Preview

Антибиотики и Химиотерапия

Расширенный поиск

Медицинская палеомикробиология: проблемы и перспективы

https://doi.org/10.37489/0235-2990-2021-66-5-6-72-77

Полный текст:

Аннотация

Изучение микробной ДНК из палеонтологических и археологических образцов является мощным инструментом, позволяющим получить исчерпывающую информацию о молекулярной эволюции геномов возбудителей инфекционных заболеваний человека. Статья представляет собой ретроспективу наиболее значимых достижений медицинской палеомикробиологии. Предметом обсуждения являются результаты исследований по изучению генетического разнообразия древних микробиомов, содержащих детерминанты патогенности и антибиотикорезистентности. Перспективными представляются палеомикробиологические исследования многолетней мерзлоты как репозитория патогенной микробиоты.

Об авторах

А. Е. Гончаров
ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»; ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственные медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава РФ; ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университет
Россия

Гончаров Артемий Евгеньевич — д. м. н., заведующий лабораторией функциональной геномики и протеомики микроорганизмов ФГБНУ Институт экспериментальной медицины; профессор кафедры эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии, ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава России; доцент кафедры фундаментальных проблем медицины и медицинских технологий ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университет

ул. Академика Павлова, 12, ФГБНУ Институт экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, 197376



В. В. Колоджиева
ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственные медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава РФ
Россия

Колоджиева Виктория Васильевна — к. м. н., доцент кафедры эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии

Санкт-Петербург



Список литературы

1. Drancourt M., Aboudharam G., Signoli M., Dutour O., Raoult D. Detection of 400-year-old Yersinia pestis DNA in human dental pulp: an approach to the diagnosis of ancient septicemia. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95: 12637–40.

2. Tran-Hung L., Tran-Thi N., Aboudharam G., Raoult D., Drancourt M. A new method to extract dental pulp DNA: application to universal detection of bacteria. PLoS One, 2007; 2 (10), e1062.

3. Spyrou M. A., Bos K. I., Herbig A., Krause J. Ancient pathogen genomics as an emerging tool for infectious disease research. Nat Rev Gen. 2019; 20(6), 323-340.

4. Warinner C., Herbig A., Mann A., Fellows Yates J. A., Weiß C. L., Burbano, H. A., Krause, J. A robust framework for microbial archaeology. Ann Rev Gen Human Gen. 2017; 18, 321–356.

5. Hebsgaard M. B., Phillips M. J., Willerslev E. Geologically ancient DNA: fact or artefact? Trends in Microbial. 2005; 13 (5): 212–220.

6. Key F. M., Posth C., Krause J., Herbig A., Bos K. I. Mining metagenomic data sets for ancient DNA: recommended protocols for authentication. Trends in Gen. 2017; 33(8): 508-520.

7. Guellil M., Kersten O., Namouchi A., Bauer E. L., Derrick M., Jensen A. Ø., Bramanti B. Genomic blueprint of a relapsing fever pathogen in 15th century Scandinavia. Proc Nat Acad Sci. 2018; 115 (41): 10422–10427.

8. Drancourt M., Tran-Hung L., Courtin J., Lumley H. D., Raoult D. Bartonella quintana in a 4000-year-old human tooth. J Infect Dis. 2005; 191 (4), 607–611.

9. Kay G. L., Sergeant M. J., Giuffra V., Bandiera P., Milanese M., Bramanti B., Pallen M. J. Recovery of a medieval Brucella melitensis genome using shotgun metagenomics. MBio. 2014; 5 (4).

10. Maixner F., Krause-Kyora B., Turaev D., Herbig A., Hoopmann M. R., Hallows J. L., O’Sullivan N. The 5300-year-old Helicobacter pylori genome of the Iceman. Science. 2016; 351 (6269): 162–165.

11. Rafi A., Spigelman M., Stanford J., Lemma E., Donoghue H., Zias J. Mycobacterium leprae DNA from ancient bone detected by PCR. The Lancet. 1994; 343 (8909): 1360–1361.

12. Hershkovitz I., Donoghue H.D., Minnikin D.E., Besra G.S., Lee O-Y., Gernaey A.M., Galili E., Eshed V., Greenblatt C.L., Lemma E., Bar-Gal G.K., Spigelman M. Detection and molecular characterization of 9,000-yearold Mycobacterium tuberculosis from a Neolithic settlement in the Eastern Mediterranean. PLoS One. 2008; 3: e3426. doi: 10.1371/journal.pone.0003426.

13. Zhou Z., Lundstrøm I., Tran-Dien A. et al. Pan-genome Analysis of Ancient and Modern Salmonella enterica Demonstrates Genomic Stability of the Invasive Para C Lineage for Millennia. Curr Biol. 2018; 28 (15): 2420– 2428. e10. doi: 10.1016/j.cub.2018.05.058.

14. Schuenemann V. J., Kumar Lankapalli A., Barquera R., Nelson E. A., Iraíz Hernández, D., Acuña Alonzo, V., Krause J. Historic Treponema pallidum genomes from Colonial Mexico retrieved from archaeological remains. PLoS Neglected Trop Dis. 2018; 12 (6): e0006447.

