Phylogenetic analysis of the Klebsiella pneumoniae uge gene in local microbiological monitoring

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to evaluate the data of phylogenetically analyzed nucleotide sequences from the K. pneumoniae strain uge genes carried out in the perinatal center. Materials and methods. Fifty-six sequences of the K. pneumoniae uge gene were analyzed. The uge gene was detected by real-time PCR using DT light amplifier (Russia). Results. The rate of K. pneumoniae strains among patients of obstetric and gynecological departments in 2020–2023 averaged 1.4%. In pediatric hospitals, the isolation of K. pneumoniae strains comprised 12–14% in 2020, 2021 and 2023. In 2022, a fourfold decrease in detected K. pneumoniae strains was recorded. Phylogenetic analysis showed that the nucleotide sequences were significantly grouped into 14 clusters. The K. pneumoniae virulence factor uge gene is found in 64.3% cases. The nucleotide sequences allowed to detect heterogeneous K. pneumoniae strain population isolated from patients at the perinatal center from 2019 to 2023 analyzed by the phylogenetic method. There are clusters that combine K. pneumoniae genovariants isolated in 2019 and not replenished with new isolates, which confirms the effectiveness of ongoing anti-epidemic measures, enhanced during COVID-19 spread, excluding the transmission of an infectious agent from a source to a susceptible organism in nosocomial environment. P249Q, N279L amino acid substitutions within the uge gene were determined, which distinguish hypervirulent strains from those with a lower degree of pathogenicity. Out of five mother-child pairs, in four — nucleotide sequences of K. pneumoniae strain uge gene were genetically closer to each other than to other strains isolated from patients of the Medical Departments suggesting about a high degree of their relationship, highly likely indicating that the source of the strain for the child was the paired mother, and not the patients of the departments or the staff of the institution. In one mother-child pair, K. pneumoniae strains belonged to different clusters. The isolate obtained on 09/06/2021 from neonatal faeces (age: 7 days old) was grouped with strains isolated on 12/12/2020 from a patient in the maternity ward and in Laos in 2013 (CP035196). K. pneumoniae isolated on 06/04/2021 from the urine of a woman, was significantly grouped with strains included in cluster 13. Conclusion. An opportunity for improving local microbiological monitoring by sequencing and phylogenetic analysis of K. pneumoniae uge gene has been demonstrated. Assessment of changes in the intraspecies population pattern of HCAI pathogens is necessary for a timely and reasonable response to the deterioration of the epidemiological situation.

About the authors

Alexander V. Ustyuzhanin

Ural Scientific Research Institute of Maternity and Child Care

Author for correspondence.
Email: ust103@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8521-7652

PhD (Medicine), Leading Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

Russian Federation, 620089, Ekaterinburg, Repina str., 1

Guzel N. Chistyakova

Ural Scientific Research Institute of Maternity and Child Care

Email: 7@niiomm.ru
ORCID iD: 0000-0002-0852-6766

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

Russian Federation, 620089, Ekaterinburg, Repina str., 1

Irina I. Remizova

Ural Scientific Research Institute of Maternity and Child Care

Email: remizovaii@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4238-4642

PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

Russian Federation, 620089, Ekaterinburg, Repina str., 1

Anna A. Makhanyok

Ural Scientific Research Institute of Maternity and Child Care

Email: makhanechek@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-2834-6754

