Исследование, опубликованное на этой неделе в mBio®, журнале открытого доступа Американского общества микробиологии, освещает достижения в области геномного секвенирования, которые теперь позволяют точно отслеживать штаммы бактерий, используемые в биологической войне и террористических атаках по всему миру.«Исторически сложилось так, что в ходе исследований всегда происходило смешение бактериальных штаммов», — говорит Пол Кейм, исполнительный директор Института патогенов и микробиома Университета Северной Аризоны во Флагстаффе и старший автор текущего исследования. «Но теперь, когда у нас есть молекулярные инструменты, мы можем проводить контроль качества коллекций штаммов, чтобы точно определить, что они содержат».
Текущее исследование помогает опровергнуть утверждение о том, что биологическое оружие времен Первой мировой войны, содержащее споры, вызывающие сибирскую язву, все еще было жизнеспособным 80 лет спустя. В 1917 году немецкий шпион барон Отто фон Розен был пойман в Норвегии с кусками сахара, залитыми стеклянными капиллярами, заполненными жидкостью, содержащей споры Bacillus anthracis, бактерии, вызывающей сибирскую язву. Его подозревали в заговоре с целью скармливания кусков сахара, содержащих самые старые известные изоляты B. anthracis, северным оленям, которые перевозили боеприпасы и продукты питания через замерзшую арктическую тундру для союзных войск.Сахар с добавлением яда оставался в музее норвежской полиции до 1997 года, когда его отправили в лабораторию оборонной науки и технологий в Портон-Дауне, Соединенное Королевство.
Исследователи использовали амплификацию ДНК, чтобы определить, что агент внутри крошечных стеклянных пробирок действительно был B. anthracis. После обширных лабораторных уговоров они культивировали и выделили четыре колонии, выросшие из жидкости внутри пробирок. В газете Nature 1998 года они заявили, что возродили штамм бактерии сибирской язвы, который восемь десятилетий оставался спорами.Однако секвенирование ДНК всего генома организма в то время находилось в зачаточном состоянии, поэтому точная генетическая идентичность штамма так и не была определена.
В 2001 году Кейма попросили помочь в расследовании писем с сибирской язвой, отправленных террористом через США. По запросу ФБР команда Кейма классифицировала все известные штаммы, вызывающие сибирскую язву, в том числе образцы «сахара» из Портон-Дауна и другие образцы со всего мира.
В то время Кейм отметил очень близкое генетическое сходство между штаммами Porton Down и тем, что стало стандартным лабораторным эталонным штаммом, используемым в экспериментах и разработке вакцины, известным как штамм Ames Ancestor.
Из-за срочности определения того, какой штамм использовался в письмах — как оказалось, это штамм Эймса — он забыл о странном сходстве.«По мере того как мы узнавали все больше и больше о штамме Эймса, становилось очевидным, что он должен быть контаминантом», — говорит Кейм. Затем, на конференции 2013 года, к нему обратились немецкие исследователи биозащиты, которые секвенировали то, что, по их мнению, было оригинальным штаммом немецкого шпиона. Они тоже заметили его генетическое сходство со штаммом Эймса.
Работая в тандеме, команда Кейма из Аризоны, Герман Мейер и Маркус Антверпен из Института микробиологии Бундесвера в Мюнхене секвенировали штаммы, используя секвенирование следующего поколения (NGS), метод, который позволил им проанализировать каждое генетическое различие на уровне одной буквы. изменения генетического кода. Это также позволяет им секвенировать весь геном штамма, а не несколько раз, как предыдущая технология, использованная в 2001 году, а 100 раз. Новая технология также стоит примерно в 10 000 раз меньше за секвенирование генома.Обе лаборатории подтвердили, что «сахарные» штаммы Портон-Дауна отличаются только двумя генетическими буквами от штамма Ames Ancestor — почти идентичное совпадение.
Исследователи предполагают, что во время интенсивных попыток культивирования образцов сахара в 1997 году споры штамма Ames Ancestor, которых, вероятно, было много в военной оборонной лаборатории Портон-Дауна, попали в культуральную среду и выросли.Двое из первоначальных исследователей Портон-Дауна, Мартин Пирс и Кэролайн Редмонд, совместно работали над этим новым исследованием, чтобы подтвердить, что на самом деле вероятное заражение помешало их результатам. «Эту работу много раз цитировали как доказательство того, что споры могут выживать в жидкости в течение 80 лет — и теперь это явно неправда», — говорит Кейм, оставляя открытым вопрос о том, как долго споры B. anthracis могут выжить и по-прежнему вызывать болезнь.«Но их первое открытие, что капиллярная трубка действительно содержала ДНК B. anthracis, было убедительным результатом», — говорит Кейм.
К сожалению, ни один из образцов 1917 года еще не был полностью секвенирован с использованием современной технологии.Но откуда авторы нового исследования знают, что их работа тоже не пострадала? «Это было независимо проверено двумя разными лабораториями, работающими на двух разных континентах», — говорит Кейм, что является веским аргументом против заражения.
Работа также демонстрирует важную роль, которую NGS может играть в мониторинге контроля качества репозиториев бактериальных штаммов по всему миру — чтобы гарантировать, что штаммы, используемые в экспериментах, действительно такие, как думают исследователи, и улавливать заражение штаммами, когда это происходит.