Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020; 97: 556-563
Филогенетический анализ родства штаммов Klebsiella pneumoniae по генам uge и fim
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-6-6Аннотация
Введение. В настоящее время недостаточно данных о том, какова частота встречаемости штаммов Klebsiella pneumoniae с генами факторов вирулентности uge и fim среди женщин и новорожденных, что диктует необходимость проведения исследования распространенности K. pneumoniae (uge+, fim+) и определения степени гетерогенности выделенной популяции бактерий среди детей и взрослых.
Цель исследования — филогенетический анализ генов uge и fim штаммов K. pneumoniae для оценки гетерогенности изучаемой популяции и возможной кластеризации по локусу колонизации, временнóй и территориальной принадлежности.
Материалы и методы. Исследовано 65 штаммов K. pneumoniae, выделенных от 39 новорожденных и 24 женщин из проб фекалий, крови, мочи, последа, отделяемого цервикального канала, зева, шва. Две гемокультуры получены от одного пациента с интервалом в 2 нед, и 2 изолята выделены из отделяемого цервикального канала и шва одной пациентки. Детекцию наличия генов проводили методом полимеразной цепной реакции, нуклеотидные последовательности генов определяли секвенированием по Сэнгеру.
Результаты исследования. Частота встречаемости гена uge составила 53,8%, fim — 23,1%, что свидетельствует о большей распространенности в штаммах гена uge, чем fim (р < 0,001). Проведенный филогенетический анализ 18 нуклеотидных последовательностей гена uge и 4 нуклеотидных последовательностей гена fim показал, что штаммы распределились по 7 и 4 кластерам соответственно. Установлено, что как по гену uge, так и по fim нет четкой кластеризации по временнóй и территориальной принадлежности, возрасту пациента, биологическому материалу.
Обсуждение. Результаты филогенетического анализа демонстрируют генетическую гетерогенность изучаемой популяции K. pneumoniae, что подтверждено широкой географией и временем выявления наиболее генетически близких бактериальных изолятов.
Список литературы
1. Lu B., Lin C., Liu H., Zhang X., Tian Y., Huang Y., et al. Molecular characteristics of Klebsiella pneumoniae isolates from outpatients in sentinel hospitals, Beijing, China, 2010-2019. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020; 10: 85. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00085
2. Mukherjee S., Bhattacharjee A., Naha S., Majumdar T., Debbarma S.K., Kaur H., et al. Molecular characterization of NDM-1producing Klebsiella pneumoniae ST29, ST347, ST1224, and ST2558 causing sepsis in neonates in a tertiary care hospital of North-East India. Infect. Genet. Evol. 2019; 69: 166–75. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2019.01.024
3. Wang B., Pan F., Wang C., Zhao W., Sun Y., Zhang T., et al. Molecular epidemiology of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae in a paediatric hospital in China. Int. J. Infect. Dis. 2020; 93: 311–9. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2020.02.009
4. Сергевнин В.И., Кудрявцева Л.Г., Пегушина О.Г., Волкова Э.О., Решетникова Н.И. Групповая заболеваемость гнойно-септическими инфекциями клебсиеллезной этиологии пациентов кардиохирургического стационара. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020; 19(1): 90–8. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-1-90-98
5. Aslanov B., Lubimova A., Dolgiy A., Pshenichnaya N. Bacteriophages for the control of Klebsiella outbreak in the neonatal intensive care unit. Int. J. Infect. Dis. 2018; 73(5): 295. (in German)
6. Кузьменко С.А., Шмакова М.А., Брусина Е.Б. Факторы риска инфицирования Klebsiella pneumoniae пациентов детских медицинских организаций. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2020; 19(2): 40–7. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-20-2-40-47
7. Дубоделов Д.В., Любасовская Л.А., Шубина Е.С., Мукосей И.С., Коростин Д.О., Кочеткова Т.О. и др. Генетические детерминанты резистентности к β-лактамным антибиотикам госпитальных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных у новорожденных. Генетика. 2016; 52(9): 1097–102. https://doi.org/10.7868/S0016675816090046
8. Козловских Д.Н., Романов С.В., Диконская О.В. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Свердловской области в 2019 году». Екатеринбург; 2020.
