Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1888310.36233/0372-9311-726KQXYJYORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleVariability of the iron uptake system components in Bacillus anthracisВариабельность компонентов системы усвоения железа у Bacillus anthracishttps://orcid.org/0000-0002-1117-1185EremenkoEvgeny I.ЕременкоЕвгений Иванович
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Professor, chief researcher, Anthrax laboratory

д-р мед. наук, профессор, г. н. с. лаб. сибирской язвы

ejer@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5196-784XRyazanovaAlla G.РязановаАлла Геннадьевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), Head, Anthrax laboratory

канд. мед. наук, зав. лаб. сибирской язвы

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7033-9972PechkovskiiGrigorii A.ПечковскийГригорий Александрович
Russian Federation

junior researcher, Anthrax laboratory

м. н. с. лаб. сибирской язвы

grigorii.pechkovskii@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7744-3112AksenovaLyudmila Yu.АксеноваЛюдмила Юрьевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Anthrax laboratory

канд. мед. наук, с. н. с. лаб. сибирской язвы

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0274-898XSemenovaOlga V.СеменоваОльга Викторовна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), researcher, Anthrax laboratory

канд. биол. наук, н. с. лаб. сибирской язвы

stavnipchi@mail.ruStavropol Plague Control Research InstituteФКУЗ «Ставропольский научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора13032026103112013622072025Copyright ©; 2026, Eremenko E.I., Ryazanova A.G., Pechkovskii G.A., Aksenova L.Y., Semenova O.V.Copyright ©; 2026, Еременко Е.И., Рязанова А.Г., Печковский Г.А., Аксенова Л.Ю., Семенова О.В.2026Eremenko E.I., Ryazanova A.G., Pechkovskii G.A., Aksenova L.Y., Semenova O.V.Еременко Е.И., Рязанова А.Г., Печковский Г.А., Аксенова Л.Ю., Семенова О.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/18883

Introduction. The iron uptake system of Bacillus anthracis includes siderophores and hemophores, some of which are classified as additional virulence factors. The variability of the genes and proteins of this system in natural strains of the main genetic lineages of B. anthracis has not been studied previously, which determines the relevance of this study.

The aim is to characterize the variability of genes and proteins of the iron uptake system in natural strains of B. anthracis from different genetic lineages.

Materials and methods. The sequences of 947 B. anthracis genomes and 4 B. cereus biovar anthracis genomes taken for comparison were studied. In silico analysis was performed using the genome of the B. anthracis Ames Ancestor strain as a reference with the identification of polymorphisms in the BLASTn, BLASTp, and MEGA X programs.

Results. Variability was established for 23 of 25 and 14 of 18 siderophore and hemophore genes of B. anthracis, respectively. The frequencies of single nucleotide polymorphisms (SNPs), indels, and amino acid substitutions in strains of the main lineages A and B are comparable; in strains of lineage B, the non-ribosomal peptidyl transferase bacillibactin is inactive. In lineage C, the frequencies of polymorphisms are an order of magnitude higher. In B. cereus biovar anthracis, the frequencies are 1–2 orders of magnitude higher for indels and amino acid substitutions and 500 times higher for SNPs.

Conclusion. The variability of genes and proteins of the iron assimilation system is most pronounced in strains of B. anthracis lineage C. In strains of lineage B, with a comparable frequency of polymorphisms to lineage A, non-ribosomal peptide synthetase is inactive. These features may be associated with lower adaptive capabilities and lower prevalence of the main genetic lineages B and C compared to lineage A. The highest frequency of polymorphisms was observed in B. cereus biovar anthracis strains, which is explained by the special position of this subspecies.

Введение. Система усвоения железа Bacillus anthracis включает сидерофоры и гемофоры, часть из которых отнесена к дополнительным факторам патогенности. Вариабельность генов и белков этой системы у природных штаммов главных генетических линий B. anthracis ранее не изучалась, что определяет актуальность работы.

Цель — характеристика вариабельности генов и белков системы усвоения железа у природных штаммов B. anthracis разных генетических линий.

Материалы и методы. Изучены последовательности 947 геномов B. anthracis и 4 геномов B. cereus biovar anthracis, взятых для сравнения. Анализ in silico проводили, используя геном штамма B. anthracis Ames Ancestor в качестве референсного с идентификацией полиморфизмов в программах «BLASTn», «BLASTp», «MEGA X».

Результаты. Установлена вариабельность для 23 из 25 и 14 из 18 генов сидерофоров и гемофоров B. anthracis соответственно. Частоты для однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), инделов, замен аминокислот у штаммов главных линий A и B сопоставимы, у штаммов линии B неактивна нерибосомная пептидсинтетаза бациллибактина. У линии C частоты полиморфизмов на порядок выше. У B. cereus biovar anthracis частоты на 1–2 порядка выше для инделов, замен аминокислот и в 500 раз — для SNP.

Заключение. Вариабельность генов и белков системы усвоения железа наиболее выражена у штаммов B. anthracis линии С, у штаммов линии B при сопоставимой частоте полиморфизмов с линией A неактивна нерибосомная пептидсинтетаза. Эти особенности могут быть связаны с меньшими адаптационными возможностями и меньшей распространённостью главных генетических линий B и C по сравнению с линией A. Наибольшая частота полиморфизмов отмечена для штаммов B. cereus biovar anthracis, что объясняется особым положением этого подвида.

