Инфекция и иммунитет. 2019; 9: 680-686
IgA-протеазная активность клеточных ферментов различных серотипов Streptococcus pneumoniae, выделенных у детей-бактерионосителей
https://doi.org/10.15789/2220-7619-2019-5-6-680-686Аннотация
Пневмококки (Streptococcus pneumoniae) — значимые возбудители тяжелых и опасных для жизни острых пневмоний, менингитов, а также отитов и синуситов у детей и лиц пожилого возраста. Ежегодно в мире регистрируется до 1,2 млн летальных исходов у детей из-за пневмонии и инфекции центральной нервной системы (менингита), этиологическим агентом которых является S. pneumoniae, большая доля летальных исходов от пневмококковой инфекции приходится на развивающиеся страны. Металлозависимые IgA1-протеазы патогенных бактерий относятся к важной группе бактериальных ферментов, расщепляющих человеческий иммуноглобулин A1 (IgA1) в области шарнира, тем самым препятствуя полноценной реализации антибактериального иммунитета организма хозяина.
Цель исследования — изучение активности IgA1-протеиназ и их классового профиля (Na2-ЭДТА и PMSF-ингибируемых) у различных серотипов пневмококков, выделенных от детей, являющихся носоглоточными носителями этих штаммов.
Материалы и методы. Обследовано 585 детей, посещающих детские дошкольные учреждения, и проживающих г. Казани (n = 331) и в сельской местности (n = 254). Применены микробиологические, молекулярно-генетические, иммунохимические и биохимические методы для идентификации, определения серотипового состава и активности протеаз изолятов Streptococcus pneumoniae. Статистическая обработка результатов осуществлена с помощью программного пакета Graph Pad Prism, версия 5.0.
Результаты. Частота распространенности S. pneumoniae среди детей-носителей в возрастной категории от 1,5 до 3 лет составила 35,1%; в возрасте 3–5 лет — 23,4%; среди детей 5–7 лет — 19,6% и среди детей старше 7 лет — 21,9%. Выявлено доминирование вакцинных серотипов 14, 19F, 23F, входящих в состав современных пневмококковых вакцин («Превенар», «Пневмовакс-23»), — 55,8%. В 19% случаев выявлена циркуляция среди детской популяции носительства невакцинных штаммов, не входящих в состав вышеуказанных вакцин. Среди выделенных изолятов выявлено 5,8% нетипируемых штаммов. IgA-протеиназная активность была выявлена в клеточных лизатах 45 (86,5%) штаммов S. pneumoniae, выделенных у бактерионосителей. Клеточные лизаты штаммов S. pneumoniae, которые не показали протеолитических свойств, были отнесены к серотипам 12F, Sg18. Таким образом, перспективны исследования по разработке альтернативных вакцин, содержащих иммуногенные протеины, адгезины или другие факторы вирулентнос ти, общие для капсулированных и нетипируемых (инкапсулированных) штаммов пневмококков. Все вышеизложенное диктует необходимость микробиологического мониторинга бактерионосительства S. pneumoniae и поиска новых диагностических подходов для этиологической расшифровки S. pneumoniae-ассоциированных заболеваний.
Список литературы
1. Баязитова Л.Т., Тюпкина О.Ф., Чазова Т.А., Тюрин Ю.А., Исаева Г.Ш., Зарипова А.З., Патяшина М.А., Авдонина Л.Г., Юзлибаева Л.Р. Внебольничные пневмонии пневмококковой этиологии и микробиологические аспекты назофарингеального носительства Streptococcus pneumoniae у детей в Республике Татарстан // Инфекция и иммунитет. 2017. Т. 7, № 3. С. 271–278. doi: 10.15789/2220-7619-2017-3-271-278
2. Белоцерковская Ю.Г., Романовская А.Г., Стырт Е.А. Пневмококковая вакцина у взрослых снижает риск инфекций, вызванных Streptococcus pneumonia // Клиническая медицина. 2016, Т. 94, № 1. С. 61–66. doi: 10.18821/0023-2149-2016-94-1-61-66
3. Боронина Л.Г., Саматова Е.В. Эпидемиологические особенности Streptococcus pneumoniae, выделенного у детей, при неинвазивных пневмококковых инфекциях и носоглоточном бактерионосительстве // Вопросы диагностики в педиатрии. 2013. Т. 5, № 3. С. 22–26.