9. Shah R.K., Ni Z.H., Sun X.Y., Wang G.Q., Li F. The determination and correlation of various virulence genes, ESBL, serum bactericidal effect and biofilm formation of clinical isolated classical Klebsiella pneumoniae and hypervirulent Klebsiella pneumoniae from respiratory tract infected patients. Pol. J. Microbiol. 2017; 66(4): 501–8. https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.7042
10. Vargas J.M., Moreno Mochi M.P., Nuñez J.M., Cáceres M., Mochi S., Del Campo Moreno R., et al. Virulence factors and clinical patterns of multiple-clone hypermucoviscous KPC-2 producing K. pneumoniae. Heliyon. 2019; 5(6): e01829. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01829
11. Izquierdo L., Coderch N., Piqué N., Bedini E., Corsaro M.M., Merino S., et al. The Klebsiella pneumoniae wabG gene: role in biosynthesis of the core lipopolysaccharide and virulence. J. Bacteriol. 2003; 185(24): 7213–21. https://doi.org/10.1128/jb.185.24.7213-7221.2003
12. Regué M., Hita B., Piqué N., Izquierdo L., Merino S., Fresno S., et al. A gene, uge, is essential for Klebsiella pneumoniae virulence. Infect. Immun. 2004; 72(1): 54–61. https://doi.org/10.1128/iai.72.1.54-61.2004
13. Ikeda M., Mizoguchi M., Oshida Y., Tatsuno K., Saito R., Okazaki M., et al. Clinical and microbiological characteristics and occurrence of Klebsiella pneumoniae infection in Japan. Int. J. Gen. Med. 2018; 11: 293–9. https://doi.org/10.2147/ijgm.s166940
14. Zhang S., Zhang X., Wu Q., Zheng X., Dong G., Fang R., et al. Clinical, microbiological, and molecular epidemiological characteristics of Klebsiella pneumoniae-induced pyogenic liver abscess in southeastern China. Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2019; 8: 166. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0615-2
15. Григорова Е.В., Рычкова Л.В., Иванова Е.И., Немченко У.М., Савелькаева М.В. Детекция генетических детерминант патогенности у штаммов Klebsiella spp., выделенных из кишечного биотопа детей с функциональными гастроинтестинальными расстройствами. Acta Biomedica Scientifica. 2018; 3(5): 60–5. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.9
16. Лев А.И. Молекулярно-генетическая характеристика клинических штаммов Klebsiella pneumoniae: вирулентность и устойчивость к антимикробным препаратам: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. 2018; Оболенск.
17. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1977; 74(12): 5463–7. https://doi.org/10.1073/pnas.74.12.5463
18. Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol. Biol. Evol. 2011; 28(10): 2731–9. https://doi.org/10.1093/molbev/msr121
19. Mataseje L.F., Boyd D.A., Mulvey M.R., Longtin Y. Two hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates producing a bla KPC-2 carbapenemase from a Canadian patient. Antimicrob. Agents Chemother. 2019; 63(7): e00517-19. https://doi.org/10.1128/aac.00517-19
20. Diancourt L., Passet V., Verhoef J., Grimont P.A., Brisse S. Multilocus sequence typing of Klebsiella pneumoniae nosocomial isolates. J. Clin. Microbiol. 2005; 43(8): 4178–82. https://doi.org/10.1128/jcm.43.8.4178-4182.2005
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2020; 97: 556-563
The relatedness of Klebsiella pneumoniae strains based on phylogenetic analysis of uge and fim genes
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-6-6Abstract
Introduction. Currently, there is insufficient data on the prevalence of Klebsiella pneumoniae strains with virulence factors genes uge and fim among women and newborns. This indicates the need for a study of the prevalence of K. pneumoniae (uge+, fim+) and the degree of heterogeneity of the bacterial population isolated from children and adults.
The aim of the study was to perform a phylogenetic analysis of the uge and fim genes of the K. pneumoniae strains.
Materials and methods. Total 65 strains of K. pneumoniae isolated from samples of feces, blood, urine, placenta, cervical canal, pharynx, suture of 39 newborns and 24 women were studied. Two blood cultures were obtained from one patient with an interval of two weeks, and two isolates were obtained from the separated cervical canal and suture of one patient. The presence of genes was detected by PCR, nucleotide sequences of the genes were determined by Sanger sequencing.
Results. The frequency of detection of the uge gene was 53.8% (35 of 65), fim gene — 23.1% (15 of 65), which indicates a higher prevalence of uge gene strains compared to fim (p < 0.001). The phylogenetic analysis of 18 nucleotide sequences of the uge gene and 4 of the fim gene demonstrated that the strains were distributed in 7 and 4 clusters, respectively. It was established that for, there are No clear clustering by time and place of isolation, patient age, and type of biological material was observed for both uge and fim genes.
Discussion. The results of phylogenetic analysis demonstrate the genetic heterogeneity of the studied population of K. pneumoniae, which is confirmed by the wide geography and time variations in detection of the most genetically close bacterial isolates.
