Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021; 98: 512-518
Антигенная и генетическая характеристика штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными и неинвазивными пневмококковыми инфекциями, с использованием высокопроизводительного секвенирования
https://doi.org/10.36233/0372-9311-144Аннотация
Цель работы заключалась в характеристике и сопоставлении данных об антигенных и генетических свойствах полученных с помощью высокопроизводительного секвенирования штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными и неинвазивными формами пневмококковой инфекции (ПИ). Материалы и методы. Исследовано 158 штаммов S. pneumoniae, выделенных при проведении различных этапов многоцентрового исследования «ПеГАС» в 2015-2020 гг. При анализе данных использовалась информация о полногеномных последовательностях 46 штаммов, выделенных ранее в том же исследовании. Для определения серотипов применены методики ПЦР в режиме реального времени и высокопроизводительное секвенирование (платформа «Illumina»). При обработке данных использовались программы «SeroBA», «PneumoCaT» и программные возможности интернет-ресурса PubMLST.org.
Результаты и обсуждение. Определены серотипы всех штаммов, включённых в исследование. Найден ряд несовпадений серотипов внутри серогруппы 6 и один дискордантный результат при анализе полногеномных последовательностей двумя программами. Предлагаемые ПЦР-подходы позволяют охарактеризовать серотип у 87% возбудителей инвазивных и 69% неинвазивных форм ПИ. Доля штаммов с серотипами, входящими в состав PCV13, составляет 59 и 37%, в состав PPV23 — 78 и 53% для штаммов, выделенных от больных инвазивными и неинвазивными ПИ соответственно. Анализ данных не позволяет выявить преобладающий сиквенс-тип (всего найден 81 сиквенс-тип) или определить клональные комплексы, за исключением штаммов серотипа 3, что согласуется с полученными ранее данными об отсутствии выраженной клональной структуры S. pneumoniae, ассоциированных с пневмококковыми менингитами, на территории России.
Заключение. Получены данные, позволяющие определить распределение циркулирующих серотипов и генетические характеристики штаммов, выделенных от больных ПИ, что даёт возможность оценить эффективность существующих поливалентных вакцин и предоставляет информацию для коррекции основанных на ПЦР способов серотипирования.
Список литературы
1. Козлов Р.С. Пневмококки: уроки прошлого — взгляд в будущее. Смоленск; 2010.
2. Иванчик Н.В., Чагарян А.Н., Сухорукова М.В., Козлов Р.С., Дехнич А.В., Кречикова О.И. и др. Антибиотикорезистентность клинических штаммов Streptococcus pneumoniae в России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования «ПеГАС 2014-2017». Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019; 21(3): 230-7. https://doi.org/10.36488/cmac.2019.3.230-237
3. Цветкова И.А., Беланов С.С., Гостев В.В., Калиногорская О.С., Волкова М.О., Мохов А.С. и др. Клональная структура популяции изолятов Streptococcus pneumoniae, циркулирующих в России с 1980 по 2017 гг. Антибиотики и химиотерапия. 2019; 64(5-6): 22-31. https://doi.org/10.24411/0235-2990-2019-10027
4. Миронов К.О., Платонов А.Е., Дунаева Е.А., Кусева В.И., Шипулин Г.А. Методика ПЦР в режиме реального времени для определения серотипов Streptococcus pneumoniae. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014; 91(1): 41-8.
