Особенности природной очаговости сибирской язвы и экологии Bacillus anthracis

Сибирская язва остается глобальной проблемой как для ветеринарной, так и для гуманной медицины в связи с широким распространением ее почвенных очагов во всем мире. Способность к споруляции является главной особенностью Bacillus anthracis, позволяющей возбудителю сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени. Понимание экологии B.anthracis необходимо для успешной борьбы с данной инфекцией. В настоящем обзоре проведен анализ данных мировой литературы, отражающих современное представление о жизнедеятельности возбудителя сибирской язвы в различных экологических нишах. В результате работы выявлено, что многие звенья в цепи жизнедеятельности B. anthracis в абиотической среде остаются малоизученными. Более глубокого изучения требуют вопросы, касающиеся механизмов, способов существования и эволюции возбудителя сибирской язвы вне организма животного. Отдельным разделом обзора представлены проблемы почвенных очагов сибирской язвы. Показано, что на сегодняшний день не существует эффективных и безвредных для окружающей среды методов и средств их ликвидации. Кроме того, остается открытым вопрос о целесообразности их применения. По мнению некоторых исследователей, все чаще возникающие инициативы ликвидации или консервации сибиреязвенных скотомогильников не только бесполезны, но и вредны, так как исключают возможность в дальнейшем прогнозировать риски, связанные с почвенными очагами, которые окружают скотомогильники и не могут быть обезврежены. Изучение и новые подходы к решению освещенных вопросов внесут свой значительный вклад в решение глобальной проблемы защиты животных и людей от данной природно-очаговой инфекции.

1. Иванова С. В., Мельникова Л. А., Родионов А. П. Динамика функциональной активности фагоцитарных клеток животных, вакцинированных против сибирской язвы. Ветеринарный врач. 2020; 5: 33–39. DOI: 10.33632/1998-698X.2020-5-33-39.

2. Patel V. I., Booth J. L., Dozmorov M., Brown B. R., Metcalf J. P. Anthrax edema and lethal toxins differentially target human lung and blood phagocytes. Toxins. 2020; 12 (7):464. DOI: 10.3390/toxins12070464.

3. Андрюков Б. Г., Карпенко А. А., Ляпун И. Н. Обучаясь у природы: бактериальные споры как мишень для современных технологий в медицине (обзор). Современные технологии в медицине. 2020; 12 (3): 105– 123. DOI: 10.17691/stm2020.12.3.13.

4. Driks A. The Bacillus anthracis spore. Mol. Aspects Med. 2009; 30 (6): 368–373. DOI: 10.1016/j.mam.2009.08.001.

5. Driks A., Setlow P. Morphogenesis and Properties of the Bacterial Spore. In: Prokaryotic Development. Ed. by Y. V. Brun, L. J. Shimkets, Washington: ASM Press; 2000; 191–218. DOI: 10.1128/9781555818166.ch9.

6. Chada V. G., Sanstad E. A., Wang R., Driks A. Morphogenesis of Bacillus spore surfaces. J. Bacteriol. 2003; 185 (21): 6255–6261. DOI: 10.1128/jb.185.21.6255-6261.2003.

7. Driks A. The dynamic spore. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100 (6): 3007–3009. DOI: 10.1073/pnas.0730807100.

8. Plomp M., Leighton T., Wheeler K. E., Malkin A. J. The high-resolution architecture and structural dynamics of Bacillus spores. Biophys. J. 2005; 88 (1): 603–608. DOI: 10.1529/biophysj.104.049312.

9. Plomp M., Leighton T. J., Wheeler K. E., Malkin A. J. Architecture and high-resolution structure of Bacillus thuringiensis and Bacillus cereus spore coat surfaces. Langmuir. 2005; 21 (17): 7892–7898. DOI: 10.1021/la050412r.

10. Westphal A. J., Price P. B., Leighton T. J., Wheeler K. E. Kinetics of size changes of individual Bacillus thuringiensis spores in response to changes in relative humidity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100 (6): 3461–3466. DOI: 10.1073/pnas.232710999.

11. Henriques A. O., Moran C. P. Structure, assembly and function of the spore surface layers. Annu. Rev. Microbiol. 2007; 61: 555–588. DOI: 10.1146/annurev.micro.61.080706.093224.

12. Laaberki M. H., Dworkin J. Role of spore coat proteins in the resistance of Bacillus subtilis spores to Caenorhabditis elegans predation. J. Bacteriol. 2008; 190 (18): 6197–6203. DOI: 10.1128/JB.00623-08.

