МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИЗОЛЯТОВ BRUCELLA, ЦИРКУЛИРУЮЩИХ В КАЗАХСТАНЕ
DOI:
https://doi.org/10.52578/2305-9397-2025-3-1-283-307%20Ключевые слова:
бруцеллез, ген вирулентности, однонуклеотидный полиморфизм, полногеномное секвенирование, фактор вирулентностиАннотация
Бруцеллёз остается одной из наиболее значимых зоонозных инфекций, представляющих угрозу как для животных, так и для человека. Возбудители заболевания — бактерии рода Brucella — характеризуются высокой генетической стабильностью, однако даже незначительные вариации в их геноме могут влиять на вирулентность и эпидемиологическую значимость отдельных штаммов. В связи с этим актуальным является изучение молекулярно-генетических особенностей циркулирующих изолятов для совершенствования мер диагностики и контроля инфекции. Цель исследования — анализ геномного разнообразия штаммов Brucella, выделенных в Казахстане, с акцентом на выявление однонуклеотидного полиморфизма (SNP) в генах вирулентности и оценку их потенциального влияния на патогенные свойства бактерий.
В исследование включены 21 штамм Brucella, выделенный в 2023–2024 гг. от различных видов животных (крупного и мелкого рогатого скота, лошадей, верблюдов, свиней, собак) и человека. Для геномного анализа использовали: полногеномное секвенирование (WGS) на платформе Illumina с последующей сборкой и аннотацией геномов. SNP-анализ для выявления однонуклеотидных полиморфизмов в 10 ключевых генах вирулентности. Биоинформатические методы (базы данных NCBI, инструменты для сравнения геномов, например, BLAST, Prokka).
Геномное разнообразие: у всех штаммов идентифицировано 69 генов вирулентности, при этом наибольшая вариабельность обнаружена у B. melitensis. 7 из 10 исследованных генов содержали SNP, в том числе приводящие к аминокислотным заменам (например, в генах omp25, vjbR). Эпидемиологические корреляции: штаммы от разных видов животных и человека демонстрировали близкое генетическое родство, что указывает на возможные пути зоонозной передачи. Выявлены уникальные SNP-профили у изолятов из отдельных областей Казахстана.
Проведённое исследование подтвердило генетическую консервативность Brucella, но также выявило значимые SNP-вариации в генах вирулентности, которые могут влиять на патогенность и адаптацию бактерий. Полученные данные: позволяют усовершенствовать молекулярный мониторинг бруцеллёза в Казахстане. Могут быть использованы для прогнозирования вспышек и разработки целевых мер профилактики. Подчёркивают необходимость дальнейшего изучения функционального влияния выявленных мутаций на вирулентность.
Библиографические ссылки
Edao B.M., Ameni G., Berg S., Tekle M., Whatmore A.M., Wood J.L.N., van Tonder A.J., Ashford R.T. Whole genome sequencing of Ethiopian Brucella abortus isolates expands the known diversity of an early branching sub-Saharan African lineage // Frontiers in Microbiology. – 2023. – Vol. 14. – Article 1128966. – DOI: 10.3389/fmicb.2023.1128966.
FAO. Capacity building for surveillance and control of bovine and caprine brucellosis. – 2006. – Режим доступа: https://www.fao.org/4/a0083e/a0083e0a.htm (дата обращения: 17.09.2025).
Laine C.G., Johnson V.E., Scott H.M., Arenas-Gamboa A.M. Global estimate of human brucellosis incidence // Emerging Infectious Diseases. – 2023. – Vol. 29. – DOI: 10.3201/eid2909.230052.
WHO. Brucellosis. – 2020. – Режим доступа: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/brucellosis (дата обращения: 17.09.2025).
Yang X., Piao D., Mao L., Pang B., Zhao H., Tian G. Whole-genome sequencing of rough Brucella melitensis in China provides insights into its genetic features // Emerging Microbes & Infections. – 2020. – Vol. 9, № 1. – P. 2147–2156. – DOI: 10.1080/22221751.2020.1824549.
