Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021; 98: 538-547
Выявление чувствительных к полимиксину В штаммов Vibrio cholerae О1 серогруппы El Tor биовара и их молекулярно-генетический анализ
https://doi.org/10.36233/0372-9311-138Аннотация
Цель работы — выявление и молекулярно-генетическая характеристика чувствительных к полимиксину В штаммов Vibrio cholerae О1 серогруппы El Tor биовара, выделенных на территории России.
Материалы и методы. В работе использовали 56 токсигенных и нетоксигенных штаммов V. cholerae, выделенных от больных и из внешней среды в России в 1970-2020 гг. Устойчивость к полимиксину В определяли согласно МУК 4.2.2218-07. Для изучения способности штаммов формировать биоплёнку на абиотической поверхности использовали фотометрический метод. Нуклеотидные последовательности генов устанавливали с применением программ «UGENE v.1.32» и «MEGA X». Филогенетический анализ и построение дерева производили с помощью программы «MEGA X», используя метод «максимальной бережливости».
Результаты и обсуждение. Выявлены 2 чувствительных к полимиксину В клинических генетически изменённых штамма V. cholerae О1 El Tor биовара М1509 и 3265/80, завезённых в Россию из Индии в 2012 и 2014 гг. соответственно. При изучении структуры 12 генов, обеспечивающих устойчивость штаммов V. cholerae О1 El Tor биовара к полимиксину В, установлено, что указанные штаммы содержат аллель гена carRS, что характерно для всех чувствительных к полимиксину В штаммов V. cholerae. Изучение филогении штаммов V. cholerae М1509 и 3265/80 на основе SNP-анализа показало, что они входят в один кластер с изолятами, содержащими аллель carRS и выделенными в Индии (2015 г.) и Бангладеш (2018 г.). При сравнительном изучении способности штаммов V. cholerae М1509 и 3256/8 к формированию биоплёнки установлено, что они не отличаются по данному свойству от других, взятых в анализ генетически изменённых штаммов V. cholerae.
Заключение. В Россию завозятся высоковирулентные штаммы возбудителя холеры с изменёнными диагностически значимыми признаками, что необходимо учитывать при идентификации штаммов V. cholerae О1 El Tor биовара, выделяемых от больных и из внешней среды при мониторинговых исследованиях.
Список литературы
1. Kaper J.B., Morris J., Levin M. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 1995; 8(1): 48-89. https://doi.org/10.1128/CMR.8.1.48
2. Nair G.B., Faruque S.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor with attributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diarrhea in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2002; 40(9): 3296-9. https://doi.org/10.1128/jcm.40.9.3296-3299.2002
3. Safa A., Nair G.B., Kong R.Y.C. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol. 2010; 18(1): 46-54. https://doi.org/10.1016/j.tim.2009.10.003
4. Смирнова Н.И., Агафонов Д.А., Кульшань Т.А., Краснов Я.М., Кутырев В.В. Микроэволюция возбудителя холеры в современный период. Вестник Российской академии медицинских наук. 2014; 69(7-8): 46-53. https://doi.org/10.15690/vramn.v69i7-8.1109
5. Smirnova N.I., Krasnov Ya.M., Agafonova E.Y., Shchelkanova E.Y., Alkhova Z.V., Kutyrev V.V. Whole-genome sequencing of Vibrio cholerae O1 El Tor strains isolated in Ukraine (2011) and Russia (2014). Genome Announc. 2017; 5(8): e01640-16. https://doi.org/10.1128/genomeA.01640-16
6. Миронова Л.В., Балахонов С.В., Урбанович Л.Я., Половинкина В.С., Кожевникова А.С., Куликалова Е.С. и др. Обнаружение «гибридных» штаммов Vibrio cholerae eltor при эпидемических осложнениях в Сибири и на Дальнем Востоке. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2011; 88(5): 12-8.
7. Заднова С.П., Шашкова А.В., Краснов Я.М., Смирнова Н.И. Фенотипический и генетический анализ измененных вариантов Vibrio cholerae биовара эльтор. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; (1): 57-61. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2012-1(111)-57-61
8. Савельев В.Н., Савельева И.В., Бабенышев Б.В., Куличенко А.Н. Эволюция возбудителя и клинико-эпидемиологические особенности современной холеры Эль-Тор. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2012; (5): 31-5.