15. Devault A.M. et al. Second-pandemic strain of Vibrio cholerae from the Philadelphia cholera outbreak of 1849. N Engl J Med. 2014; 370: 334– 340. doi: 10.1056/NEJMoa1308663.

16. Spyrou M.A., Tukhbatova R.I., Wang C. et al. Analysis of 3800-year-old Yersinia pestis genomes suggests Bronze Age origin for bubonic plague. Nat Commun. 2018; 9 (2234): doi: 10.1038/s41467-018-04550-9.

17. Mühlemann B., Jones T.C., Damgaard P. et al. Ancient hepatitis B viruses from the Bronze Age to the Medieval period. Nature. 2018; 557: 418–423. doi: 10.1038/s41586-018-0097-z.

18. Taubenberger J., Reid A., Lourens R., Wang R., Jin G., Fanning T. Characterization of the 1918 influenza virus polymerase genes. Nature. 2005; 437 (7060): 889-893. doi:10.1038/nature04230.

19. Mühlemann B., Vinner L., Margaryan A., Wilhelmson H., de la Fuente Castro C., Allentoft M. E., Bill J. Diverse variola virus (smallpox) strains were widespread in northern Europe in the Viking Age. Science. 2020; 369 (6502).

20. Aufderheide A. C., Salo W., Madden M., Streitz J., Buikstra J., Guhl F., Arriaza B., Renier C., Wittmers L. E., Jr., Fornaciari G., Allison M. A 9,000-year record of Chagas’ disease. Proc Nat Acad Sci United States of America. 2004; 101: 2034–2039.

21. Nerlich A. G., Schraut B., Dittrich S., Jelinek T., Zink A. R. Plasmodium falciparum in Ancient Egypt. Emer Infect Dis. 2008; 14: 1317–1319.

22. Petrigh R. S., Martínez J. G., Mondini M., Fugassa, M. H. Ancient parasitic DNA reveals Toxascaris leonina presence in Final Pleistocene of South America. Parasitologyю 2019; 146 (10): 1284-1288.

23. Taylor G.M., Crossey M., Saldanha J., Waldron T. Mycobacterium tuberculosis identified in mediaeval human skeletal remains using polymerase chain reaction. J Archaeol Sci. 1996; 23: 789–798.

24. Rothschild B.M., Martin L.D., Lev G., Bercovier H., Bar-Gal G.K. et al. Mycobacterium tuberculosis complex DNA from an extinct bison dated 17,000 years before the present. Clin Infect Dis. 2001; 33: 305–311.

25. Schuenemann V. J., Avanzi C., Krause-Kyora B., Seitz A., Herbig A., Inskip S., Taylor G. M. Ancient genomes reveal a high diversity of Mycobacterium leprae in medieval Europe. PLoS pathogens. 2018; 14 (5): e1006997.

26. Kolman C. J., Centurion-Lara A., Lukehart S. A., Owsley D. W., Tuross N. Identification of Treponema pallidum subspecies pallidum in a 200-year-old skeletal specimen. Infect Dis. 1999;180(6): 2060–2063.

27. Simón M., Montiel R., Smerling A., Solórzano E., Díaz N., Álvarez-Sandoval B. A., Malgosa, A. Molecular analysis of ancient caries. Proc Royal Society B: Biol Sci. 2014; 281 (1790): 20140586.

28. Bos K. I., Schuenemann V. J., Golding G. B., Burbano H. A., Waglechner N., Coombes, B. K., Wood J. A draft genome of Yersinia pestis from victims of the Black Death. Nature. 2011; 478 (7370): 506–510.

29. Haensch S., Bianucci R., Signoli M., Rajerison M., Schultz M., Kacki S., Carniel E. Distinct clones of Yersinia pestis caused the black death. PLoS Pathog. 2010; 6 (10): e1001134.

30. Namouchi A., Guellil M., Kersten O., Hänsch S., Ottoni C., Schmid B. V., Derrick M. Integrative approach using Yersinia pestis genomes to revisit the historical landscape of plague during the Medieval Period. Proc Nat Acad Sci. 2018; 115 (50): E11790-E11797. doi: 10.1073/pnas.1812865115.

31. Harbeck M., Seifert L., Hänsch S., Wagner D. M., Birdsell D., Parise K. L., Zöller L. Yersinia pestis DNA from skeletal remains from the 6th century AD reveals insights into Justinianic Plague. PLoS Pathogens. 2013; 9 (5): e1003349.

32. Feldman, M., Harbeck, M., Keller, M., Spyrou, M. A., Rott, A., Trautmann, B., Bos K. A high-coverage Yersinia pestis genome from a sixth-century Justinianic plague victim. Molecular biology and evolution, 2016: 33 (11); 2911–2923.

33. Rasmussen S., Allentoft M., Nielsen K., Orlando L., Sikora M., Pedersen A., Epimakhov A. Early divergent strains of Yersinia pestis in Eurasia 5,000 years ago. Cell. 2015; 163 (3): 571–582.

