijing: Springer Sceince-Business Media Dordrecht, 2016. P. 171–192. https://doi.org/10.1007/978-94-024-0890-4
  23. Fukushima H., Matsuda Y., Seki R. et al. Geographical heterogeneity between Far Eastern and Western countries in prevalence of the virulence plasmid, the superantigen Yersinia pseudotuberculosis-derived mitogen, and the high-pathogenicity island among Yersinia pseudotuberculosis strains // J. Clin. Microbiol. 2001. V. 39. № 10. P. 3541–35479. https://doi.org/10.1128/JCM.39.10.3541–3547.2001
  24. Hinnebusch B. J., Chouikha I., Sun Y.-C. Ecological Opportunity, Evolution, and the Emergence of Flea-Borne Plague // Inf. Immun. 2016. V. 84. № 7. P. 1932–1940. https://doi.org/10.1128/IAI.00188-16.
  25. Keating J. N., Garwood R. J., Sansom R. S. Phylogenetic congruence, conflict and consilience between molecular and morphological data // BMC Ecology and Evolution. 2023. V. 23. № 30. P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s12862-023-02131-z
  26. Morelli G., Song Y., Mazzoni C. J. et al. Yersinia pestis genome sequencing identifies patterns of global phylogenetic diversity // Nature Genetics. 2010. V. 42. № 12. P. 1140–1145. https://doi.org/10.1038/ng.705
  27. Skurnik M., Peippo A., Ervela E. Characterization of the O-antigen gene cluster of Yersinia pseudotuberculosis and the cryptic O-antigen gene cluster of Yersinia pestis shows that the plague bacillus is most closely related to and has evolved from Y. pseudotuberculosis serotype O:1b // Mol. Microbiol. 2000. V. 37. № 2. P. 316–330.
  28. Stenseth N. C., Taoc Y., Zhang C., Bramanti B., et al. No evidence for persistent natural plague reservoirs in historicaland modern Europe // PNAS. 2022. V. 119. № 51. e2209816119. https://doi.org/10.1073/pnas.2209816119.
  29. Sun Y.-C., Jarrett C. O., Bosio C. F., Hinnebusch B. J. Retracing the evolutionary path that led to flea-borne transmission of Yersinia pestis // Cell Host Microbe. 2014. V. 15. № 5. P. 578–586. https://doi.org/10.1016/j.chom.2014.04.003
  30. Suntsov V. V. Molecular phylogenies of the plague microbe Yersinia pestis: an environmental assessment // AIMS Microbiology. 2023. V. 9. № 4. P. 712–723. https://doi.org/10.3934/microbiol.2023036
  31. Valtuena A. A., Neumann G. U., Spyrou M. A., et al. Stone Age Yersinia pestis genomes shed light on the early evolution, diversity, and ecology of plague // PNAS. 2022. V. 119. № 17. e2116722119. https://doi.org/10.1073/pnas.2116722119
  32. Wu Y., Hao T., Qian X., et al. Small Insertions and Deletions Drive Genomic Plasticity during Adaptive Evolution of Yersinia pestis // Microbiology Spectrum. 2022. V. 10. № 3. Р. 1–13. https://doi.org/10.1128/spectrum.02242-21

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетические деревья: (а) – молекулярно-генетическое (Cui et al., 2013); (б) – экологическое (Сунцов, 2022б). Сплошной стрелкой (рис. 1а) показана принадлежность кластера сурочьих геновариантов 0.ANT к узлу политомии N07 (Wu et al., 2022). Пунктирными стрелками показаны места расположения узла политомии N07 и геновариантов/подвидов “полевкового” кластера 0.PE на экологическом трехкорневом древе Yersinia pestis. Синим фоном оконтурены филогенетические линии сурочьих подвидов/геновариантов.

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Реконструкция эволюционного преобразования популяции (клона) возбудителя кишечной инфекции – дальневосточной скарлатиноподобной лихорадки (ДСЛ, Yersinia pseudotuberculosis O:1b) в популяцию “кровяного” микроба чумы (Y. pestis) в гетеротермной и гетероиммунной среде монгольский сурок (Marmota sibirica)–блоха Oropsylla silantiewi. Переход в новую экологическую нишу реализован травматическим заражением популяции монгольского сурка ДСЛ-инфекцией.

Скачать (910KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зона симпатрии (желтый цвет) подвидов 0.PE4a и 0.PE5 чумного микроба в географической популяции монгольской пищухи (Ochotona pallasi pricei) на с.-з. Монгольского Алтая (Баян-Ульгийский аймак). Красным фоном отмечен (предполагаемый) исходный ареал 0.PE4a, синим – ареал 0.PE5. 1 – “переход” сурочьих подвидов чумного микроба в пищуховые подвиды. 2 – встречное распространение пищуховых подвидов из районов их формирования в Гобийском и Горном Алтае.

Скачать (576KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025