9. Kuleshov K.V., Vodop'ianov S.O., Dedkov V.G., Markelov M.L., Deviatkin A.A., Kruglikov V.D., et al. Travel-associated Vibrio cholerae O1 El Tor, Russia. Emerg. Infect. Dis. 2016; 22(11): 2006-8. https://doi.org/10.3201/eid2211.151727
10. Samanta P., Ghosh P., Chowdhury G., Ramamurthy T., Mukhopadhyay A.K. Sensitivity to polymyxin B in El Tor Vibrio cholerae O1 strain, Kolkata, India. Emerg. Infect. Dis. 2015; 21(11): 2100-2. https://doi.org/10.3201/eid2111.150762.
11. Samanta P., Saha R.N., Chowdhury G., Naha A., Sarkar S., Dutta S., et al. Dissemination of newly emerged polymyxin B sensitive Vibrio cholerae O1 containing Haitian-like genetic traits in different parts of India. J. Med. Microbiol. 2018; 67(9): 1326-33. https://doi.org/10.1099/jmm.0.000783
12. Weill F.-X., Domman D., Njamkepo E., Almesbahi A.A., Naji M., Nasher S.S., et al. Genomic insights into the 2016-2017 cholera epidemic in Yemen. Nature. 2019; 565(7738): 230-3. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0818-3
13. Bundi M., Shah M.M., Odoyo E., Kathiiko C., Wandera E., Miring'u G., et al. Characterization of Vibrio cholerae O1 isolates responsible for cholera outbreaks in Kenya between 1975 and 2017. Microbiol. Immunol. 2019; 63(9): 350-8. https://doi.org/10.1111/1348-0421.12731
14. Kanampalliwar A., Singh D.V. Virulence pattern and genomic diversity of Vibrio cholerae O1 and O139 strains isolated from clinical and environmental sources in India. Front. Microbiol. 2020; 11: 1838. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01838
15. Bina X.R., Provenzano D., Nguyen N., Bina J.E. Vibrio cholerae RND family efflux systems are required for antimicrobial resistance, optimal virulence factor production, and colonization of the infant mouse small intestine. Infect. Immun. 2008; 76(8): 3595-605. https://doi.org/10.1128/IAI.01620-07
16. Matson J.S., Yoo H.J., Hakansson K., DiRita V.J. Polymyxin B resistance in El Tor Vibrio cholerae requires lipid acylation catalyzed by MsbB. J. Bacteriol. 2010; 192(8): 2044-52. https://doi.org/10.1128/JB.00023-10
17. Hankins J.V., Madsen J.A., Giles D.K., Childers B.M., Klose K.E., Brodbelt J.S., et al. Elucidation of a novel Vibrio cholerae lipid A secondary hydroxy-acyltransferase and its role in innate immune recognition. Mol. Microbiol. 2011; 81(5): 1313-29. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2011.07765.x
18. Herrera C.M., Crofts A.A., Henderson J.C., Pingali S.C., Davies B.W., Trent M.S. The Vibrio cholerae Vpra-Vprb two-component system controls virulence through endotoxin modification. MBIO. 2014; 5(6): e02283-14. https://doi.org/10.1128/MBIO.02283-14
19. Bilecen K., Fong J.C.N., Cheng A., Jones C.J., Zamorano-Sanchez D., Yildiz F.H. Polymyxin B resistance and biofilm formation in Vibrio cholerae are controlled by the response regulator CarR. Infect. Immun. 2015; 83(3): 1199-209. https://doi.org/10.1128/IAI.02700-14
20. Bilecen K., Yildiz F.H. Identification of a calcium-controlled negative regulatory system affecting Vibrio cholerae biofilm formation. Environ. Microbiol. 2009; 11(8): 2015-29. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2009.01923.x
21. Samanta P., Mandal R.S., Saha R.N., Shaw S., Ghosh P., Dutta S. et al. A point mutation in carR is involved in the emergence of polymyxin B-sensitive Vibrio cholerae O1 El Tor biotype by influencing gene transcription. Infect. Immun. 2020; 88(5): e00080-20. https://doi.org/10.1128/IAI.00080-20.