References
1. Lu B., Lin C., Liu H., Zhang X., Tian Y., Huang Y., et al. Molecular characteristics of Klebsiella pneumoniae isolates from outpatients in sentinel hospitals, Beijing, China, 2010-2019. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020; 10: 85. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00085
2. Mukherjee S., Bhattacharjee A., Naha S., Majumdar T., Debbarma S.K., Kaur H., et al. Molecular characterization of NDM-1producing Klebsiella pneumoniae ST29, ST347, ST1224, and ST2558 causing sepsis in neonates in a tertiary care hospital of North-East India. Infect. Genet. Evol. 2019; 69: 166–75. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2019.01.024
3. Wang B., Pan F., Wang C., Zhao W., Sun Y., Zhang T., et al. Molecular epidemiology of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae in a paediatric hospital in China. Int. J. Infect. Dis. 2020; 93: 311–9. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2020.02.009
4. Sergevnin V.I., Kudryavtseva L.G., Pegushina O.G., Volkova E.O., Reshetnikova N.I. Gruppovaya zabolevaemost' gnoino-septicheskimi infektsiyami klebsielleznoi etiologii patsientov kardiokhirurgicheskogo statsionara. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika. 2020; 19(1): 90–8. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-1-90-98
5. Aslanov B., Lubimova A., Dolgiy A., Pshenichnaya N. Bacteriophages for the control of Klebsiella outbreak in the neonatal intensive care unit. Int. J. Infect. Dis. 2018; 73(5): 295. (in German)
6. Kuz'menko S.A., Shmakova M.A., Brusina E.B. Faktory riska infitsirovaniya Klebsiella pneumoniae patsientov detskikh meditsinskikh organizatsii. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika. 2020; 19(2): 40–7. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-20-2-40-47
7. Dubodelov D.V., Lyubasovskaya L.A., Shubina E.S., Mukosei I.S., Korostin D.O., Kochetkova T.O. i dr. Geneticheskie determinanty rezistentnosti k β-laktamnym antibiotikam gospital'nykh shtammov Klebsiella pneumoniae, vydelennykh u novorozhdennykh. Genetika. 2016; 52(9): 1097–102. https://doi.org/10.7868/S0016675816090046
8. Kozlovskikh D.N., Romanov S.V., Dikonskaya O.V. Gosudarstvennyi doklad «O sostoyanii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya v Sverdlovskoi oblasti v 2019 godu». Ekaterinburg; 2020.
9. Shah R.K., Ni Z.H., Sun X.Y., Wang G.Q., Li F. The determination and correlation of various virulence genes, ESBL, serum bactericidal effect and biofilm formation of clinical isolated classical Klebsiella pneumoniae and hypervirulent Klebsiella pneumoniae from respiratory tract infected patients. Pol. J. Microbiol. 2017; 66(4): 501–8. https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.7042
10. Vargas J.M., Moreno Mochi M.P., Nuñez J.M., Cáceres M., Mochi S., Del Campo Moreno R., et al. Virulence factors and clinical patterns of multiple-clone hypermucoviscous KPC-2 producing K. pneumoniae. Heliyon. 2019; 5(6): e01829. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01829
11. Izquierdo L., Coderch N., Piqué N., Bedini E., Corsaro M.M., Merino S., et al. The Klebsiella pneumoniae wabG gene: role in biosynthesis of the core lipopolysaccharide and virulence. J. Bacteriol. 2003; 185(24): 7213–21. https://doi.org/10.1128/jb.185.24.7213-7221.2003
12. Regué M., Hita B., Piqué N., Izquierdo L., Merino S., Fresno S., et al. A gene, uge, is essential for Klebsiella pneumoniae virulence. Infect. Immun. 2004; 72(1): 54–61. https://doi.org/10.1128/iai.72.1.54-61.2004
13. Ikeda M., Mizoguchi M., Oshida Y., Tatsuno K., Saito R., Okazaki M., et al. Clinical and microbiological characteristics and occurrence of Klebsiella pneumoniae infection in Japan. Int. J. Gen. Med. 2018; 11: 293–9. https://doi.org/10.2147/ijgm.s166940
14. Zhang S., Zhang X., Wu Q., Zheng X., Dong G., Fang R., et al. Clinical, microbiological, and molecular epidemiological characteristics of Klebsiella pneumoniae-induced pyogenic liver abscess in southeastern China. Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2019; 8: 166. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0615-2
15. Grigorova E.V., Rychkova L.V., Ivanova E.I., Nemchenko U.M., Savel'kaeva M.V. Detektsiya geneticheskikh determinant patogennosti u shtammov Klebsiella spp., vydelennykh iz kishechnogo biotopa detei s funktsional'nymi gastrointestinal'nymi rasstroistvami. Acta Biomedica Scientifica. 2018; 3(5): 60–5. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.5.9
16. Lev A.I. Molekulyarno-geneticheskaya kharakteristika klinicheskikh shtammov Klebsiella pneumoniae: virulentnost' i ustoichivost' k antimikrobnym preparatam: Avtoref. diss. … kand. biol. nauk. 2018; Obolensk.
17. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1977; 74(12): 5463–7. https://doi.org/10.1073/pnas.74.12.5463
18. Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol. Biol. Evol. 2011; 28(10): 2731–9. https://doi.org/10.1093/molbev/msr121
19. Mataseje L.F., Boyd D.A., Mulvey M.R., Longtin Y. Two hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates producing a bla KPC-2 carbapenemase from a Canadian patient. Antimicrob. Agents Chemother. 2019; 63(7): e00517-19. https://doi.org/10.1128/aac.00517-19
20. Diancourt L., Passet V., Verhoef J., Grimont P.A., Brisse S. Multilocus sequence typing of Klebsiella pneumoniae nosocomial isolates. J. Clin. Microbiol. 2005; 43(8): 4178–82. https://doi.org/10.1128/jcm.43.8.4178-4182.2005