5. Миронов К.О., Корчагин В.И., Михайлова Ю.В., Янушевич Ю.Г., Шеленков А.А., Чагарян А.Н. и др. Характеристика штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными пневмококковыми инфекциями, с использованием высокопроизводительного секвенирования. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020; 97(2): 113-8. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-2-113-118
6. Epping L., van Tonder A.J., Gladstone R.A., Bentley S.D., Page A.J., Keane J.A. The Global Pneumococcal Sequencing Consortium. SeroBA: rapid high-throughput serotyping of Streptococcus pneumoniae from whole genome sequence data. Microb. Genom. 2018; 4(7): e000186. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000186
7. Kapatai G., Sheppard C.L., Al-Shahib A., Litt D.J., Underwood A.P., Harrison T.G., et al. Whole genome sequencing of Streptococcus pneumoniae: development, evaluation and verification of targets for serogroup and serotype prediction using an automated pipeline. PeerJ. 2016; 4: e2477. https://doi.org/10.7717/peerj.2477
8. Enright M.C., Spratt B.G. A multilocus sequence typing scheme for Streptococcus pneumoniae: identification of clones associated with serious invasive disease. Microbiology. 1998; 144(11): 3049-60. https://doi.org/10.1099/00221287-144-11-3049
9. Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018; 3: 124. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.14826.1
10. Gladstone R.A., Lo S.W., Lees J.A., Croucher N.J., van Tonder A.J., Corander J., et al. International genomic definition of pneumococcal lineages, to contextualise disease, antibiotic resistance and vaccine impact. EBioMedicine. 2019; 43: 338-46. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2019.04.021
11. Ganaie F., Saad J.S., McGee L., van Tonder A.J., Bentley S.D., Lo S.W., et al. A new pneumococcal capsule type, 10D, is the 100th serotype and has a large cps fragment from an oral streptococcus. mBio. 2020; 11(3): e00937-20. https://doi.org/10.1128/mBio.00937-20
12. Матосова С.В., Миронов К.О., Шипулина О.Ю., Нагибина М.В., Рыжов Г.Э., Венгеров Ю.Я. Характеристика серотипов Streptoccus pneumoniae, вызвавших гнойный бактериальный менингит на территории Москвы в период с 2016 по 2019 г. В кн.: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Молекулярная Диагностика и биобезопасность - 2020». М.; 2020.
13. Hunter P.R., Gaston M A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson's index of diversity. J. Clin. Microbiol. 1988; 26(11): 2465-6. https://doi.org/10.1128/jcm.26.11.2465-2466.1988
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021; 98: 512-518
Antigenic and genetic characterization of Streptococcus pneumoniae strains isolated from patients with invasive and non-invasive pneumococcal infections by using high-throughput sequencing
https://doi.org/10.36233/0372-9311-144Abstract
The objective of this study was to characterize and compare antigenic and genetic characteristics of Streptococcus pneumoniae strains isolated from patients with invasive and non-invasive pneumococcal infections (PIs) by using the data of high-throughput sequencing.
Materials and methods. A total of 158 S. pneumoniae strains were studied. All of them were isolated during different stages of the PEHASus multicenter study performed in 2015-2020. The data analysis was based on the information about whole-genome sequences of 46 strains isolated during the above study. Real-time PCR methods and high-throughput sequencing (the Illumina platform) were used for identification of serotypes. The SeroBA, PneumoCaT software and PubMLST.org website resources were used in the data processing.
Results and discussion. The serotypes of all the studied strains were identified. A number of discrepancies among serotypes in serogroup 6 and one discordant result were revealed by the analysis of whole-genome sequences using 2 programs. The PCR methods were effectively used to characterize serotypes in 87% and 69% of the pathogens of invasive and non-invasive PIs, respectively. The serotypes contained in PCV13 accounted for 59% and 37%, while PPV23 serotypes accounted for 78% and 53% of the strains isolated from patients with invasive and non-invasive PIs, respectively. The data analysis was unable to identify either the dominant sequence type (a total of 81 sequence types have been identified) or clonal complexes, except for serotype 3 strains, thus demonstrating consistency with the data from previous studies suggesting the absence of a well-represented clonal structure of S. pneumoniae associated with pneumococcal meningitis in Russia.
Conclusion. The obtained data made it possible to identify the distribution of the circulating serotypes and genetic characteristics of the strains isolated from PI patients, thus being instrumental for assessment of the effectiveness of the existing polyvalent vaccines and providing information for improvement of the PCR-based methods of serotyping.
