Characterization of toxigenic Corynebacterium diphtheriae strains isolated in Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to characterize toxigenic strains of Corynebacterium diphtheriae by examining 12 toxigenic strains of C. diphtheriae isolated in Russia between January, 2017 to June, 2019. The morphological, toxigenic and biochemical properties of C. diphtheriae was studied. Genotyping of C. diphtheriae strains was performed using MLST and dtxR gene sequencing with subsequent phylogenetic analysis. Results. Toxigenic strains of C. diphtheriae were isolated in the Novosibirsk, Samara and Chelyabinsk Regions, the Khanty-Mansi Autonomous Okrug — Yugra as well as the Republic of Northern Ossetia — Alania. Among these strains, 5 were isolated from diphtheria patients (moderate disease found in one case, mild course — remaining patients) and 7 strains were isolated from bacterial carriers. In two cases C. diphtheriae from diphtheria patients were identified as ST25 sequence type, gravis variant; in one case — ST8 type, gravis variant; two cases — ST67 sequence type, mitis variant. In asymptomatic carriers of tox-positive C. diphtheriae strains they belonged to ST25 sequence type, gravis variant — in two cases, ST67 type, mitis variant — in four cases. A sequencing type was not identified in one case. All sequence types were widespread globally being presented by a large number of isolates in the PubMLST and characterized by a substantial amount of derivative sequence types. At the same time, they belonged to different clonal complexes and differed markedly from each other contributing to their reliable difference as assessed by MLST. Study of gene dtxR sequence diversity showed that all allelic variants were typical for the representatives of these sequence types. New alleles of gene dtxR were not revealed in strains examined. It was shown that non-synonymous substitution C440T leading to A147V amino acid substitution was found solely in one allele distributed in ST8, ST185, ST195 and ST451 types suggesting at late mutation. In contrast, the polymorphism C640A resulting in the amino acid substitution L214I was found not only in the same allele, but also in the basal tree branches indicating that isoleucine was in the ancestral sequence of the protein.

About the authors

O. Yu. Borisova

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology; Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Author for correspondence.
Email: olgborisova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6316-5046

Olga Yu. Borisova,  PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections; Professor of the Department of Microbiology and Virology 

125212, Moscow, Admiral Makarov str., 10

Phone: +7 (906) 747-64-84 (office), 8 (916) 147-19-60 (mobile) 

Russian Federation

N. T. Gadua

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: 8nati8@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6247-6176

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

Russian Federation

A. S. Pimenova

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: alenaa_85@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6914-3531

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

Russian Federation

A. V. Chaplin

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology; Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: okolomedik@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1377-7153

PhD (Medicine), Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections; Associate Professor, Department of Microbiology and Virology 

Moscow

Russian Federation

I. A. Chagina

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: skaller84@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2867-9548

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

Russian Federation

Y. N. Urban

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: urbanek@mail.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Clinical Microbiology and Biotechnology 

Moscow

Russian Federation

N. M. Maksimova

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: 4592146@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5057-4318

PhD, MD (Medicine), Head Researcher, Laboratory of Epidemiological Surveillance for Diphtheria and Pertussis 

Moscow

Russian Federation

M. P. Korzhenkova

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: 4592146@mail.ru

PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Epidemiological Surveillance for Diphtheria and Pertussis 

Moscow

Russian Federation

S. S. Afanasiev

G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and Microbiology

Email: afanasievss409.4@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-6497-1795

PhD, MD (Medicine), Head Researcher 

Moscow

Russian Federation

L. I. Kafarskaya

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: likmed@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5488-5786

PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Department of Microbiology and Virology 

Moscow

Russian Federation

M. S. Afanasyev

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: mafa78@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4061-1407

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Clinical Allergology and Immunology 

