Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; : 13-24
Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae биовара Эль Тор, выделенные на территории России: молекулярно-генетические особенности и патогенные свойства
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-2-13-24Аннотация
Цель. Сравнительный анализ секвенированных нами полных геномов нетоксигенных штаммов с разным набором генов патогенности и оценка их вирулентности при внутрикишечном заражении новорожденных крольчат. Материалы и методы. Полногеномное секвенирование ДНК 26 штаммов проведено с использованием технологии полупроводникового секвенирования. Филогенетические связи штаммов выявлены на основе SNP-анализа. Продукцию гемолизина и гемагглютинин-протеазы оценивали общепринятыми методами. Вирулентность штаммов для крольчат определяли путем их внутрикишечного заражения в дозе 107 КОЕ/мл. Результаты. На основе анализа полных геномов нетоксигенных штаммов ctxA-tcpA+ и ctxA-tcpA- выявлены различия между ними по составу и стабильности структуры мобильных элементов, связанных с патогенностью. Обнаружены также существенные отличия этих штаммов друг от друга по нуклеотидным последовательностям генов hlyA, hapA и rtxA, кодирующих продукцию дополнительных факторов патогенности. Представлены результаты оценки их филогенетических связей. На модельных животных подтверждена неспособность нетоксигенных штаммов ctxA-tcpA+ и ctxA- tcpA- вызывать развитие типичной холерной инфекции. Заключение. Получены новые данные о структуре геномов различных нетоксигенных штаммов и их филогенетических связях. На основании результатов заражения модельных животных клетками нетоксигенных штаммов с изученным геномом сделан вывод об их неспособности вызывать развитие типичной холерной инфекции.
Список литературы
1. Зубкова Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б., Водопьянов С.О. Генетические особенности штаммов холерных вибрионов О1 серогруппы сtхA-tcpA+, выделенных из водных объектов Российской Федерации, охарактеризованные с помощью новой геоинформационной системы. Здоровье населения и среда обитания. 2014, 9:32-34.
2. Миронова Л.В. Научное обоснование совершенствования подходов к идентификации и молекулярному типированию Vibrio cholerae в системе микробиологического мониторинга. Автореф. дисс. докт. мед. наук. Иркутск, 2017.
3. Москвитина Э.А., Тюленева Е.Г., Самородова А.В., Кругликов В.Д., Титова С.В., Иванова С.М., Ковалева Т.В., Анисимова Г.Б. Эпидемиологическая обстановка по холере в мире и России в 2007—2016 гг. Прогноз на 2017 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2017, 1:13-20.
4. Онищенко Г.Г., Ломов Ю.М., Москвитина Э.А., Подосинникова Л.С., Водяницкая С.Ю., Прометной В.И., Монахова Е.В., Водопьянов С.О., Телесманич Н.Р., Дудина Н.А. Холера, обусловленная Vibrio cholerae О1 ctxA tcpA+. Журн. микробиол. 2007, 1:23-29.
5. Ратникова Л.И., Кузьмина Н.Я. Случай холеры в Челябинске. Эпидемиол. инф. болезней. 2002, 2:53-54.
6. Сизова Ю.В. Влияние стрессового воздействия на токсинопродукцию и другие свойства холерных вибрионов О1 серогруппы. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Саратов, 2017.
7. Смирнова Н.И., Кутырев В.В., Заднова С.П., Краснов Я.М., Горяев А.А., Лозовский Ю.В. Генетическая характеристика штаммов Vibrio cholerae, завезенных на территорию Российской Федерации в разные периоды 7 пандемии холеры. Журн. микробиол. 2011, 3:3-10.
8. Смирнова Н.И., Кульшань Т.А., Баранихина Е.Ю., Краснов Я.М., Агафонов Д.А., Кутырев В.В. Структура генома и происхождение нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль Тор с различной эпидемиологической значимостью. Генетика. 2016, 52(9):1029-1041.
9. Dutta N.K., Habbu M.K. Experimental cholera in infant rabbits: a method for chemotherapeutic investigation. Brit. J. Pharmacol. 1955, 10:153-9.
