Введение
Штамм бактерии сибирской язвы
The Ames strain is one of 89 known strains of the anthrax bacterium (Bacillus anthracis). It was isolated from a diseased 14 month old Beefmaster heifer that died in Sarita, Texas in 1981. The strain was isolated at the Texas Veterinary Medical Diagnostic Laboratory and a sample was sent to the United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases (USAMRIID). Researchers at USAMRIID mistakenly believed the strain came from Ames, Iowa because the return address on the package was the USDA's National Veterinary Services Laboratories in Ames and mislabeled the specimen. The Ames strain came to wide public attention during the 2001 anthrax attacks when seven letters containing it were mailed to media outlets and US Senators on September 18, 2001, and October 9, 2001. Because of its virulence, the Ames strain is used by the United States for developing vaccines and testing their effectiveness. Use of the Ames strain started in the 1980s, after work on weaponizing the Vollum 1B strain ended and all weaponized stocks were destroyed after the end of the U. S. biological warfare program in 1969.
Штамм Эймса – один из 89 известных штаммов бактерии сибирской язвы (Bacillus anthracis). Он был выделен из больной 14-месячной телицы породы Beefmaster, умершей в Сарите, штат Техас, в 1981 году. Выделение штамма проводилось в Техасской ветеринарной медицинской диагностической лаборатории, а образец был отправлен в Институт медицинских исследований инфекционных заболеваний армии США (USAMRIID). Исследователи USAMRIID ошибочно полагали, что штамм происходит из Эймса, штат Айова, поскольку обратный адрес на посылке указывал на Национальную лабораторию ветеринарных служб USDA в Эймсе, и образец был ошибочно маркирован. Штамм Эймса получил широкую известность во время терактов с применением сибирской язвы в 2001 году, когда 18 сентября и 9 октября 2001 года семь писем, содержащих его, были отправлены в средства массовой информации и сенаторам США. Благодаря высокой вирулентности штамм Эймса используется Соединенными Штатами для разработки вакцин и оценки их эффективности. Использование штамма Эймса началось в 1980-х годах, после завершения работ по вооружению штамма Vollum 1B и уничтожения всех запасов вооруженных штаммов после прекращения программы биологического оружия США в 1969 году.
The Ames strain is one of 89 known strains of the anthrax bacterium (Bacillus anthracis). It was isolated from a diseased 14 month old Beefmaster heifer that died in Sarita, Texas in 1981. The strain was isolated at the Texas Veterinary Medical Diagnostic Laboratory and a sample was sent to the United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases (USAMRIID). Researchers at USAMRIID mistakenly believed the strain came from Ames, Iowa because the return address on the package was the USDA's National Veterinary Services Laboratories in Ames and mislabeled the specimen. The Ames strain came to wide public attention during the 2001 anthrax attacks when seven letters containing it were mailed to media outlets and US Senators on September 18, 2001, and October 9, 2001. Because of its virulence, the Ames strain is used by the United States for developing vaccines and testing their effectiveness. Use of the Ames strain started in the 1980s, after work on weaponizing the Vollum 1B strain ended and all weaponized stocks were destroyed after the end of the U. S. biological warfare program in 1969.
Вирулентные плазмиды
Исследователи идентифицировали два специфических плазмида вирулентности у B. anthracis, при этом штамм Ames проявляет большую вирулентность по сравнению с другими штаммами. Вирулентность B. anthracis обусловлена двумя плазмидами – pXO1 и pXO2. Плазмид pXO2 кодирует антифагоцитарную капсулу из поли-D-глутаминовой кислоты, что позволяет B. anthracis избегать иммунной системы хозяина. Плазмид pXO1 кодирует три токсических белка: фактор отека (EF), фактор летальности (LF) и защитный антиген (PA). Изменчивость вирулентности можно объяснить наличием или отсутствием плазмидов; например, изоляты, лишенные pXO1 или pXO2, считаются аттенуированными, то есть не способными вызывать значительную инфекцию. Одним из возможных механизмов, регулирующих вирулентность, может быть количество копий плазмид в клетке. Число плазмид в различных изолятах варьируется, достигая 243 копий pXO1 и 32 копий pXO2 на клетку. Исследования показали, что pXO2 вносит значительный вклад в наблюдаемые различия в вирулентности, поскольку мутанты, продуцирующие большее количество капсулы, демонстрируют более высокую степень вирулентности. Вирулентные штаммы, избавленные от плазмиды pXO1, но содержащие плазмиду Ames pXO2, оставались полностью вирулентными для мышей; таким образом, плазмида Ames pXO2, по-видимому, обеспечивает более высокий уровень вирулентности, поскольку штаммы, лишенные одного из плазмидов, обычно аттенуированы. Кроме того, изоляты, несущие Ames pXO2, оказались более вирулентными, чем те, которые содержали pXO2 штамма Vollum 1B, также являющегося вирулентным штаммом. Другой известный штамм сибирской язвы, штамм Sterne, является авирулентным, то есть не вызывает серьезных заболеваний у животных или людей.