4. Козлов Р.С., Кречикова О.И., Муравьев А.А., Миронов К.О., Платонов А.Е., Дунаева Е.А., Таточенко В.К., Щербаков М.Е., Родникова В.Ю., Романенко В.В., Сафьянов К.Н., группа исследователей PAPIRUS. Результаты исследования распространенности в России внебольничной пневмонии и острого среднего отита у детей в возрасте до 5 лет (PAPIRUS). Роль S. pneumoniae и H. influenza в этиологии данных заболеваний // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2013. T. 15, № 4. С. 246–260.
5. Костинов М.П. Иммунокоррекция вакцинального процесса у лиц с нарушенным состоянием здоровья. М.: Медицина для всех, 2006. 172 с.
6. Муравьев А.А., Козлов Р.С., Лебедева Н.Н. Эпидемиология серотипов S. pneumoniae на территории Российской Федерации // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2017. T. 19, № 3. С. 200–206.
7. Тюрин Ю.А., Шамсутдинов А.Ф., Фассахов Р.С. Изучение полиморфизма однонуклеотидных фрагментов aur-гена металлозависимой протеазы штаммов Staphylococcus aureus, выделенных с кожи больных атопическим дерматитом // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2014. № 4. C. 5–7.
8. Bethe G., Nau R., Wellmer A., Hakenbeck R., Reinert R.R., Heinz H.P., Zysk G. The cell wall-associated serine protease PrtA: a highly conserved virulence factor of Streptococcus pneumoniae. FEMS Microbiol Lett., 2001, vol. 205, no. 1, pp. 99–104. doi: 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10931.x
9. Cassone M., Gagne A.L., Spruce L.A., Seeholzer S.H., Sebert M.E. The HtrA protease from Streptococcus pneumoniae digests both denatured proteins and the competence-stimulating peptide. J. Biol. Chem., 2012, vol. 287, no. 46, pp. 38449–38459. doi: 10.1074/jbc.M112.391482
10. Courtney H.S. Degradation of connective tissue proteins by serine proteases from Streptococcus pneumonia. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1991, vol. 175, no. 3, pp. 1023–1028. doi: 10.1016/0006-291X(91)91667-2
11. Dawid S., Sebert M.E., Weiser J.N. Bacteriocin activity of Streptococcus pneumoniae is controlled by the serine protease HtrA via posttranscriptional regulation. J. Bacteriol., 2009, vol. 191, no. 5, pp. 1509–1518. doi: 10.1128/JB.01213-08
12. Feldman C., Anderson R. Review: current and new generation pneumococcal vaccines. J. Infect., 2014, vol. 69, no. 4, pp. 309–325. doi: 10.1016/j.jinf.2014.06.006
13. Geno K.A., Gilbert G.L., Song J.Y., Skovsted I.C., Klugman K.P., Jones C., Konradsen H.B., Nahm M.H. Pneumococcal capsules and their types: past, present, and future. Clin. Microbiol. Rev., 2015, vol. 28, no. 3, pp. 871–899. doi: 10.1128/CMR.00024-15
14. Gupta A., Khaw F.M, Stokle E.L, George R.C., Pebody R., Stansfield R.E., Sheppard C.L., Slack M., Gorton R., Spencer D.A. Outbreak of Streptococcus pneumoniae serotype 1 pneumonia in a United Kingdom school. BMJ, 2008, vol. 337: a2964. doi: 10.1136/bmj.a2964
15. Hausdorff W.P., Bryant J., Paradiso P.R., Siber G.R. Which pneumococcal serogroups cause the most invasive disease: implications for conjugate vaccine formulation and use, part I. Clin. Infect. Dis., 2000, vol. 30, pp. 100–121. doi: 10.1086/313608
16. Ibrahim Y.M., Kerr A.R., McCluskey J., Mitchell T.J. Role of HtrA in the virulence and competence of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun., 2004, vol. 72, no. 6, pp. 3584–3591. doi: 10.1128/IAI.72.6.3584-3591.2004
17. Keller L.E., Robinson D.A., McDaniel L.S. Non encapsulated Streptococcus pneumoniae: emergence and pathogenesis. MBio, 2016, vol. 7, no. 2: e01792. doi: 10.1128/mBio.01792-15
18. Kriger O., Regev-Yochay G. The effect of pneumococcal conjugate vaccine on pneumococcalcarriage and invasive disease. Harefuah., 2019, vol. 158, no. 5, pp. 316–320.