El-Diasty M., El-Said R., Abdelkhalek A. Seroprevalence and molecular diagnosis of sheep brucellosis in Dakahlia Governorate, Egypt // German Journal of Veterinary Research. – 2021. – Vol. 1, № 1. – P. 34–39. – DOI: 10.51585/gjvr.2021.0006.
Ilyas M., Harpke M., Wareth G. Brucellosis in Iraq: A comprehensive overview of public health and agricultural challenges // German Journal of Microbiology. – 2024. – Vol. 4, № 3. – P. 10–20. – DOI: 10.51585/gjm.2024.3.0039.
Brangsch H., Sandalakis V., Babetsa M., Boukouvala E., Ntoula A., Makridaki E., Christidou A. и др. Genotype diversity of brucellosis agents isolated from humans and animals in Greece based on whole-genome sequencing // BMC Infectious Diseases. – 2023. – Vol. 23, № 1. –
P. 529. – DOI: 10.1186/s12879-023-08518-z.
Liu Zh., Gao L., Wang M., Yuan M., Li Zh. Long ignored but making a comeback: a worldwide epidemiological evolution of human brucellosis // Emerging Microbes & Infections. – 2024. – Vol. 13, № 1. – Article 2290839. – DOI: 10.1080/22221751.2023.2290839.
Kydyshov K., Usenbaev N., Berdiev S., Dzhaparova A., Abidova A., Kebekbaeva N. и др. First record of the human infection of Brucella melitensis in Kyrgyzstan: evidence from whole-genome sequencing-based analysis // Infectious Diseases of Poverty. – 2022. – Vol. 11, № 1. – Article 120. – DOI: 10.1186/s40249-022-01044-1.
Kydyshov K., Usenbaev N., Sharshenbekov A., Aitkuluev N., Abdyraev M., Chegirov S., Kazybaeva J., Brangsch H., Melzer F., Neubauer H. Brucellosis in humans and animals in Kyrgyzstan // Microorganisms. – 2022. – Vol. 10, № 7. – P. 1293. – DOI: 10.3390/microorganisms10071293.
Daugaliyeva A., Sultanov A., Usserbayev B., Baramova S., Modesto P., Adambayeva A. и др. Genotyping of Brucella melitensis and Brucella abortus strains in Kazakhstan using MLVA-15 // Infection, Genetics and Evolution. – 2018. – Vol. 58. – P. 135–144. – DOI: 10.1016/j.meegid.2017.12.022.
Aikimbaev A.M., Tuleuov A.M., Omasheva G.M., Chalgynbaeva A.U., Mukhamadiyanova G.S. Features of epidemic manifestations of brucellosis in Kazakhstan // Medicine. – 2021. – Vol. 2(224). – P. 2–10. – Режим доступа: https://medjournal.kz/index.php/journal/article/view/76/63.
Karakululy R., Dosybaev M., Ryskulova A., Sarsenbaeva M., Moldamyrza S. Epidemiological monitoring of the brucellosis epidemic in the Republic of Kazakhstan over a five-year period 2018–2022 // Public Health. – 2023. – P. 35–44. – DOI: 10.24412/1609-8692-2023-3-35-44.
Taipova A., Beishova I.S., Alikhanov K.D., Otarbayev V.K., Ulyanov V.A., Ginayatov N.S., Dushaeva L.Zh. Monitoring of the epizootic situation on animal brucellosis in the Republic of Kazakhstan // Ġylym Ža̋ne Bìlìm. – 2023. – Vol. 2, № 2. – P. 161–169. – DOI: 10.52578/2305-9397-2023-2-2-161-169.
Urazaeva A.B., Bekenov Z.E., Urazaeva S.T. Epidemic potential of brucellosis in the Aktobe region // Medicine. – 2018. – Vol. 11(197). – P. 71–77. – Режим доступа: https://www.medzdrav.kz/images/magazine/medecine/2018/2018-11/13.pdf.
Syrym N.S., Yespembetov B.A., Sarmykova M.K., Konbayeva G.M., Koshemetov Z.K., Akmatova E.K., Bazarbaev M., Siyabekov S.T. Reasons behind the epidemiological situation of brucellosis in the Republic of Kazakhstan // Acta Tropica. – 2019. – Vol. 191. – P. 98–107. – DOI: 10.1016/j.actatropica.2018.12.013.
