Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020; 97: 113-118
Характеристика штаммов Streptococcus рneumoniae, выделенных от больных инвазивными пневмококковыми инфекциями, с использованием высокопроизводительного секвенирования
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-2-113-118Аннотация
Цель работы - характеристика антигенных и генетических свойств штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными формами пневмококковой инфекции, на основании данных высокопроизводительного секвенирования.
Материалы и методы. Исследовано 46 штаммов S. pneumoniae, выделенных при проведении многоцентровых исследований «ПеГАС» в течение 2015-2018 гг. Секвенирование проводилось с использованием реагентов и оборудования фирмы «Illumina». При обработке данных использовались программы «SPAdes» (Россия), «SeroBA» и «PneumoCaT», а также программные возможности PubMLST.org.
Результаты и обсуждение. Определены полногеномные последовательности штаммов, информация внесена в базу данных PubMLST (id: 51080-51125). У 10 (21%) штаммов найден серотип 3. По 5 (11%) штаммов принадлежали к серотипу 19F и серогруппе 6, из которых у 2 определен серотип 6A, по 1 - 6B и 6BE, у 1 был дискордантный результат (6А или 6BE). У 3 (6,5%) штаммов найден серотип 15B. Двукратно обнаружены серотипы 7F, 8, 9V, 14, 22F, 23F и 28A, однократно - 1, 4, 9N, 10C, 12F, 18C, 35F, 37 и 38. Доля штаммов с серотипами, входящими в состав PCV13, составляет 65%, в состав PPV23 - 80%. У штаммов установлено 36 сиквенс-типов, из которых 6 - впервые. Мультилокусное секвенирование-типирование не позволяет выявить преобладающий сиквенс-тип или определить клональные комплексы, за исключением штаммов серотипа 3. Невозможность обозначить клональные комплексы согласуется с полученными ранее данными об отсутствии выраженной клональной структуры S. pneumoniae, ассоциированных с пневмококковыми менингитами на территории России.
Заключение. С учетом эпидемиологических данных об источниках штаммов и информации о прививочном статусе полученные результаты позволяют оценить эффективность существующих пневмококковых вакцин в отношении инвазивных форм пневмококковых инфекций и предоставляют информацию для расширения возможностей основанных на ПЦР способов серотипирования.
Список литературы
1. Покровский В.И., Творогова М.Г., Шипулин Г.А., ред. Молекулярная диагностика инфекционных болезней. М.: РИПОЛ классик; 2018.
2. 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 (Pt. 11): 3049-60. DOI: http://doi.org/10.1099/00221287-144-11-3049
3. 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. DOI: http://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.14826.1
4. Bentley S.D., Aanensen D.M., Mavroidi A., Saunders D., Rabbinowitsch E., Collins M., et al. Genetic analysis of the capsular biosynthetic locus from all 90 pneumococcal serotypes. PLoS Genet. 2006; 2(3): e31. DOI: http://doi.org/10.1371/journal.pgen.0020031
5. Conventional PCR deduction of 40 pneumococcal serotypes or serogroups. Available at: http://www.cdc.gov/streplab/pcr.html (Accessed 17.02.2020)
6. Pai R., Gertz R.E., Beall B. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of Streptococcus pneumoniae isolates. J. Clin. Microbiol. 2006; 44(1): 124-31. DOI: http://doi.org/10.1128/JCM.44.1.124-131.2006
7. 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.
8. 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): 230-37. DOI: http://doi.org/10.36488/cmac.2019.3.230-237
9. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., et al. SPAdes: A new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5): 455-77. DOI: http://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021
10. 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. DOI: http://doi.org/10.1099/mgen.0.000186
11. 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. DOI: http://doi.org/10.7717/peerj.2477
12. Streptococcus pneumoniae MLST Databases. Available at: https://pubmlst.org/spneumoniae/ (Accessed 17.02.2020)
13. Белошицкий Г.В., Королева И.С., Королева М.А. Серотиповой пейзаж пневмококков, выделенных при пневмококковом менингите в Российской Федерации. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2015; 14(2): 19-25.