Moscow

Russian Federation

V. V. Krikun

Nizhnevartovsk District Clinical Children’s Hospital

Email: uodb@odbhmao.ru

Head of the Bacteriological Laboratory 

Nizhnevartovsk

Russian Federation

O. Yu. Yakunina

Center of Hygiene and Epidemiology in Novosibirsk Region

Email: olgacgie@mail.ru

Head of the Bacteriological Laboratory 

Novosibirsk

Russian Federation

References

  1. Борисова О.Ю., Мазурова И.К., Чагина И.А., Пименова А.С., Донских Е.Е., Алешкин В.А. Мультилокусное секвенирование токсигенных штаммов Corynebacterium diphtheriae, выделенных в России в 2002–2012 гг. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2013. № 4. С. 17–23. [Borisova O.Yu., Mazurova I.K., Chagina I.A., Pimenova A.S., Donskikh E.E., Aleshkin V.A. Multilocus sequencing of Corynebacterium diphtheriae strains isolated in Russia in 2002–2012. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2013, no. 4, pp. 17–23. (In Russ.)]
  2. Корженкова М.П. Клиника дифтерии в период высокой и низкой заболеваемости // Вакцинация. Новости вакцинопрофилактики. 2006. Т. 14, № 3. С. 4–6. [Korzhenkova М.P. Clinic of diphtheria in the period of high and low morbidity. Vaktsinatsia. Novosti vaktsinoprofilaktiki = Vaccination. Vaccine Prevention News, 2006, vol. 14, no. 3, pp. 4–6. (In Russ.)]
  3. Корженкова М.П., Малышев Н.А., Максимова Н.М., Маркина С.С., Черкасова В.В., Шестакова О.М., Базарова М.В. Уроки дифтерии // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2011. Т. 42, № 2. С. 30–35. [Korzhenkova М.P., Мalyshev N.А., Маksimova N.М., Маrkina S.S., Cherkasova V.V., Shestakova О.М., Bazarova М.V. The lessons of diphtheria. Biopreparaty. Profilaktika, diagnostika, leсhenie = Biopreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment, 2011, vol. 42, no. 2, pp. 30–35. (In Russ.)]
  4. Максимова Н.М., Якимова Т.Н., Маркина С.С., Яцковский К.А., Адугюзелов С.Э. Дифтерия в России в 21 веке // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2017. Т. 16, № 5 (96). С. 4–15. [Maximova N.M., Yakimova T.N., Markina S.S., Yatskovsky K.A., Aduguzelov S.E. Diphtheria in Russia in the 21st century. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika = Epidemiology and Vaccinal Prevention, 2017, vol. 16, no. 5 (96), pp. 4–15. (In Russ.)] doi: 10.31631/2073-3046-2017-16-5-4-15
  5. Покровский В.И., Онищенко Г.Г., Черкасский Б.Л. Эволюция инфекционных болезней в России в XX веке. Москва: Медицина, 2003. 664 с. [Pokrovsky V.I., Onischenko G.G., Cherkassky B.L. Evolution of infectious diseases in Russia in the ХХth century. Moscow: Medicine, 2003. 664 p. (In Russ.)]
  6. Чагина И.А., Борисова О.Ю., Кафарская Л.И., Афанасьев С.С., Алешкин В.А., Несвижский Ю.В., Афанасьев М.С., Алешкин А.В., Юсуф Е.В., Москвина Т.И., Пономарева Л.И., Караулов А.В. Состав популяции штаммов возбудителя дифтерии, циркулирующих в России // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2016. № 5. С. 50–60. [Chagina I.A., Borisova O.Yu., Kafarskaya L.I., Afanasiev S.S., Aleshkin V.A., Nesvizhsky Yu.V., Afanasiev M.S., Aleshkin A.V., Yusuf E.V., Moskvina T.I., Ponomareva L.I., Karaulov A.V. Composition of population of diphtheria causative agent strains in Russia. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2016, no. 5, pp. 50–60. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2016-5-50-60
