Штамм Эймса является одним из 89 известных штаммов бактерии сибирской язвы ( Bacillus anthracis ). Он был выделен от больной 14-месячной телки Beefmaster , которая умерла в Сарите, штат Техас, в 1981 году. Штамм был выделен в Техасской ветеринарной диагностической лаборатории , а образец был отправлен в Медицинский научно-исследовательский институт инфекционных заболеваний армии США (USAMRIID). [1] Исследователи из USAMRIID ошибочно посчитали, что штамм прибыл из Эймса, штат Айова, поскольку обратный адрес на посылке был указан как Национальная ветеринарная лаборатория Министерства сельского хозяйства США в Эймсе, и неправильно маркировали образец. [2]
Штамм Эймса привлек широкое внимание общественности во время атак сибирской язвы в 2001 году , когда 18 сентября 2001 года и 9 октября 2001 года в СМИ и сенаторам США было отправлено семь писем, содержащих этот штамм.
Из-за своей вирулентности штамм Эймса используется Соединенными Штатами для разработки вакцин и проверки их эффективности. Использование штамма Эймса началось в 1980-х годах, после того как работа по созданию оружия на основе штамма Vollum 1B была завершена, а все запасы оружия были уничтожены после окончания программы США по биологическому оружию в 1969 году. [3]
Исследователи идентифицировали две специфические плазмиды вирулентности в B. anthracis , причем штамм Ames проявляет большую вирулентность по сравнению с другими штаммами. Вирулентность B. anthracis обусловлена двумя плазмидами, pXO1 и pXO2. Плазмида pXO2 кодирует антифагоцитарную капсулу из поли-D-глутаминовой кислоты, которая позволяет B. anthracis уклоняться от иммунной системы хозяина. Плазмида pXO1 кодирует три токсиновых белка: фактор отека (EF), летальный фактор (LF) и защитный антиген (PA). Изменение вирулентности можно объяснить наличием или отсутствием плазмид; например, изоляты, в которых отсутствует либо pXO1, либо pXO2, считаются ослабленными, то есть они не вызовут значительной инфекции. Одним из возможных механизмов, который может отвечать за регуляцию вирулентности, является количество копий плазмид на клетку. Число плазмид среди изолятов варьируется, до 243 копий pXO1 и 32 копий pXO2 на клетку. Исследования показали, что pXO2 вносит значительный вклад в наблюдаемую вариацию вирулентности, поскольку мутанты, продуцирующие большее количество капсулы, демонстрируют более высокий уровень вирулентности. [4] Вирулентные штаммы, которые были излечены от плазмиды pXO1, но имели плазмиду Ames pXO2, были по-прежнему полностью вирулентны для мышей; таким образом, плазмида Ames pXO2, в частности, по-видимому, дает более высокий уровень вирулентности, поскольку штаммы, в которых отсутствует одна из плазмид, обычно ослаблены. Кроме того, было обнаружено, что изоляты, которые несли Ames pXO2, были более вирулентными, чем изоляты со штаммом Vollum 1B pXO2, также вирулентным штаммом. [5] Другой известный штамм сибирской язвы, штамм Sterne, является авирулентным, то есть он не вызывает серьезных заболеваний у животных или людей.
Штамм Ames восприимчив к антибиотикам, рекомендованным для лечения сибирской язвы и для профилактики после контакта Центром по контролю и профилактике заболеваний США. [6] [7] [8] Эта восприимчивость аналогична восприимчивости большинства других штаммов Bacillus anthracis и основана на сравнении минимальных ингибирующих концентраций, определенных для каждого препарата, с контрольными точками восприимчивости, опубликованными в документе M45 Института клинических лабораторных стандартов. [9] Ципрофлоксацин является рекомендуемым средством лечения респираторной сибирской язвы, но исследования показали, что более новый фторхинолон , гатифлоксацин , может увеличить выживаемость мышей, восприимчивых к штамму Ames. [10]
Штамм Sterne, как и все штаммы Bacillus anthracis , имеет две функциональные 𝛃-лактамазы, но экспрессия генов обычно недостаточна для обеспечения устойчивости к препаратам. Штамм Sterne выступает в качестве хорошего сравнения с другими штаммами сибирской язвы, поскольку он является прототипическим и простым в работе штаммом, чувствительным к пенициллину. [11]
Вирулентность обычно можно снизить, удалив плазмиды вирулентности, и эти ослабленные штаммы можно использовать для создания вакцин против B. anthracis . Если отсутствует плазмида pXO1 или pXO2, штамм не может производить все факторы вирулентности и считается ослабленным. Штамм Sterne от природы лишен плазмиды pXO2; таким образом, он ослаблен и может безопасно использоваться для создания иммунного ответа. [12] Для создания ослабленных штаммов обычно удаляют плазмиду вирулентности pXO1, но штамм Ames все еще может быть вирулентным в мышиных моделях, если удалить плазмиду pXO1, но останется плазмида pXO2.
Вакцины против сибирской язвы используются как для иммунизации скота, так и для иммунизации людей. Одна из наиболее используемых вакцин против сибирской язвы сегодня основана на штамме Sterne в форме вакцины с живыми спорами для животных. Вакцина с живыми спорами опасна для людей, поэтому были исследованы вакцины на основе секретируемого белка-токсина, защитного антигена (PA). Однако вакцины на основе PA менее защитные, чем вакцины с живыми спорами, и вакцина на основе PA против штамма Ames для людей не была разработана. [13]
Единственная лицензированная вакцина против сибирской язвы в Америке, вакцина Anthrax Adsorbed (AVA), основана на защитном антигене и имеет разный успех против Эймса в зависимости от модели животного. Это несоответствие предполагает, что при тестировании вакцин для использования человеком необходимо изучать несколько модельных организмов. [14] В настоящее время исследователи изучают способ инактивации спор сибирской язвы, например, с помощью формальдегида ; это могло бы стать альтернативой живым спорам и вакцинам PA. [13]
Идентификация штаммоспецифичных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в штамме Ames позволяет разрабатывать диагностические тесты, которые могут помочь отслеживать вспышки. SNP могут определять конкретные генетические группы и, следовательно, важны для обнаружения и подтипирования бактериальных патогенов. Шесть SNP идентифицированы как высокоспецифичные и наблюдаются только в штамме Ames; их четыре на хромосоме, один на плазмиде pXO1 и один на плазмиде pXO2. Любой из шести SNP может дифференцировать штамм Ames от других 88 штаммов B. anthracis . Однако один из SNP имеет меньшую дискриминационную силу в отношении штаммов, которые тесно связаны с Ames.
Используя специфические для штамма Ames SNP и ПЦР в реальном времени , исследователи могут либо подтвердить, либо опровергнуть принадлежность тысяч образцов к штамму Ames. Стабильность этих SNP в качестве диагностических маркеров обусловлена низкими скоростями мутаций в ДНК B. anthracis . Отсутствие этих мутационных событий ограничивает вероятность наблюдения ложноположительного результата в этих анализах, поскольку штамм вряд ли мутирует в новое или предковое состояние. [15] Кроме того, сибирская язва имеет эту пониженную генетическую изменчивость, поскольку ее споры могут оставаться в состоянии покоя в течение длительного периода времени и не должны накапливать генетические мутации, поскольку они остаются неактивными. [16] Таким образом, стабильная природа штамма Ames позволяет исследователям искать небольшие генетические вариации и связывать их с исходным образцом. Подход с использованием специфических для штамма SNP позволяет проводить высокоспецифичную идентификацию штамма, которая может широко применяться к другим агентам биотеррора.