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2020; 97: 113-118
Characterization of Streptococcus pneumoniae strains causing invasive infections using whole-genome sequencing
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-2-113-118Abstract
Purpose: antigenic and genetic characterization of Streptococcus pneumoniae strains isolated from patients with invasive forms of pneumococcal infection using whole-genome sequencing.
Materials and Methods. The study was performed on 46 S. pneumoniae strains isolated during the PEHASus multicenter studies in 2015-2018. Sequencing was performed using Illumina protocols and equipment. The SPAdes, SeroBA, PneumoCaT software were used for data processing, as well as BIGSdb software (PubMLST.org).
Results and Discussion. Whole-genome sequences of strains were obtained; the information was entered into the PubMLST database (id: 51080-51125). Ten (21%) strains were found to have serotype 3. Five (11%) strains belonged to serotype 19F and five to serogroup 6; two of them belonged to serotype 6A; one strain had 6B and 1 had 6BE serotype; 1 strain showed discordant result (6A or 6BE). Serotype 15B was identified in 3 (6.5%) strains. Serotypes 7F, 8, 9V, 14, 22F, 23F and 28A were identified in two strains each; serotypes 1, 4, 9N, 10C, 12F, 18C, 35F, 37 and 38 were found once. The proportion of strains with serotypes included in PCV13 and PPV23 vaccines was 65% and 80%, respectively. 36 sequence types were found in strains; out of them, 6 sequence types were found for the first time. A dominant sequence type or clone complexes could not be identified using multilocus sequence typing except for serotype 3 strains. The inability to identify clonal complexes is in congruence with the previously obtained data on the absence of S. pneumoniae clones associated with pneumococcal meningitis in Russia.
Conclusion. The information about serotypes of S. pneumoniae causing invasive infections together with epidemiologic data about strain sources and vaccination allows us to evaluate the effectiveness of pneumococcal vaccines and provide information for improving the PCR-based routine serotyping.
References
1. Pokrovskii V.I., Tvorogova M.G., Shipulin G.A., red. Molekulyarnaya diagnostika infektsionnykh boleznei. M.: RIPOL klassik; 2018.
2. 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 (Pt. 11): 3049-60. DOI: http://doi.org/10.1099/00221287-144-11-3049
3. 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. DOI: http://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.14826.1
4. Bentley S.D., Aanensen D.M., Mavroidi A., Saunders D., Rabbinowitsch E., Collins M., et al. Genetic analysis of the capsular biosynthetic locus from all 90 pneumococcal serotypes. PLoS Genet. 2006; 2(3): e31. DOI: http://doi.org/10.1371/journal.pgen.0020031
5. Conventional PCR deduction of 40 pneumococcal serotypes or serogroups. Available at: http://www.cdc.gov/streplab/pcr.html (Accessed 17.02.2020)
6. Pai R., Gertz R.E., Beall B. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of Streptococcus pneumoniae isolates. J. Clin. Microbiol. 2006; 44(1): 124-31. DOI: http://doi.org/10.1128/JCM.44.1.124-131.2006
7. 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.
8. 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): 230-37. DOI: http://doi.org/10.36488/cmac.2019.3.230-237
9. Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., et al. SPAdes: A new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5): 455-77. DOI: http://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021
10. 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. DOI: http://doi.org/10.1099/mgen.0.000186
11. 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. DOI: http://doi.org/10.7717/peerj.2477
12. Streptococcus pneumoniae MLST Databases. Available at: https://pubmlst.org/spneumoniae/ (Accessed 17.02.2020)
13. Beloshitskii G.V., Koroleva I.S., Koroleva M.A. Serotipovoi peizazh pnevmokokkov, vydelennykh pri pnevmokokkovom meningite v Rossiiskoi Federatsii. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika. 2015; 14(2): 19-25.