22. Nesper J., Lauriano C.M., Klose K.E., Kapfhammer D., Kraiss A., Reidl J. Characterization of Vibrio cholerae O1 El tor galU and galE mutants: influence on lipopolysaccharide structure, colonization, and biofilm formation. Infect. Immun. 2001; 69(1): 435-45. https://doi.org/10.1128/IAI.69.1.435-445.2001
23. Монахова Е.В., Ghosh A., Mutreja A., Weill F.X., Ramamurthy T. Эндемичная холера в Индии и завозная холера в России: что общего? Проблемы особо опасных инфекций. 2020; (3): 17-26. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2020-3-17-26
24. Титова С.В., Москвитина Э.А., Кругликов В.Д., Чемисова О.С., Писанов Р.В., Водопьянов А.С. и др. Ситуация по холере в мире в 2018 году, прогноз на 2019 год. Научное обеспечение совершенствования эпидемиологического надзора за холерой в Российской Федерации. В кн.: Холера и патогенные для человека вибрионы: Сборник статей проблемной комиссии (48.04) Координационного научного совета по санитарно-эпидемиологической охране территории Российской Федерации. Выпуск № 32. Ростов-на-Дону; 2019: 12-21.
25. Huq A., Small E.B., West P.A., Huq M.I., Rahman R., Colwell R.R. Ecological relationships between Vibrio cholerae and planktonic crustacean copepods. Appl. Environ. Microbiol. 1983; 45(1): 275-83. https://doi.org/10.1128/AEM.45.1.275-283.1983
26. Satchell K.J.F., Jones C.J., Wong J., Queen J., Agarwal S., Yildiz F.H. Phenotypic analysis reveals that the 2010 Haiti cholera epidemic is linked to a hypervirulent strain. Infect. Immun. 2016; 84(9): 2473-81. https://doi.org/10.1128/AI00189-16
27. Заднова С.П., Челдышова Н.Б., Крицкий А.А., Адамов А.К., Девдариани З.Л., Кутырев В.В. Сравнительный анализ метаболизма глюкозы в штаммах Vibrio cholerae биовара Эль Тор. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2017; 35(2): 64-9. https://doi.org/10.3103/S0891416817020112
28. Lee D., Kim E.J., Baek Y., Lee J., Yoon Y., Nair G.B., et al. Alterations in glucose metabolism in Vibrio cholerae serogroup O1 El Tor biotype strains. Nature. 2020; 10(1): 308. https://doi.org/10.1038/s41598-019-57093-4
29. Гаевская Н.Е., Македонова Л.Д. Использование бактериофагов в лабораторной диагностике холеры. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 61(12): 849-52. https://doi.org/10/1882/0869-2084-2016-61-12-849-852
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021; 98: 538-547
Identification of Vibrio cholerae O1 strains of the El Tor biovar sensitive to polymyxin B and their molecular genetic analysis
https://doi.org/10.36233/0372-9311-138Abstract
The aim of the work was the identification and genetic characterization of Vibrio cholerae O1 strains of the El Tor biovar sensitive to polymyxin B among isolates imported to Russia.
Materials and methods. We used 56 toxigenic and non-toxigenic strains of V. cholerae isolated from patients and from the environmental samples on the territory of Russia in 1970-2020. Resistance to polymyxin B was determined according to MR4.2.2218-07. The ability of strains to form a biofilm on the abiotic surface was assessed by a photometric method. Nucleotide sequences of genes were determined using UGENE 1.32 and MEGA X software. Phylogenetic analysis and tree construction were performed using "maximum parsimony" method in MEGA X software.
Results and discussion. Two genetically modified strains of V. cholerae O1 biovar El Tor, M1509 and 3265/80, which were imported to Russia from India in 2012 and 2014, respectively, were identified. The analysis of 12 genes responsible for the resistance of V. cholerae O1 biovar El Tor strains to polymyxin B demonstrated that these strains contain the allele of the carRS gene, which is typical for all strains of cholera vibrio sensitive to polymyxin B. Study of V. cholerae M1509 and 3265/80 phylogeny based on SNP analysis showed that they fall into the same cluster with isolates containing the carRS allele isolated in India (2015) and Bangladesh (2018). V. cholerae M1509 and 3256/8 strains had the ability to form a biofilm similar to those observed in other genetically modified strains of cholera vibrio included into analysis.
Conclusion. Highly virulent strains of the cholera agent with altered diagnostically significant features are imported into Russia, which should be taken into account when identifying V. cholerae O1 biovar El Tor strains isolated from patients and environmental samples during monitoring studies.