Резистентность к антибиотикам
Штамм Ames чувствителен к антибиотикам, рекомендованным для лечения сибирской язвы и для постэкспозиционной профилактики Центрами по контролю и профилактике заболеваний США (CDC). Эта чувствительность сопоставима с большинством других штаммов Bacillus anthracis и основана на сравнении минимальных подавляющих концентраций, определенных для каждого препарата, с пороговыми значениями восприимчивости, опубликованными в документе M45 Института клинических лабораторных стандартов (CLSI). Ципрофлоксацин является рекомендованным препаратом для лечения респираторной формы сибирской язвы, однако исследования показали, что более новый фторхинолон, гатифлоксацин, может повысить выживаемость мышей, восприимчивых к штамму Ames. Штамм Sterne, как и все штаммы Bacillus anthracis, обладает двумя функциональными β-лактамазами, но уровень экспрессии генов обычно недостаточен для развития устойчивости к лекарственным средствам. Штамм Sterne служит хорошим эталоном для сравнения с другими штаммами сибирской язвы, поскольку он является типичным и удобным в работе, сохраняя при этом чувствительность к пенициллину.
Разработка вакцины с использованием ослабленных штаммов
Вирулентность обычно можно снизить, удалив плазмиды вирулентности, и эти аттенуированные штаммы можно использовать для создания вакцин против B. anthracis. Если отсутствует плазмида pXO1 или pXO2, штамм не способен продуцировать все факторы вирулентности и считается аттенуированным. Штамм Sterne естественным образом лишен плазмиды pXO2; следовательно, он аттенуирован и может безопасно использоваться для выработки иммунного ответа. Для создания аттенуированных штаммов обычно удаляют плазмиду вирулентности pXO1, но штамм Ames может оставаться вирулентным в моделях на мышах, если плазмида pXO1 удалена, но плазмида pXO2 сохранена. Вакцины против сибирской язвы применяются как для иммунизации сельскохозяйственных животных, так и для иммунизации людей. Одна из наиболее распространенных вакцин против сибирской язвы в настоящее время основана на штамме Sterne и представляет собой живую споровую вакцину для животных. Вакцина, содержащая живые споры, опасна для людей, поэтому изучались вакцины на основе секретируемого токсичного белка – защитного антигена (ПА). Однако вакцины на основе ПА менее эффективны, чем вакцины с живыми спорами, и вакцина на основе ПА против штамма Ames для людей не была разработана.
Существующие вакцины против сибирской язвы
Единственная лицензированная в Америке вакцина против сибирской язвы для человека, адсорбированная вакцина против сибирской язвы (AVA), основана на защитном антигене и демонстрирует различную эффективность против штамма Ames в зависимости от используемой модели животного. Эта непоследовательность указывает на необходимость изучения нескольких модельных организмов при тестировании вакцин для применения у людей. В настоящее время исследователи изучают способы инактивации спор сибирской язвы, например, с помощью формальдегида, что предоставит альтернативу вакцинам на основе живых спор и защитного антигена. Кроме того, сибирская язва характеризуется низкой генетической изменчивостью, поскольку её споры способны длительное время находиться в состоянии покоя и не накапливают генетические мутации, оставаясь неактивными. Таким образом, стабильность штамма Ames позволяет исследователям выявлять незначительные генетические вариации и связывать их с исходным образцом. Использование штаммоспецифических однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) позволяет проводить высокоспецифичную идентификацию штаммов, что может быть широко применено и к другим агентам биологической угрозы.