34. Alcamí A. Was smallpox a widespread mild disease? Science. 2020; 369 (6502): 376–377. doi: 10.1126/science.abd1214.

35. Morono Y., Ito M., Hoshino T. et al. Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years. Nat Commun. 2020; 11: 3626. doi: 10.1038/s41467-020-17330-1.

36. Gilichinsky D. A., Wilson G. S., Friedmann E. I., McKay C. P., Sletten R. S., Rivkina E. M., Shcherbakova V. A. Microbial populations in Antarctic permafrost: biodiversity, state, age, and implication for astrobiology. Astrobiology. 2007; 7 (2): 275–311.

37. Vishnivetskaya T. A., Kathariou S. Putative transposases conserved in Exiguobacterium isolates from ancient Siberian permafrost and from contemporary surface habitats. App Envir Microbiol. 2005; 71 (11): 6954– 6962.

38. Hueffer K., Drown D., Romanovsky V., Hennessy T. Factors Contributing to Anthrax Outbreaks in the Circumpolar North. Ecohealth. 2020; 17 (1): 174–180. doi:10.1007/s10393-020-01474-z.

39. Grigoriev S.E., Fisher D.C., Obadă T., Shirley E.A., Rountrey A.N., Savvinov G.N., Garmaeva D.K., Novgorodov G.P., Cheprasov M.Y., Vasilev S.E., Goncharov A.E., Masharskiy A., Egorova V.E., Petrova P.P., Egorova E.E., Akhremenko Ya.A., van der Plicht J., Galanin A.A., Fedorov S.E., Ivanov E.V., Tikhonov A.N. A woolly mammoth (Mammuthus primigenius) carcass from Maly Lyakhovsky Island (New Siberian Islands, Russian Federation). Quaternary Int. 2017; 445: 89–103.

40. Goncharov A., Grigorjev S., Karaseva A. et al. Draft Genome Sequence of Enterococcus faecium Strain 58m, Isolated from Intestinal Tract Content of a Woolly Mammoth, Mammuthus primigenius. Genome Announc. 2016; 4(1): e01706-15. Published 2016 Feb 11. doi:10.1128/genomeA.01706-15.

41. Timofeev V., Bahtejeva I., Mironova R. et al. Insights from Bacillus anthracis strains isolated from permafrost in the tundra zone of Russia. PLoS One. 2019; 14 (5): e0209140. Published 2019 May 22. doi:10.1371/journal.pone.0209140.

42. Dabernat H., Thèves C., Bouakaze C., Nikolaeva D., Keyser C., Mokrousov I., Géraut A., Duchesne S., Gérard P., Alexeev A.N., Crubézy E., Ludes B. Crubézy E. Tuberculosis epidemiology and selection in an autochthonous Siberian population from the 16th–19th century. PloS One. 2014; 9b (2): e89877. doi: 10.1371/journal.pone.0089877.

43. Biagini P., Thèves C., Balaresque P. et al. Variola virus in a 300-year-old Siberian mummy. N Engl J Med. 2012; 367 (21): 2057-2059. doi:10.1056/NEJMc1208124.

44. Sajjad W., Rafiq M., Din G., et al. Resurrection of inactive microbes and resistome present in the natural frozen world: Reality or myth? [published correction appears in Sci Total Environ. Sci Total Environ. 2020; 735: 139275. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.139275.

45. D’Costa V. M., King C. E., Kalan L., Morar M., Sung W. W., Schwarz C., Golding G. B. Antibiotic resistance is ancient. Nature. 2011; 477 (7365): 457–461.

46. Petrova M., Gorlenko Z., Mindlin S. Tn5045, a novel integron-containing antibiotic and chromate resistance transposon isolated from a permafrost bacterium. Res Microbiol. 2011; 162: 337–345.

47. Petrova M., Kurakov A., Shcherbatova N., Mindlin S. Genetic structure and biological properties of the first ancient multiresistance plasmid isolated from a permafrost bacterium. Microbiology. 2014; 160 (10): 2253–2263. doi: 10.1099/mic.0.079335–0.

48. Kerfahi D., Tripathi B. M., Dong K., Kim M., Kim H., Slik J. F., Adams J. M. From the high Arctic to the equator: do soil metagenomes differ according to our expectations? Microb Ecol. 2019; 77 (1): 168–185.


Рецензия

Для цитирования:


Гончаров А.Е., Колоджиева В.В. Медицинская палеомикробиология: проблемы и перспективы. Антибиотики и Химиотерапия. 2021;66(5-6):72-77. https://doi.org/10.37489/0235-2990-2021-66-5-6-72-77

For citation:


Goncharov A.E., Kolodzhieva V.V. Medical paleomicrobiology: problems and prospects. Antibiotics and Chemotherapy. 2021;66(5-6):72-77. (In Russ.) https://doi.org/10.37489/0235-2990-2021-66-5-6-72-77

Просмотров: 293


ISSN 0235-2990 (Print)