13. Setlow P. Spores of Bacillus subtilis: Their resistance to and killing by radiation, heat and chemicals. J. Appl. Microbiol. 2006; 101 (3): 514–525. DOI: 10.1111/j.1365-2672.2005.02736.x.

14. Nicholson W. L. Using thermal inactivation kinetics to calculate the probability of extreme spore longevity: implications for paleomicrobiology and lithopanspermia. Orig. Life Evol. Biosph. 2003; 33 (6): 621–631. DOI: 10.1023/a:1025789032195.

15. Vreeland R. H., Rosenzweig W. D., Powers D. W. Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal. Nature. 2000; 407 (6806): 897–900. DOI: 10.1038/35038060.

16. Fox A., Stewart G. C., Waller L. N., Fox K. F., Harley W. M., Price R. L. Carbohydrates and glycoproteins of Bacillus anthracis and related bacilli: targets for biodetection. J. Microbiol. Methods. 2003; 54 (2): 143–152. DOI: 10.1016/s0167-7012(03)00095-2.

17. Tournier J. N., Ulrich R. G., Quesnel-Hellmann A., Mohamadzadeh M., Stiles B. G. Anthrax, toxins and vaccines: a 125-year journey targeting Bacillus anthracis. Expert Rev. Anti Infect. Ther. 2009; 7 (2): 219–236. DOI: 10.1586/14787210.7.2.219.

18. Fisher N., Hanna P. Characterization of Bacillus anthracis germinant receptors in vitro. J. Bacteriol. 2005; 187 (23): 8055–8062. DOI: 10.1128/JB.187.23.8055-8062.2005.

19. Minett F. C., Dhanda M. R. Multiplication of B. anthracis and Cl. chauvoei in soil and water. Indian J. Vet. Sci. Anim. Husb. 1941; 11: 308–321.

20. Hugh-Jones M., Blackburn J. The ecology of Bacillus anthracis. Mol. Aspects Med. 2009; 30 (6): 356–367. DOI: 10.1016/j.mam.2009.08.003.

21. Girault G., Parisot N., Peyretaillade E., Peyret P., Derzelle S. Draft genomes of three strains representative of the Bacillus anthracis diversity found in France. Genome Announc. 2014; 2 (4):e00736-14. DOI: 10.1128/genomeA.00736-14.

22. Brahmbhatt T. N., Janes B. K., Stibitz E. S., Darnell S. C., Sanz P., Rasmussen S. B., O’Brien A. D. Bacillus anthracis exosporium protein BclA affects spore germination, interaction with extracellular matrix proteins, and hydrophobicity. Infect. Immun. 2007; 75 (11): 5233–5239. DOI: 10.1128/IAI.00660-07.

23. Antwerpen M., Ilin D., Georgieva E., Meyer H., Savov E., Frangoulidis D. MLVA and SNP analysis identified a unique genetic cluster in Bulgarian Bacillus anthracis strains. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2011; 30 (7): 923– 930. DOI: 10.1007/s10096-011-1177-2.

24. Aikembayev A. M., Lukhnova L., Temiraliyeva G., Meka-Mechenko T., Pazylov Y., Zakaryan S., et al. Historical distribution and molecular diversity of Bacillus anthracis, Kazakhstan. Emerg. Infect. Dis. 2010; 16 (5): 789–796. DOI: 10.3201/eid1605.091427.

25. Jensen G. B., Hansen B. M., Eilenberg J., Mahillon J. The hidden lifestyles of Bacillus cereus and relatives. Environ. Microbiol. 2003; 5 (8): 631–640. DOI: 10.1046/j.1462-2920.2003.00461.x.

26. Saile E., Koehler T. M. Bacillus anthracis multiplication, persistence, and genetic exchange in the rhizosphere of grass plants. Appl. Environ. Microbiol. 2006; 72 (5): 3168–3174. DOI: 10.1128/AEM.72.5.3168-3174.2006.

27. Dey R., Hoffman P. S., Glomski I. J. Germination and amplification of anthrax spores by soil-dwelling amoebas. Appl. Environ Microbiol. 2012; 78 (22): 8075–8081. DOI: 10.1128/AEM.02034-12.

28. Шишкова Н. А., Маринин Л. И., Мокриевич А. Н. Влияние дождевых червей на находящиеся в почве споры сибиреязвенного микроба. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; 1 (111): 66–69. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-1(111)-66-69.

29. Schuch R., Fischetti V. A. The secret life of the anthrax agent Bacillus anthracis: bacteriophage-mediated ecological adaptations. PloS ONE. 2009; 4 (8):e6532. DOI: 10.1371/journal.pone.0006532.