19. Pai R., Gertz R.E., Beall B. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of streptococcus pneumoniae isolates. J. Clin. Microbiol., 2006, vol. 44, no. 1, pp. 124–131. doi: 10.1128/JCM.44.1.124-131.2006
20. Prevention of pneumococcal disease: recommendations of the (ACIP). MMWR Recomm. Rep., 1997, no. 4, vol. 46 (RR-8). pp. 1–24.
21. Reshetnikova I.D., Bayazitova L.T., Tupkina O.F., Tyurin Y.A., Shamsutdinov A.F., Kadkina V., Rizvanov A.A. Characteristics of antibiotic resistance nasopharyngeal strains of Streptococcus pneumoniae in children suffering from respiratory pathologies. BioNanoScience, 2017, vol. 7, no. 1, pp. 182–185. doi: 10.1007/s12668-016-0324-8
22. Simell B., Auranen K., K ä yhty H., Goldblatt D., Dagan R., O’Brien K. L. The fundamental link between pneumococcal carriage and disease. Expert. Rev. Vaccines, 2012, vol. 11, no. 7, pp. 841–855. doi: 10.1586/erv.12.53
23. Van der Poll T., Opal S.M. Pathogenesis, treatment, and prevention of pneumococcal pneumonia. Lancet, 2009, vol. 374, pp. 1543–1556. doi: 10.1016/S0140-6736(09)61114-4
24. Wani J.H., Gilbert J.V., Plaut A.G., Weiser J.N. Identification, cloning and sequencing of the immunoglobulin A1 protease gene of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun., 1996, vol. 64, pp. 3967–3974.
25. Yoshioka C.R., Martinez M.B., Brandileone M.C., Ragazzi S.B., Guerra M.L., Santos S.R., Shieh H.H., Gilio A.E. Analysis of invasive pneumonia-causing strains of Streptococcus pneumoniae: serotypes and antimicrobial susceptibility. J. Pediatr. (Rio J.)., 2011, vol. 87, no. 1, pp. 70–75. doi: 10.2223/JPED.2063
Russian Journal of Infection and Immunity. 2019; 9: 680-686
IgA-protease activity coupled to cellular enzymes of different Streptococcus pneumonia serotypes isolated in pediatric bacteria carriers
https://doi.org/10.15789/2220-7619-2019-5-6-680-686Abstract
Streptococcus pneumoniae are significant causative agents of severe and life-threatening acute pneumonia, meningitis, as well as otitis and sinusitis both in children and elderly. As many as 1.2 million pediatric lethal outcomes due to pneumonia and infections of the central nervous system (meningitis) caused by S. pneumoniae, are recorded worldwide annually, a large proportion of which occur in developing countries. Metal-dependent IgA1 proteases derived from pathogenic bacteria comprise an important group of bacterial enzymes cleaving human immunoglobulin A1 (IgA1) at the hinge region, thereby interfering with fully-executed host antibacterial immunity.
Objective. To study activity of IgA1proteinases and their class profile (Na2-EDTA and PMSF-inhibited) in various pneumococcal serotypes isolated from nasopharyngeal carrier children.
Materials and methods. There were examined 585 children attending preschool facilities residing in Kazan (n = 331) and rural areas (n = 254). Microbiological, molecular genetics and immunochemical methods were used to identify, serotyping composition and protease activity of Streptococcus pneumoniae isolates. Data statistical processing was carried out by using software Graph Pad Prism version 5.0.
Results. Prevalence of S. pneumonie in pediatric carriers aged 1.5–3 years was 35.1%, 3–5 years — 23.4%, 5–7 years — 19.6%, and over 7 years — 21.9%. Vaccine serotypes 14, 19F, 23F as a part of current pneumococcal vaccines (Prevenar, Pneumavax-23) comprised as high as 55.8%. However, in 19% of cases were positive for non-vaccine S. pneumoniae strains. Non-typeable strains were detected in 5.8% isolates. IgA-proteinase activity was detected in cell lysates of 45 (86.5%) S. pneumoniae strains isolated from pediatric carriers. Cell lysates of S. pneumoniae strains showing no proteolytic properties, were assigned to serotypes 12F, Sg18. Thus, studies on development of alternative vaccines containing immunogenic proteins, adhesins or other virulence factors common to capsulated and non-typeable (encapsulated) pneumococcal strains hold promise. All the aforementioned accounts for a need for microbiological monitoring of S. pneumoniae carriage and search for new diagnostic approaches for etiological interpretation of S. pneumoniae-associated diseases.