10. Dziejman M., Balon E., Boyd D. et al. Comparative genomic analysis of Vibrio cholerae: genes that correlate with cholera endemic and pandemic disease. Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99(3):1556-1561.
11. Finkelstein R.A., Boesman-Finkelstein M., Chang Y. et al. Vibrio cholerae hemagglutinin/protease, colonial variation, virulence, and detachment. Infect.Immun. 1992, 60(2):472-478.
12. Hu D., Liu B., Feng L. et al. Origins of the current seventh cholera pandemic. Proc. Natl. Acad. Sci. 2016, 113(48): E7730-E7739.
13. Heidelberg J.F., Eisen J.A., Nelson W. C. et al. M. DNA sequence of both chromosomes of the cholera pathogen Vibrio cholera. Nature. 2000, 406(6795):477-483.
14. Jermyn W.S., Boyd E.F. Characterization of a novel Vibrio pathogenicity island (VPI-2) encoding neuraminidase (nanH) among toxigenic Vibrio cholerae isolates. Microbiology. 2002, 148:3681-3693.
15. Menzl K., Maier E., Chakraborty T. et al. HlyA hemolysin of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor. Eur. J. Biochem. 1996, 40:646-654.
16. Olivier V., Haines G. K., Tan Y. et al. Hemolysin and the multifunctional autoprocessing RTX toxin are virulence factors during intestinal infection of mice with Vibrio cholerae El Tor O1 strains. Infect. Immun. 2007, 75(10):5035-5042.
17. Pang B., Yan M., Cui Z. et al. Genetic diversity of toxigenic and nontoxigenic Vibrio cholerae serogroups O1 and O139 revealed by array-based comparative genomic hybridization. J. Bacteriol. 2007, 189(13):4837-49.
18. Yemen: Cholera Response Weekly Epidemiological Bulletin: W4 2018. Report from World Health Organization. 28 Jan 2018:1-11.
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2019; : 13-24
Non-toxigenic strains of Vibrio cholerae biovar El Tor, isolated in the territory of Russia: molecular-genetic peculiarities and pathogenic properties
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-2-13-24Abstract
Aim. Comparative analysis of the sequenced on our own effort genomes of non-toxigenic strains with different set of pathogenicity genes and assessment of their virulence on the model of intestinal inoculation of newborn rabbits. Materials and methods. Whole-genome DNA sequencing of 26 strains was carried out using semiconductor sequencing technology. Haemolysin and hemagglutinin-protease production was evaluated applying conventional methods. Virulence of the strains for newborn rabbits was determined through intraluminal inoculation at the dose of 107 CFU/ml. Results. On the basis of whole genome analysis of ctxA-tcpA+ and ctxA-tcpA- non-toxigenic strains, differences in composition and structure stability of mobile elements associated with pathogenicity have been identified. Significant differences in nucleotide sequences of hlyA, hapA, and rtxA genes, encoding production of additional pathogenicity factors, have also been detected. The paper provides the results of assessment of their phylogenetic relations. Experiments on animal models have confirmed the inability of non-toxigenic ctxA-tcpA+ and ctxA-tcpA- strains to cause the development of typical cholera infection. Conclusion. New data on the genome structure of different non-toxigenic strains and their phylogenetic relations have been obtained. Based on the results of inoculation of animal models with cells of non-toxigenic strains with the studied genome the inference is drawn on their inability to cause the development of typical cholera infection.
References
1. Zubkova D.A., Kruglikov V.D., Arkhangel'skaya I.V., Vodop'yanov A.S., Nepomnyashchaya N.B., Vodop'yanov S.O. Geneticheskie osobennosti shtammov kholernykh vibrionov O1 serogruppy stkhA-tcpA+, vydelennykh iz vodnykh ob\"ektov Rossiiskoi Federatsii, okharakterizovannye s pomoshch'yu novoi geoinformatsionnoi sistemy. Zdorov'e naseleniya i sreda obitaniya. 2014, 9:32-34.
2. Mironova L.V. Nauchnoe obosnovanie sovershenstvovaniya podkhodov k identifikatsii i molekulyarnomu tipirovaniyu Vibrio cholerae v sisteme mikrobiologicheskogo monitoringa. Avtoref. diss. dokt. med. nauk. Irkutsk, 2017.