  7. Чагина И.А., Переварова Ю.С., Переваров В.В., Чаплин А.В., Борисова О.Ю., Кафарская Л.И., Афанасьев С.С., Алешкин В.А. Полиморфизм гена dtxR у современных штаммов Corynebacterium diphtheriaе // Вестник Российского государственного медицинского университета. 2017. № 1. С. 34–41. [Chagina I.A., Perevarova Yu.S., Perevarov V.V., Chaplin A.V., Borisova O.Yu., Kafarskaia L.I., Afanasiev S.S., Aleshkin V.A. Polymorphism of the dtxR gene in the currently existing strains of Corynebacterium diphtheriae. Vestnik Rossiiskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta = Bulletin of Russian State Medical University, 2017, no. 1, pp. 34–41. (In Russ.)] doi: 10.24075/brsmu.2017-01-03
  8. Якимова Т.Н., Маркина С.С., Максимова Н.М. Эпидситуация по дифтерии в России и в субъектах Российской Федерации с 2005–2011 гг. // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2012. Т. 87, № 5–1. С. 151–154. [Yakimova T.N., Markina S.S., Maksimova N.M. Epidemiological situation of diphtheria in Russia and in the regions of the Russian Federation since 2005 to 2011. Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of East Siberian scientific center of Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences, 2012, vol. 87, no. 5–1, pp. 151–154. (In Russ.)]
  9. Berger A., Meinel D.M., Schaffer A., Ziegler R., Pitteroff J., Konrad R., Sing A. A case of pharyngeal diphtheria in Germany, June 2015. Infection, 2016, vol. 44, no. 5, pp. 673–675. doi: 10.1007/s15010-016-0882-2
  10. Both L., Collins S., de Zoysa A., White J., Mandal S., Efstratiou A. Molecular and epidemiological review of toxigenic diphtheria infections in England between 2007 and 2013. J. Clin. Microbiol., 2015, vol. 53, no. 2, pp. 567–572. doi: 10.1128/JCM.03398-14
  11. Faulkner A., Bozio C.H., Acosta A., Tiwari T.S.P. Diphtheria. In: Manual for the surveillance of vaccine-preventable diseases. CDC. URL: https://www.cdc.gov/vaccines/pubs/surv-manual/chpt01-dip.html (10.08.2019)
  12. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol., 2018, vol. 35, no. 6, pp. 1547–1549. doi: 10.1093/molbev/msy096
  13. Li L., Stoeckert C.J., Roos D.S. OrthoMCL: identification of ortholog groups for eukaryotic genomes. Genome Res., 2003, vol. 13, no. 9, pp. 2178–2189. doi: 10.1101/gr.1224503
  14. Nakao H., Mazurova I.K., Glushkevich T., Popovic T. Analysis of heterogeneity of Corynebacterium diphtheriae toxin gene, tox, and its regulatory element, dtxR, by direct sequencing. Res. Microbiol., 1997, vol. 148, no. 1, pp. 45–54. doi: 10.1016/S0923-2508(97)81899-2
  15. Nascimento M., Sousa A., Ramirez M., Francisco A.P., Carrico J.A., Vaz C. PHYLOViZ 2.0: providing scalable data integration and visualization for multiple phylogenetic inference methods. Bioinformatics, 2017, vol. 33, no. 1, pp. 128–129. doi: 10.1093/bioinformatics/btw582
  16. PAHO, WHO. Epidemiological update: Diphtheria. 15 November 2017. Washington, D.C.: PAHO/WHO, 2017. 2 p.
  17. Skogmar S., Tham J. Severe diphtheria with neurologic and myocardial involvement in a Swedish patient: a case report. BMC Infect. Dis., 2018, vol. 18, no. 1, p. 359. doi: 10.1186/s12879-018-3264-9
  18. WHO. Review of the epidemiology of diphtheria — 2000–2016. URL: https://www.who.int/immunization/sage/meetings/2017/april/presentations_background_docs/en (10.08.2019)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Borisova O.Y., Gadua N.T., Pimenova A.S., Chaplin A.V., Chagina I.A., Urban Y.N., Maksimova N.M., Korzhenkova M.P., Afanasiev S.S., Kafarskaya L.I., Afanasyev M.S., Krikun V.V., Yakunina O.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».