References
1. Bayazitova L.T., Tyupkina O.F., Chazova T.A., Tyurin Yu.A., Isaeva G.Sh., Zaripova A.Z., Patyashina M.A., Avdonina L.G., Yuzlibaeva L.R. Vnebol'nichnye pnevmonii pnevmokokkovoi etiologii i mikrobiologicheskie aspekty nazofaringeal'nogo nositel'stva Streptococcus pneumoniae u detei v Respublike Tatarstan // Infektsiya i immunitet. 2017. T. 7, № 3. S. 271–278. doi: 10.15789/2220-7619-2017-3-271-278
2. Belotserkovskaya Yu.G., Romanovskaya A.G., Styrt E.A. Pnevmokokkovaya vaktsina u vzroslykh snizhaet risk infektsii, vyzvannykh Streptococcus pneumonia // Klinicheskaya meditsina. 2016, T. 94, № 1. S. 61–66. doi: 10.18821/0023-2149-2016-94-1-61-66
3. Boronina L.G., Samatova E.V. Epidemiologicheskie osobennosti Streptococcus pneumoniae, vydelennogo u detei, pri neinvazivnykh pnevmokokkovykh infektsiyakh i nosoglotochnom bakterionositel'stve // Voprosy diagnostiki v pediatrii. 2013. T. 5, № 3. S. 22–26.
4. Kozlov R.S., Krechikova O.I., Murav'ev A.A., Mironov K.O., Platonov A.E., Dunaeva E.A., Tatochenko V.K., Shcherbakov M.E., Rodnikova V.Yu., Romanenko V.V., Saf'yanov K.N., gruppa issledovatelei PAPIRUS. Rezul'taty issledovaniya rasprostranennosti v Rossii vnebol'nichnoi pnevmonii i ostrogo srednego otita u detei v vozraste do 5 let (PAPIRUS). Rol' S. pneumoniae i H. influenza v etiologii dannykh zabolevanii // Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2013. T. 15, № 4. S. 246–260.
5. Kostinov M.P. Immunokorrektsiya vaktsinal'nogo protsessa u lits s narushennym sostoyaniem zdorov'ya. M.: Meditsina dlya vsekh, 2006. 172 s.
6. Murav'ev A.A., Kozlov R.S., Lebedeva N.N. Epidemiologiya serotipov S. pneumoniae na territorii Rossiiskoi Federatsii // Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2017. T. 19, № 3. S. 200–206.
7. Tyurin Yu.A., Shamsutdinov A.F., Fassakhov R.S. Izuchenie polimorfizma odnonukleotidnykh fragmentov aur-gena metallozavisimoi proteazy shtammov Staphylococcus aureus, vydelennykh s kozhi bol'nykh atopicheskim dermatitom // Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya. 2014. № 4. C. 5–7.