3. Moskvitina E.A., Tyuleneva E.G., Samorodova A.V., Kruglikov V.D., Titova S.V., Ivanova S.M., Kovaleva T.V., Anisimova G.B. Epidemiologicheskaya obstanovka po kholere v mire i Rossii v 2007—2016 gg. Prognoz na 2017 g. Problemy osobo opasnykh infektsii. 2017, 1:13-20.
4. Onishchenko G.G., Lomov Yu.M., Moskvitina E.A., Podosinnikova L.S., Vodyanitskaya S.Yu., Prometnoi V.I., Monakhova E.V., Vodop'yanov S.O., Telesmanich N.R., Dudina N.A. Kholera, obuslovlennaya Vibrio cholerae O1 ctxA tcpA+. Zhurn. mikrobiol. 2007, 1:23-29.
5. Ratnikova L.I., Kuz'mina N.Ya. Sluchai kholery v Chelyabinske. Epidemiol. inf. boleznei. 2002, 2:53-54.
6. Sizova Yu.V. Vliyanie stressovogo vozdeistviya na toksinoproduktsiyu i drugie svoistva kholernykh vibrionov O1 serogruppy. Avtoref. diss. kand. biol. nauk. Saratov, 2017.
7. Smirnova N.I., Kutyrev V.V., Zadnova S.P., Krasnov Ya.M., Goryaev A.A., Lozovskii Yu.V. Geneticheskaya kharakteristika shtammov Vibrio cholerae, zavezennykh na territoriyu Rossiiskoi Federatsii v raznye periody 7 pandemii kholery. Zhurn. mikrobiol. 2011, 3:3-10.
8. Smirnova N.I., Kul'shan' T.A., Baranikhina E.Yu., Krasnov Ya.M., Agafonov D.A., Kutyrev V.V. Struktura genoma i proiskhozhdenie netoksigennykh shtammov Vibrio cholerae biovara El' Tor s razlichnoi epidemiologicheskoi znachimost'yu. Genetika. 2016, 52(9):1029-1041.
9. Dutta N.K., Habbu M.K. Experimental cholera in infant rabbits: a method for chemotherapeutic investigation. Brit. J. Pharmacol. 1955, 10:153-9.
10. Dziejman M., Balon E., Boyd D. et al. Comparative genomic analysis of Vibrio cholerae: genes that correlate with cholera endemic and pandemic disease. Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99(3):1556-1561.
11. Finkelstein R.A., Boesman-Finkelstein M., Chang Y. et al. Vibrio cholerae hemagglutinin/protease, colonial variation, virulence, and detachment. Infect.Immun. 1992, 60(2):472-478.
12. Hu D., Liu B., Feng L. et al. Origins of the current seventh cholera pandemic. Proc. Natl. Acad. Sci. 2016, 113(48): E7730-E7739.
13. Heidelberg J.F., Eisen J.A., Nelson W. C. et al. M. DNA sequence of both chromosomes of the cholera pathogen Vibrio cholera. Nature. 2000, 406(6795):477-483.
14. Jermyn W.S., Boyd E.F. Characterization of a novel Vibrio pathogenicity island (VPI-2) encoding neuraminidase (nanH) among toxigenic Vibrio cholerae isolates. Microbiology. 2002, 148:3681-3693.
15. Menzl K., Maier E., Chakraborty T. et al. HlyA hemolysin of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor. Eur. J. Biochem. 1996, 40:646-654.
16. Olivier V., Haines G. K., Tan Y. et al. Hemolysin and the multifunctional autoprocessing RTX toxin are virulence factors during intestinal infection of mice with Vibrio cholerae El Tor O1 strains. Infect. Immun. 2007, 75(10):5035-5042.
17. Pang B., Yan M., Cui Z. et al. Genetic diversity of toxigenic and nontoxigenic Vibrio cholerae serogroups O1 and O139 revealed by array-based comparative genomic hybridization. J. Bacteriol. 2007, 189(13):4837-49.
18. Yemen: Cholera Response Weekly Epidemiological Bulletin: W4 2018. Report from World Health Organization. 28 Jan 2018:1-11.