30. Kiel J. L., Parker J. E., Holwitt E. A., McCreary R. P., Andrews C. J., De Los Santos A., et al. Geographical distribution of genotypic and phenotypic markers among Bacillus anthracis isolates and related species by historical movement and horizontal transfer. Folia Microbiol. 2008; 53 (6): 472–478. DOI: 10.1007/s12223-008-0074-2.

31. Еременко Е. И., Рязанова А. Г., Буравцева Н. П. Современная ситуация по сибирской язве в России и мире. Основные тенденции и особенности. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 1: 65–71. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-1-65-71.

32. Klee S. R., Ozel M., Appel B., Boesch C., Ellerbrok H., Jacob D., et al. Characterization of Bacillus anthracis-like bacteria isolated from wild great apes from Cote d’Ivoire and Cameroon. J. Bacteriol. 2006; 188 (15): 5333– 5344. DOI: 10.1128/JB.00303-06.

33. Leendertz F. H., Lankester F., Guislain P., Néel C., Drori O., Dupain J., et al. Anthrax in Western and Central African great apes. Am. J. Primatol. 2006; 68 (9): 928–933. DOI: 10.1002/ajp.20298.

34. Okinaka R., Pearson T., Keim P. Anthrax, but not Bacillus anthracis? PLoS Pathog. 2006; 2 (11):e122. DOI: 10.1371/journal.ppat.0020122.

35. Brézillon C., Haustant M., Dupke S., Corre J. P., Lander A., Franz T., et al. Capsules, toxins and AtxA as virulence factors of emerging Bacillus cereus biovar anthracis. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015; 9 (4):e0003455. DOI: 10.1371/journal.pntd.0003455.

36. Колонин Г. В. О роли птиц в эпизоотологии сибирской язвы. Русский орнитологический журнал. 2017; 26 (1397): 327–329. eLIBRARY ID: 27664072.

37. Turner W. C., Kausrud K. L., Krishnappa Y. S., Cromsigt J. P., Ganz H. H., Mapaure I., et al. Fatal attraction: vegetation responses to nutrient inputs attract herbivores to infectious anthrax carcass sites. Proc. Biol. Sci. 2014; 281 (1795):20141785. DOI: 10.1098/rspb.2014.1785.

38. Dragon D. C., Bader D. E., Mitchell J., Woollen N. Natural dissemination of Bacillus anthracis spores in northern Canada. Appl. Environ Microbiol. 2005; 71 (3): 1610–1615. DOI: 10.1128/AEM.71.3.1610-1615.2005.

39. Шишкова Н. А., Тюрин Е. А., Маринин Л. И., Дятлов И. А., Мокриевич А. Н. Современное состояние проблемы сибирской язвы. Бактериология. 2017; 2 (23): 33–40. DOI: 10.20953/2500-1027-2017-3-33-40.

40. Попова А. Ю., Ежлова Е. Б., Демина Ю. В., Куличенко А. Н., Рязанова А. Г., Буравцева Н. П. и др. Пути совершенствования эпидемиологического надзора и контроля за сибирской язвой в Российской Федерации. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 1: 84–88. DOI: 10.21055/03701069-2017-1-84-88.

41. Бельчихина А. В., Шибаев М. А., Клиновицкая И. М., Караулов А K. Состояние системы утилизации и уничтожения биологических отходов животного происхождения в субъектах Российской Федерации. Ветеринария сегодня. 2019; 4: 54–60. DOI: 10.29326/2304-196X-2019-431-54-60.

42. Симонова Е. Г., Картавая С. А., Локтионова М. Н., Ладный В. И. Эпидемиологическая опасность сибиреязвенных захоронений: теоретико-методологические аспекты. Медицина в Кузбассе. 2013; 12 (2): 26–31. eLIBRARY ID: 20371381.

43. Дугаржапова З. Ф., Родзиковский А. В., Чеснокова М. В. Эпидемиологический надзор за сибирской язвой на территории строительства крупных промышленных объектов с использованием ГИС-технологий. Дальневосточный журнал инфекционной патологии. 2010; 17 (17): 216– 219. eLIBRARY ID: 18379625.

44. Симонова Е. Г., Галкин В. В., Локтионова М. Н., Ладный В. И. Сибиреязвенные скотомогильники на территории РФ и их биологическая безопасность. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2010; 4: 23–26. eLIBRARY ID: 17949167.

45. Ivanova S. V., Melnikova L. A., Rodionov A. P., Makaev K. N., Safina G. M., Murtazina G. K., et al. Analysis of the epizootic situation and improvement of the scheme for the specific prevention of anthrax. Int. J. Res. Pharm. Sci. 2020; 11 (1): 949–952. DOI: 10.26452/ijrps.v11i1.1919