References
1. Kaper J.B., Morris J., Levin M. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 1995; 8(1): 48-89. https://doi.org/10.1128/CMR.8.1.48
2. Nair G.B., Faruque S.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor with attributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diarrhea in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2002; 40(9): 3296-9. https://doi.org/10.1128/jcm.40.9.3296-3299.2002
3. Safa A., Nair G.B., Kong R.Y.C. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol. 2010; 18(1): 46-54. https://doi.org/10.1016/j.tim.2009.10.003
4. Smirnova N.I., Agafonov D.A., Kul'shan' T.A., Krasnov Ya.M., Kutyrev V.V. Mikroevolyutsiya vozbuditelya kholery v sovremennyi period. Vestnik Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk. 2014; 69(7-8): 46-53. https://doi.org/10.15690/vramn.v69i7-8.1109
5. Smirnova N.I., Krasnov Ya.M., Agafonova E.Y., Shchelkanova E.Y., Alkhova Z.V., Kutyrev V.V. Whole-genome sequencing of Vibrio cholerae O1 El Tor strains isolated in Ukraine (2011) and Russia (2014). Genome Announc. 2017; 5(8): e01640-16. https://doi.org/10.1128/genomeA.01640-16
6. Mironova L.V., Balakhonov S.V., Urbanovich L.Ya., Polovinkina V.S., Kozhevnikova A.S., Kulikalova E.S. i dr. Obnaruzhenie «gibridnykh» shtammov Vibrio cholerae eltor pri epidemicheskikh oslozhneniyakh v Sibiri i na Dal'nem Vostoke. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2011; 88(5): 12-8.
7. Zadnova S.P., Shashkova A.V., Krasnov Ya.M., Smirnova N.I. Fenotipicheskii i geneticheskii analiz izmenennykh variantov Vibrio cholerae biovara el'tor. Problemy osobo opasnykh infektsii. 2012; (1): 57-61. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2012-1(111)-57-61
8. Savel'ev V.N., Savel'eva I.V., Babenyshev B.V., Kulichenko A.N. Evolyutsiya vozbuditelya i kliniko-epidemiologicheskie osobennosti sovremennoi kholery El'-Tor. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni. 2012; (5): 31-5.
9. Kuleshov K.V., Vodop'ianov S.O., Dedkov V.G., Markelov M.L., Deviatkin A.A., Kruglikov V.D., et al. Travel-associated Vibrio cholerae O1 El Tor, Russia. Emerg. Infect. Dis. 2016; 22(11): 2006-8. https://doi.org/10.3201/eid2211.151727
10. Samanta P., Ghosh P., Chowdhury G., Ramamurthy T., Mukhopadhyay A.K. Sensitivity to polymyxin B in El Tor Vibrio cholerae O1 strain, Kolkata, India. Emerg. Infect. Dis. 2015; 21(11): 2100-2. https://doi.org/10.3201/eid2111.150762.
11. Samanta P., Saha R.N., Chowdhury G., Naha A., Sarkar S., Dutta S., et al. Dissemination of newly emerged polymyxin B sensitive Vibrio cholerae O1 containing Haitian-like genetic traits in different parts of India. J. Med. Microbiol. 2018; 67(9): 1326-33. https://doi.org/10.1099/jmm.0.000783
12. Weill F.-X., Domman D., Njamkepo E., Almesbahi A.A., Naji M., Nasher S.S., et al. Genomic insights into the 2016-2017 cholera epidemic in Yemen. Nature. 2019; 565(7738): 230-3. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0818-3
13. Bundi M., Shah M.M., Odoyo E., Kathiiko C., Wandera E., Miring'u G., et al. Characterization of Vibrio cholerae O1 isolates responsible for cholera outbreaks in Kenya between 1975 and 2017. Microbiol. Immunol. 2019; 63(9): 350-8. https://doi.org/10.1111/1348-0421.12731
14. Kanampalliwar A., Singh D.V. Virulence pattern and genomic diversity of Vibrio cholerae O1 and O139 strains isolated from clinical and environmental sources in India. Front. Microbiol. 2020; 11: 1838. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01838
15. Bina X.R., Provenzano D., Nguyen N., Bina J.E. Vibrio cholerae RND family efflux systems are required for antimicrobial resistance, optimal virulence factor production, and colonization of the infant mouse small intestine. Infect. Immun. 2008; 76(8): 3595-605. https://doi.org/10.1128/IAI.01620-07