Junior Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

Russian Federation, 620089, Ekaterinburg, Repina str., 1

References

  1. Агеевец В.А., Агеевец И.В., Сидоренко С.В. Конвергенция множественной резистентности и гипервирулентности у Klebsiella pneumoniae // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. C. 450–460. [Ageevets V.A., Ageevets I.V., Sidorenko S.V. Convergence of multiple resistance and hypervirulence in Klebsiella pneumoniae. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 450–460. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-COM-1825
  2. Козлова Н.С., Баранцевич Н.Е., Баранцевич Е.П. Чувствительность к антибиотикам штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных в многопрофильном стационаре // Инфекция и иммунитет. 2018. Т. 8, № 1. С. 79–84. [Kozlova N.S., Barantsevich N.E., Barantsevich E.P. Susceptibility to antibiotics in Klebsiella pneumoniae strains isolated in a multidisciplinary medical centre. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2018, vol. 8, no. 1, pp. 79–84. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2018-1-79-84
  3. Краева Л.А., Кунилова Е.С., Бургасова О.А., Хамдулаева Г.Н., Данилова Е.М., Беспалова Г.И. Значение факторов патогенности некоторых видов стрептококков и клебсиелл при определении их этиологической роли в развитии воспалительных процессов респираторного тракта // Инфекция и иммунитет. 2020. Т. 10, № 1. С. 121–128. [Kraeva L.A., Kunilova E.S., Burgasova O.A., Hamdulaeva G.N., Danilova E.M., Bespalova G.I. The importance of pathogenicity factors of some Streptococcus spp. and Klebsiella spp. in determining their etiological role in the inflammatory processes of the respiratory tract. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2020, vol. 10, no. 1, pp. 121–128. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-TIO-1339
  4. Устюжанин А.В., Чистякова Г.Н., Ремизова И.И. Филогенетический анализ родства штаммов Klebsiella pneumoniae по генам uge и fim // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. Т. 97, № 6. С. 556–563. [Ustyuzhanin A.V., Chistyakova G.N., Remizova I.I. The relatedness of Klebsiella pneumoniae strains based on phylogenetic analysis of uge and fim genes. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2020, vol. 97, no. 6, pp. 556–563. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2020-97-6-6
  5. Ballén V., Gabasa Y., Ratia C., Ortega R., Tejero M., Soto S. antibiotic resistance and virulence profiles of Klebsiella pneumoniae strains isolated from different clinical sources. Front. Cell Infect. Microbiol., 2021, vol. 11: 738223. doi: 10.3389/fcimb.2021.738223
  6. Fursova N.K., Astashkin E.I., Gabrielyan N.I., Novikova T.S., Fedyukina G.N., Kubanova M.K., Esenova N.M., Sharapchenko S.O., Volozhantsev N.V. Emergence of five genetic lines ST39[NDM-1, ST13OXA-48, ST3346OXA-48, ST39CTX-M-14, and novel ST3551OXA-48 of multidrug-resistant clinical Klebsiella pneumoniae in Russia. Microb. Drug Resist., 2020, vol. 26, no. 8, pp. 924–933. doi: 10.1089/mdr.2019.0289
  7. Hasani A., Soltani E., Ahangarzadeh Rezaee M., Pirzadeh T., Ahangar Oskouee M., Hasani A., Gholizadeh P., Noie Oskouie A., Binesh E. Serotyping of Klebsiella pneumoniae and its relation with capsule-associated virulence genes, antimicrobial resistance pattern, and clinical infections: a descriptive study in medical practice. Infect. Drug Resist., 2020, vol. 13, pp. 1971–1980. doi: 10.2147/IDR.S243984
  8. Mobasseri G., Thong K.L., Rajasekaram G., Teh C.S.J. Molecular characterization of extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae from a Malaysian hospital. Braz. J. Microbiol., 2020, vol. 51, no. 1, pp. 189–195. doi: 10.1007/s42770-019-00208-w
  9. Nimnoi P., Pongsilp N. Identification, characterization, and virulence gene expression of marine enterobacteria in the upper gulf of Thailand. Microorganisms., 2022, vol. 10, no. 3: 511. doi: 10.3390/microorganisms10030511
  10. Osama D.M., Zaki B.M., Khalaf W.S., Mohamed M.Y.A., Tawfick M.M., Amin H.M. Occurrence and molecular study of hypermucoviscous/hypervirulence trait in gut commensal K. pneumoniae from healthy subjects. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 3: 704. doi: 10.3390/microorganisms11030704
  11. Pruss A., Kwiatkowski P., Masiuk H., Bilska I., Giedrys-Kalemba S., Dołęgowska B. Epidemiological analysis of extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae outbreak in a neonatal clinic in Poland. Antibiotics (Basel), 2022, vol. 12, no. 1: 50. doi: 10.3390/antibiotics12010050
  12. Remya P.A., Shanthi M., Sekar U. Characterisation of virulence genes associated with pathogenicity in Klebsiella pneumoniae. Indian J. Med. Microbiol., 2019, vol. 37, no. 2, pp. 210–218. doi: 10.4103/ijmm.IJMM_19_157
  13. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1977, vol. 74, no. 12, pp. 5463–5467. doi: 10.1073/pnas.74.12.5463
  14. Su S., Zhang J., Zhao Y., Yu L., Wang Y., Wang Y., Bao M., Fu Y., Li C., Zhang X. Outbreak of KPC-2 carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae ST76 and carbapenem-resistant K2 Hypervirulent Klebsiella pneumoniae ST375 strains in Northeast China: molecular and virulent characteristics. BMC Infect. Dis., 2020, vol. 20, no. 1: 472. doi: 10.1186/s12879-020-05143-y
  15. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol., 2013, vol. 30, no. 12, pp. 2725–2729 doi: 10.1093/molbev/mst197.
  16. Tanni A.A., Hasan M.M., Sultana N., Ahmed W., Mannan A. Prevalence and molecular characterization of antibiotic resistance and associated genes in Klebsiella pneumoniae isolates: a clinical observational study in different hospitals in Chattogram, Bangladesh. PLoS One, 2021, vol. 16, no. 9: e0257419. doi: 10.1371/journal.pone.0257419
  17. Vargas J.M., Moreno Mochi M.P., Nuñez J.M., Cáceres M., Mochi S., Del Campo Moreno R., Jure M.A. Virulence factors and clinical patterns of multiple-clone hypermucoviscous KPC-2 producing K. pneumoniae. Heliyon, 2019, vol. 5, no. 6: e01829. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e01829
  18. Xu T., Wu X., Cao H., Pei T., Zhou Y., Yang Y., Yang Z. The characteristics of multilocus sequence typing, virulence genes and drug resistance of Klebsiella pneumoniae isolated from cattle in Northern Jiangsu, China. Animals (Basel), 2022, vol. 12, no. 19: 2627. doi: 10.3390/ani12192627

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure. Phylogenetic tree for K. pneumoniae strain uge gene nucleotide sequences (362 nt)

Download (429KB)

Copyright (c) 2023 Ustyuzhanin A.V., Chistyakova G.N., Remizova I.I., Makhanyok A.A.

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».