8. Bethe G., Nau R., Wellmer A., Hakenbeck R., Reinert R.R., Heinz H.P., Zysk G. The cell wall-associated serine protease PrtA: a highly conserved virulence factor of Streptococcus pneumoniae. FEMS Microbiol Lett., 2001, vol. 205, no. 1, pp. 99–104. doi: 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10931.x
9. Cassone M., Gagne A.L., Spruce L.A., Seeholzer S.H., Sebert M.E. The HtrA protease from Streptococcus pneumoniae digests both denatured proteins and the competence-stimulating peptide. J. Biol. Chem., 2012, vol. 287, no. 46, pp. 38449–38459. doi: 10.1074/jbc.M112.391482
10. Courtney H.S. Degradation of connective tissue proteins by serine proteases from Streptococcus pneumonia. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1991, vol. 175, no. 3, pp. 1023–1028. doi: 10.1016/0006-291X(91)91667-2
11. Dawid S., Sebert M.E., Weiser J.N. Bacteriocin activity of Streptococcus pneumoniae is controlled by the serine protease HtrA via posttranscriptional regulation. J. Bacteriol., 2009, vol. 191, no. 5, pp. 1509–1518. doi: 10.1128/JB.01213-08
12. Feldman C., Anderson R. Review: current and new generation pneumococcal vaccines. J. Infect., 2014, vol. 69, no. 4, pp. 309–325. doi: 10.1016/j.jinf.2014.06.006
13. Geno K.A., Gilbert G.L., Song J.Y., Skovsted I.C., Klugman K.P., Jones C., Konradsen H.B., Nahm M.H. Pneumococcal capsules and their types: past, present, and future. Clin. Microbiol. Rev., 2015, vol. 28, no. 3, pp. 871–899. doi: 10.1128/CMR.00024-15
14. Gupta A., Khaw F.M, Stokle E.L, George R.C., Pebody R., Stansfield R.E., Sheppard C.L., Slack M., Gorton R., Spencer D.A. Outbreak of Streptococcus pneumoniae serotype 1 pneumonia in a United Kingdom school. BMJ, 2008, vol. 337: a2964. doi: 10.1136/bmj.a2964
15. Hausdorff W.P., Bryant J., Paradiso P.R., Siber G.R. Which pneumococcal serogroups cause the most invasive disease: implications for conjugate vaccine formulation and use, part I. Clin. Infect. Dis., 2000, vol. 30, pp. 100–121. doi: 10.1086/313608
16. Ibrahim Y.M., Kerr A.R., McCluskey J., Mitchell T.J. Role of HtrA in the virulence and competence of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun., 2004, vol. 72, no. 6, pp. 3584–3591. doi: 10.1128/IAI.72.6.3584-3591.2004
17. Keller L.E., Robinson D.A., McDaniel L.S. Non encapsulated Streptococcus pneumoniae: emergence and pathogenesis. MBio, 2016, vol. 7, no. 2: e01792. doi: 10.1128/mBio.01792-15
18. Kriger O., Regev-Yochay G. The effect of pneumococcal conjugate vaccine on pneumococcalcarriage and invasive disease. Harefuah., 2019, vol. 158, no. 5, pp. 316–320.
19. Pai R., Gertz R.E., Beall B. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of streptococcus pneumoniae isolates. J. Clin. Microbiol., 2006, vol. 44, no. 1, pp. 124–131. doi: 10.1128/JCM.44.1.124-131.2006
20. Prevention of pneumococcal disease: recommendations of the (ACIP). MMWR Recomm. Rep., 1997, no. 4, vol. 46 (RR-8). pp. 1–24.
21. Reshetnikova I.D., Bayazitova L.T., Tupkina O.F., Tyurin Y.A., Shamsutdinov A.F., Kadkina V., Rizvanov A.A. Characteristics of antibiotic resistance nasopharyngeal strains of Streptococcus pneumoniae in children suffering from respiratory pathologies. BioNanoScience, 2017, vol. 7, no. 1, pp. 182–185. doi: 10.1007/s12668-016-0324-8
22. Simell B., Auranen K., K ä yhty H., Goldblatt D., Dagan R., O’Brien K. L. The fundamental link between pneumococcal carriage and disease. Expert. Rev. Vaccines, 2012, vol. 11, no. 7, pp. 841–855. doi: 10.1586/erv.12.53
23. Van der Poll T., Opal S.M. Pathogenesis, treatment, and prevention of pneumococcal pneumonia. Lancet, 2009, vol. 374, pp. 1543–1556. doi: 10.1016/S0140-6736(09)61114-4
24. Wani J.H., Gilbert J.V., Plaut A.G., Weiser J.N. Identification, cloning and sequencing of the immunoglobulin A1 protease gene of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun., 1996, vol. 64, pp. 3967–3974.
25. Yoshioka C.R., Martinez M.B., Brandileone M.C., Ragazzi S.B., Guerra M.L., Santos S.R., Shieh H.H., Gilio A.E. Analysis of invasive pneumonia-causing strains of Streptococcus pneumoniae: serotypes and antimicrobial susceptibility. J. Pediatr. (Rio J.)., 2011, vol. 87, no. 1, pp. 70–75. doi: 10.2223/JPED.2063