16. Matson J.S., Yoo H.J., Hakansson K., DiRita V.J. Polymyxin B resistance in El Tor Vibrio cholerae requires lipid acylation catalyzed by MsbB. J. Bacteriol. 2010; 192(8): 2044-52. https://doi.org/10.1128/JB.00023-10
17. Hankins J.V., Madsen J.A., Giles D.K., Childers B.M., Klose K.E., Brodbelt J.S., et al. Elucidation of a novel Vibrio cholerae lipid A secondary hydroxy-acyltransferase and its role in innate immune recognition. Mol. Microbiol. 2011; 81(5): 1313-29. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2011.07765.x
18. Herrera C.M., Crofts A.A., Henderson J.C., Pingali S.C., Davies B.W., Trent M.S. The Vibrio cholerae Vpra-Vprb two-component system controls virulence through endotoxin modification. MBIO. 2014; 5(6): e02283-14. https://doi.org/10.1128/MBIO.02283-14
19. Bilecen K., Fong J.C.N., Cheng A., Jones C.J., Zamorano-Sanchez D., Yildiz F.H. Polymyxin B resistance and biofilm formation in Vibrio cholerae are controlled by the response regulator CarR. Infect. Immun. 2015; 83(3): 1199-209. https://doi.org/10.1128/IAI.02700-14
20. Bilecen K., Yildiz F.H. Identification of a calcium-controlled negative regulatory system affecting Vibrio cholerae biofilm formation. Environ. Microbiol. 2009; 11(8): 2015-29. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2009.01923.x
21. Samanta P., Mandal R.S., Saha R.N., Shaw S., Ghosh P., Dutta S. et al. A point mutation in carR is involved in the emergence of polymyxin B-sensitive Vibrio cholerae O1 El Tor biotype by influencing gene transcription. Infect. Immun. 2020; 88(5): e00080-20. https://doi.org/10.1128/IAI.00080-20.
22. Nesper J., Lauriano C.M., Klose K.E., Kapfhammer D., Kraiss A., Reidl J. Characterization of Vibrio cholerae O1 El tor galU and galE mutants: influence on lipopolysaccharide structure, colonization, and biofilm formation. Infect. Immun. 2001; 69(1): 435-45. https://doi.org/10.1128/IAI.69.1.435-445.2001
23. Monakhova E.V., Ghosh A., Mutreja A., Weill F.X., Ramamurthy T. Endemichnaya kholera v Indii i zavoznaya kholera v Rossii: chto obshchego? Problemy osobo opasnykh infektsii. 2020; (3): 17-26. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2020-3-17-26
24. Titova S.V., Moskvitina E.A., Kruglikov V.D., Chemisova O.S., Pisanov R.V., Vodop'yanov A.S. i dr. Situatsiya po kholere v mire v 2018 godu, prognoz na 2019 god. Nauchnoe obespechenie sovershenstvovaniya epidemiologicheskogo nadzora za kholeroi v Rossiiskoi Federatsii. V kn.: Kholera i patogennye dlya cheloveka vibriony: Sbornik statei problemnoi komissii (48.04) Koordinatsionnogo nauchnogo soveta po sanitarno-epidemiologicheskoi okhrane territorii Rossiiskoi Federatsii. Vypusk № 32. Rostov-na-Donu; 2019: 12-21.
25. Huq A., Small E.B., West P.A., Huq M.I., Rahman R., Colwell R.R. Ecological relationships between Vibrio cholerae and planktonic crustacean copepods. Appl. Environ. Microbiol. 1983; 45(1): 275-83. https://doi.org/10.1128/AEM.45.1.275-283.1983
26. Satchell K.J.F., Jones C.J., Wong J., Queen J., Agarwal S., Yildiz F.H. Phenotypic analysis reveals that the 2010 Haiti cholera epidemic is linked to a hypervirulent strain. Infect. Immun. 2016; 84(9): 2473-81. https://doi.org/10.1128/AI00189-16
27. Zadnova S.P., Cheldyshova N.B., Kritskii A.A., Adamov A.K., Devdariani Z.L., Kutyrev V.V. Sravnitel'nyi analiz metabolizma glyukozy v shtammakh Vibrio cholerae biovara El' Tor. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya. 2017; 35(2): 64-9. https://doi.org/10.3103/S0891416817020112
28. Lee D., Kim E.J., Baek Y., Lee J., Yoon Y., Nair G.B., et al. Alterations in glucose metabolism in Vibrio cholerae serogroup O1 El Tor biotype strains. Nature. 2020; 10(1): 308. https://doi.org/10.1038/s41598-019-57093-4
29. Gaevskaya N.E., Makedonova L.D. Ispol'zovanie bakteriofagov v laboratornoi diagnostike kholery. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika. 2016; 61(12): 849-52. https://doi.org/10/1882/0869-2084-2016-61-12-849-852