Yespembetov B.A., Syrym N.S., Zinina N.N. Phenotypic and genotypic characteristics of Brucella isolates from the Republic of Kazakhstan // Tropical Animal Health and Production. – 2019. – Vol. 51. – P. 2361–2370. – DOI: 10.1007/s11250-019-01941-y.
Daugaliyeva A., Daugaliyeva S., Kydyr N., Peletto S. Molecular typing methods to isolate Brucella spp. from animals: A review // Veterinary World. – 2024. – Vol. 17, № 8. – P. 1778–1788. – DOI: 10.14202/vetworld.2024.1778-1788.
Liu Zh., Gao L., Wang M., Du S., Yuan M., Li Zh. Preplanned studies: global species/biovars and genotype diversity atlas of Brucella spp. — 102 countries, 1923–2020 // China CDC Weekly. – 2025. – Vol. 7, № 4. – P. 144–151. – DOI: 10.46234/ccdcw2025.023.
Scholz H.C., Nöckler K., Göllner C., Bahn P., Vergnaud G., Tomaso H., Al Dahouk S., Kämpfer P., Cloeckaert A., Maquart M. Brucella inopinata Sp. nov., isolated from a breast implant infection // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. – 2010. – 60(4). – P. 801–808. – https://doi.org/10.1099/ijs.0.011148-0
Hernández-Mora G., Chacón-Díaz C., Moreira-Soto A., Barrantes-Granados O., Suárez-Esquivel M., Viquez-Ruiz E., Barquero-Calvo E. Virulent Brucella nosferati infecting Desmodus rotundus has emerging potential due to the broad foraging range of its bat host for humans and wild and domestic animals // mSphere. – 2023. – 8(4). – e0006123. – https://doi.org/10.1128/msphere.00061-23
Halling S.M., Peterson–Burch B.D., Bricker B.J., Zuerner R.L., Li Q.Z. Completion of the genome sequence of Brucella abortus and comparison to the highly similar genomes of Brucella melitensis and Brucella suis // J. Bacteriol. – 2005. – 187(8). – P. 2715–2726. – https://doi.org/10.1128/JB.187.8.2715-2726.2005
Rabinowitz P., Zilberman B., Motro Y., Roberts M.C., Greninger A., Nesher L. Whole genome sequence analysis of Brucella melitensis phylogeny and virulence factors // Microbiol. Res. – 2021. – 12(3). – P. 698–710. – https://doi.org/10.3390/microbiolres12030050
Terrestrial Animal Manual. Section 3.8. Caprinae. Chapter 3.8.7. Ovine epididymitis (Brucella ovis). – 2015. – https://rr-europe.woah.org/app/uploads/2021/08/3-7-8.pdf. – Accessed May 2015
Terrestrial Animal Manual. Section 3.1. Diseases common to all animal species. Chapter 3.1.4. Brucellosis (Brucella abortus, B. melitensis and B. suis). – 2022. – https://rr-europe.woah.org/app/uploads/2021/08/3-1-4-brc_.pdf. – Accessed May 2022
Gautam S.S., Kc R., Leong K.W., Mac Aogáin M., O’Toole R.F. A step-by-step beginner’s protocol for whole genome sequencing of human bacterial pathogens // J. Biol. Methods. – 2019. – 6(1). – e110. – https://doi.org/10.14440/jbm.2019.276
Chiaromonte F., Yap V., Miller W. Scoring pairwise genomic sequence alignments // Pac. Symp. Biocomput. – 2002. – P. 115–126. – https://doi.org/10.1142/9789812799623_0012
Kaas R.S., Leekitcharoenphon P., Aarestrup F.M., Lund O. Solving the problem of comparing whole bacterial genomes across different sequencing platforms // PLOS ONE. – 2014. – eCollection. – https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104984
Liu B., Zheng D., Jin Q., Chen L., Yang J. VFDB 2019: A comparative pathogenomic platform with an interactive web interface // Nucleic Acids Res. – 2019. – 47. – P. D687–D692. – https://doi.org/10.1093/nar/gky1080
Mirnejad R., Jazi F.M., Mostafaei Sh., Sedighi M. Molecular investigation of virulence factors of Brucella melitensis and Brucella abortus strains isolated from clinical and non-clinical samples // Microb. Pathog. – 2017. – 109. – P. 8e14. – https://doi.org/10.1016/j.micpath.2017.05.019