Bacillus anthracissiderophoreshemophoresgenetic lineagesvirulence factorsgene and protein variabilityBacillus anthracisсидерофорыгемофорыгенетические линиифакторы вирулентностивариабельность генов и белковCendrowski S., MacArthur W., Hanna P. Bacillus anthracis requires siderophore biosynthesis for growth in macrophages and mouse virulence. Mol. Microbiol. 2004;51(2):407–17. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2003.03861.xHotta K., Kim C.Y., Fox D.T., Koppisch A.T. Siderophore-mediated iron acquisition in Bacillus anthracis and related strains. Microbiology (Reading). 2010;156(Pt. 7):1918–25. DOI: https://doi.org/10.1099/mic.0.039404-0Lee J.Y., Passalacqua K.D., Hanna P.C., et al. Regulation of petrobactin and bacillibactin biosynthesis in Bacillus anthracis under iron and oxygen variation. PLoS One. 2011;6(6): e2077. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0020777Еременко Е.И. Сидерофоры Bacillus anthracis. Проблемы особо опасных инфекций. 2016;(1):68–74. Eremenko E.I. Bacillus anthracis siderophores. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2016;(1):68–74. DOI: https://doi.org/10.21055/0370-1069-2016-1-68-74 EDN: https://elibrary.ru/vozppjSkaar E.P., Gaspar A.H., Schneewind O. Bacillus anthracis IsdG, a heme-degrading monooxygenase. J. Bacteriol. 2006;188(3):1071–80. DOI: https://doi.org/10.1128/JB.188.3.1071-1080.2006Maresso A.W., Garuf G., Schneewind O. Bacillus anthracis secretes proteins that mediate heme acquisition from hemoglobin. PLoS Pathog. 2008;4(8):e1000132. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1000132Balderas M.A., Nobles C.L., Honsa E.S., et al. Hal is a Bacillus anthracis heme acquisition protein. J. Bacteriol. 2012;194(20):5513–21. DOI: https://doi.org/10.1128/jb.00685-12Sheldon J.R., Heinrichs D.E. Recent developments in understanding the iron acquisition strategies of gram positive pathogens. FEMS Microbiol. Rev. 2015;39(4):592–630. DOI: https://doi.org/10.1093/femsre/fuv009Eremenko E.I. A Bacillus anthracis system for acquisition of heme-bound iron. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2017;32(1):1–5. DOI: https://doi.org/10.3103/S0891416817010037Tarlovsky Y., Fabian M., Solomaha E., et al. A Bacillus anthracis S-layer homology protein that binds heme and mediates heme delivery to IsdC. J. Bacteriol. 2010;192(13):3503–11. DOI: https://doi.org/10.1128/jb.00054-10Missiakas D., Schneewind O. Assembly and function of the Bacillus anthracis S-layer. Annu. Rev. Microbiol. 2017;71:79–98. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-micro-090816-093512Stauff D.L., Skaar E.P. Bacillus anthracis HssRS signalling to HrtAB regulates haem resistance during infection. Mol. Microbiol. 2009;72(3):763–78. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2009.06684.xPi H., Burroughs O.S., Carlin S.M., et al. FapR regulates HssRS-mediated heme homeostasis in Bacillus anthracis. mBio. 2025;16(6):e0205724. DOI: https://doi.org/10.1128/mbio.02057-24Papinutto E., Dundon W.G., Pitulis N., et al. Structure of two iron-binding proteins from Bacillus anthracis. J. Biol. Chem. 2002;277(17):15093–8. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.m112378200Liu X., Kim K., Leighton T., Theil E.C. Paired Bacillus anthracis Dps (mini-ferritin) have different reactivities with peroxide. J. Biol. Chem. 2006;281(38):27827–35. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.m601398200Еременко Е.И., Рязанова А.Г., Печковский Г.А. и др. Особенности споруляции основных генетических линий Bacillus anthracis. Проблемы особо опасных инфекций. 2024;(2):76–82. Eremenko E.I., Ryazanova A.G., Pechkovskii G.A., et al. Features of sporulation of the main genetic lines of Bacillus anthracis. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2024;(2):76–82. DOI: https://doi.org/10.21055/0370-1069-2024-2-76-82 EDN: https://elibrary.ru/hbcjdbЕременко Е.И., Печковский Г.А., Рязанова А.Г. и др. Анализ in silico геномов штаммов Bacillus anthracis основных генетических линий. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023;100(3):155–65. Eremenko E.I., Pechkovskii G.A., Ryazanova A.G., et al. In silico analysis of genomes of Bacillus anthracis strains belonging to major genetic lineages. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2023;100(3):155–65. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-385 EDN: https://elibrary.ru/ocpnyxЕременко Е.И., Рязанова А.Г., Печковский Г.А. и др. Полиморфизм генов рецепторов герминации спор у штаммов Bacillus anthracis основных генетических линий. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2024;101(2):237–47. Eremenko E.I., Pechkovskii G.A., Ryazanova A.G., et al. Polymorphism of spore germination receptor genes in Bacillus anthracis strains of major genetic lineages. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2024;101(2):237–47. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-483 EDN: https://elibrary.ru/lnznojHonsa E.S., Maresso A.W. Mechanisms of iron import in anthrax. Biometals. 2011;24(3):533–45. DOI: https://doi.org/10.1007/s10534-011-9413-xMay J.J., Wendrich T.M., Marahiel M.A. The dhb operon of Bacillus subtilis encodes the biosynthetic template for the catecholic siderophore 2,3-dihydroxybenzoate-glycine-threonine trimeric ester bacillibactin. J. Biol. Chem. 2001;276(10):7209–17. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M009140200Carlson P.E. Jr., Carr K.A., Janes B.K., et al. Transcriptional profiling of Bacillus anthracis Sterne (34F2) during iron starvation. PLoS One. 2009;4(9):e6988. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0006988Chitlaru T., Gat O., Grosfeld H., et al. Identification of in vivo-expressed immunogenic proteins by serological proteome analysis of the Bacillus anthracis secretome. Infect. Immun. 2007;75(6):2841–52. DOI: https://doi.org/10.1128/iai.02029-06