References
1. Kozlov R.S. Pnevmokokki: uroki proshlogo — vzglyad v budushchee. Smolensk; 2010.
2. Ivanchik N.V., Chagaryan A.N., Sukhorukova M.V., Kozlov R.S., Dekhnich A.V., Krechikova O.I. i dr. Antibiotikorezistentnost' klinicheskikh shtammov Streptococcus pneumoniae v Rossii: rezul'taty mnogotsentrovogo epidemiologicheskogo issledovaniya «PeGAS 2014-2017». Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya. 2019; 21(3): 230-7. https://doi.org/10.36488/cmac.2019.3.230-237
3. Tsvetkova I.A., Belanov S.S., Gostev V.V., Kalinogorskaya O.S., Volkova M.O., Mokhov A.S. i dr. Klonal'naya struktura populyatsii izolyatov Streptococcus pneumoniae, tsirkuliruyushchikh v Rossii s 1980 po 2017 gg. Antibiotiki i khimioterapiya. 2019; 64(5-6): 22-31. https://doi.org/10.24411/0235-2990-2019-10027
4. Mironov K.O., Platonov A.E., Dunaeva E.A., Kuseva V.I., Shipulin G.A. Metodika PTsR v rezhime real'nogo vremeni dlya opredeleniya serotipov Streptococcus pneumoniae. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2014; 91(1): 41-8.
5. Mironov K.O., Korchagin V.I., Mikhailova Yu.V., Yanushevich Yu.G., Shelenkov A.A., Chagaryan A.N. i dr. Kharakteristika shtammov Streptococcus pneumoniae, vydelennykh ot bol'nykh invazivnymi pnevmokokkovymi infektsiyami, s ispol'zovaniem vysokoproizvoditel'nogo sekvenirovaniya. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2020; 97(2): 113-8. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-2-113-118
6. Epping L., van Tonder A.J., Gladstone R.A., Bentley S.D., Page A.J., Keane J.A. The Global Pneumococcal Sequencing Consortium. SeroBA: rapid high-throughput serotyping of Streptococcus pneumoniae from whole genome sequence data. Microb. Genom. 2018; 4(7): e000186. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000186
7. Kapatai G., Sheppard C.L., Al-Shahib A., Litt D.J., Underwood A.P., Harrison T.G., et al. Whole genome sequencing of Streptococcus pneumoniae: development, evaluation and verification of targets for serogroup and serotype prediction using an automated pipeline. PeerJ. 2016; 4: e2477. https://doi.org/10.7717/peerj.2477
8. Enright M.C., Spratt B.G. A multilocus sequence typing scheme for Streptococcus pneumoniae: identification of clones associated with serious invasive disease. Microbiology. 1998; 144(11): 3049-60. https://doi.org/10.1099/00221287-144-11-3049
9. Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018; 3: 124. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.14826.1
10. Gladstone R.A., Lo S.W., Lees J.A., Croucher N.J., van Tonder A.J., Corander J., et al. International genomic definition of pneumococcal lineages, to contextualise disease, antibiotic resistance and vaccine impact. EBioMedicine. 2019; 43: 338-46. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2019.04.021
11. Ganaie F., Saad J.S., McGee L., van Tonder A.J., Bentley S.D., Lo S.W., et al. A new pneumococcal capsule type, 10D, is the 100th serotype and has a large cps fragment from an oral streptococcus. mBio. 2020; 11(3): e00937-20. https://doi.org/10.1128/mBio.00937-20
12. Matosova S.V., Mironov K.O., Shipulina O.Yu., Nagibina M.V., Ryzhov G.E., Vengerov Yu.Ya. Kharakteristika serotipov Streptoccus pneumoniae, vyzvavshikh gnoinyi bakterial'nyi meningit na territorii Moskvy v period s 2016 po 2019 g. V kn.: Sbornik materialov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem «Molekulyarnaya Diagnostika i biobezopasnost' - 2020». M.; 2020.
13. Hunter P.R., Gaston M A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson's index of diversity. J. Clin. Microbiol. 1988; 26(11): 2465-6. https://doi.org/10.1128/jcm.26.11.2465-2466.1988