Papaparaskevas J., Procopiou A., Routsias J., Vrioni G., Tsakris A. Detection of Virulence-Associated genes among Brucella melitensis and Brucella abortus clinical isolates in Greece 2001–2022 // Pathogens. – 2023. – 12(11). – 1274. – https://doi.org/10.3390/pathogens12111274
Dadar M., Alamian S., Brangsch H., Elbadawy M., Elkharsawi A.R., Neubauer H., Wareth G. Determination of Virulence-Associated genes and antimicrobial resistance profiles in Brucella isolates recovered from humans and animals in Iran using NGS technology // Pathogens. – 2023. – 12(1). – 82. – https://doi.org/10.3390/pathogens12010082
Pappas G., Papadimitriou P., Akritidis N., Christou L., Tsianos E.V. The new global map of human brucellosis // Lancet Infect. Dis. – 2006. – 6(2). – P. 91–99. – https://doi.org/10.1016/S1473-3099(06)70382-6
Karthik K., Anbazhagan S., Thomas P., Chitra M.A., Alagesan S., Senthilkumar T.M., Sridhar R. Genome sequencing and comparative genomics of Indian isolates of Brucella melitensis // Front. Microbiol. – 2021. – 12. – P. 1–11. – https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.698069
Khan A.U., Melzer F., Sayour A.E., Shell W.S., Linde J., Abdel-Glil M. Whole-genome sequencing for tracing the genetic diversity of Brucella abortus and Brucella melitensis isolated from livestock in Egypt // Pathogens. – 2021. – 10(6). – 759. – https://doi.org/10.3390/pathogens10060759
Xue H., Li J., Ma L., Yang X., Ren L., Zhao Zh., Wang J. Seroprevalence and molecular characterization of Brucella abortus from the Himalayan Marmot in Qinghai, China // Infect. Drug Resist. – 2023. – 16. – P. 7721–7734. – https://doi.org/10.2147/IDR.S436950
Ponomarenko D.G., Sarkisyan N.S., Kulichenko A.N. Pathogenesis of brucellosis: analysis of the immunopathological concept // J. Continuing Med. Educ. Physicians. – 2020. – 9(3). – P. 96–105. – https://cyberlenka.ru/article/n/patogenez-brutselleza-analiz-immunopatologicheskoy-kontseptsii-material-dlya-podgotovki-lektsii.pdf
Yang X., Skyberg J.A., Cao L., Clapp B., Pascual T.T. Progress in Brucella vaccine development // Front. Biol. – 2013. – 8. – P. 60–77. – https://doi.org/10.1007/s11515-012-1196-0
Gheibi A., Khanahmad H., Kashfi K., Sarmadi M., Khorramizadeh M.R. Development of new generation of vaccines for Brucella abortus // Heliyon. – 2018. – 4(12). – e01079. – https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e01079
Sharova I. Improvement of the test system for detection of the causative agent of brucellosis by the PCR method. Dissertation. – 2001. – https://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-test-sistemy-dlya-vyyavleniya-vozbuditelya-brutselleza-metodom-ptsr
Kulakov Yu.K., Zheludkov M.M., Tolmacheva T.A., Tsirelson L.E. PCR method in laboratory diagnosis of brucellosis // Epidemiology. – 2009. – P. 29–33.
Kasyan J. Development of methodological approaches and diagnostic preparations for determining species and biovars of Brucella based on molecular genetics technologies. – 2017. – https://www.dissercat.com/content/razrabotka-metodicheskikh-podkhodov-i-diagnosticheskikh-preparatov-dlya-opredeleniya-vidov
Janowicz A., De Massis F., Ancora M., Cammà C., Patavino C., Battisti A., Prior K. Core genome multi locus sequence typing and single nucleotide polymorphism analyses in the epidemiology of Brucella melitensis infections // J. Clin. Microbiol. – 2018. – 56(9). – e00517–e00518. – https://doi.org/10.1128/JCM.00517-18
