Геномное разнообразие токсигенных штаммов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор, выделенных в период трех волн седьмой пандемии холеры
- Авторы: Смирнова Н.И.1, Рыбальченко Д.А.1, Лозовский Ю.В.1, Краснов Я.М.1, Щелканова Е.Ю.1, Федоров А.В.1, Кутырев В.В.1
-
Учреждения:
- ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
- Выпуск: Том 15, № 1 (2025)
- Страницы: 57-70
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journals.rcsi.science/2220-7619/article/view/292129
- DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-GDO-17701
- ID: 292129
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Высокая вариабельность генома возбудителя седьмой пандемии холеры V. cholerae Эль Тор привела к возникновению различных генетических вариантов, имеющих разный набор измененных генов, кодирующих факторы патогенности и резистентность к антибиотикам. Цель работы — анализ динамики изменения генов патогенности, эпидемичности и лекарственной устойчивости токсигенных штаммов V. cholerae Эль Тор из России и эндемичных по холере регионов, выделенных в период трех волн текущей пандемии, и их филогенетический анализ. Материалы и методы. Использовали нуклеотидные последовательности полных геномов 155 токсигенных штаммов V. cholerae Эль Тор, полученных нами (42 штаммов) и взятых из NCBI GenBank (113 изолятов). Секвенирование ДНК проводили на платформе «Ion PGM» Филогенетические связи штаммов определяли на основе байесовского анализа коровых SNP, полученных с помощью программного пакета Snippy 4.6. Резистентность к антибиотикам оценивали диско-диффузионным методом. Результаты. На основании SNP-анализа установлено деление исследуемых штаммов (1970–2023 гг.) на 3 кластера. Показана четкая корреляция между генотипом штаммов каждого кластера и временным периодом их выделения. Обособление генетически измененных штаммов из кластеров II и III, выделенных в период второй и третьей волн пандемии, от типичных штаммов из кластера I, было связано с приобретением ими новых участков ДНК (гена ctxB1 и разных типов ICE), а также мутациями в генах патогенности и лекарственной устойчивости. Вследствие разного сочетания мутаций штаммы кластера III были генетически неоднородны. Cравнение геномов изучаемых штаммов показало, что их разнообразие значительно возросло в период третьей волны пандемии, что привело к появлению новых геновариантов с повышенным патогенным и эпидемическим потенциалом. Показано, что резистентность к антибиотикам штаммов как из эндемичных регионов, так и из России за последние 30 лет (1993–2023 гг.) претерпела существенные изменения за счет различных мутаций. При этом меняющаяся лекарственная устойчивость вариантов четко коррелировала с возникновением в их геноме мутаций в различных генах патогенности. Заключение. Показано, что на протяжении двух последних десятилетий происходило довольно быстрое изменение генома возбудителя, следствием которого явилось возникновение различных геновариантов. Установлена смена вариантов возбудителя в России. Особую обеспокоенность вызывают штаммы, сочетающие генетические маркеры гипервирулентности и множественной лекарственной устойчивости. Вариабельность генома штаммов из России указывает на необходимость проведения постоянного геномного надзора за ними с целью получения данных об изменении их эпидемически важных свойств для своевременного создания новых средств диагностики и профилактики.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Нина Ивановна Смирнова
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Автор, ответственный за переписку.
Email: rusrapi@microbe.ru
д.б.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории патогенных вибрионов отдела микробиологии
Д. А. Рыбальченко
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
научный сотрудник лаборатории патогенных вибрионов отдела микробиологии
Россия, г. СаратовЮ. В. Лозовский
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
к.м.н., младший научный сотрудник лаборатории патогенных вибрионов отдела микробиологии
Россия, г. СаратовЯ. М. Краснов
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
к.х.н., зав. лабораторией геномного и протеомного анализа отдела микробиологии
Россия, г. СаратовЕ. Ю. Щелканова
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
к.б.н., старший научный сотрудник отдела «Государственная коллекция патогенных бактерий»
Россия, г. СаратовА. В. Федоров
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
младший научный сотрудник лаборатории геномного и протеомного анализа отдела микробиологии
Россия, г. СаратовВ. В. Кутырев
ФКУН Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора
Email: rusrapi@microbe.ru
д.м.н., профессор, академик РАН, директор
Россия, г. СаратовСписок литературы
- Бароян О.В. Холера Эль-Тор. М.: Медицина, 1971. 256 с. [Baroyan O.V. Cholera Biovar El Tor. Moscow: Meditsina, 1971. 256 p. (In Russ.)]
- Водопьянов С.О., Водопьянов А.С., Олейников И.П., Титова С.В. Распространенность ICE элементов различных типов у V. cholerae // Здоровье населения и среда обитания — ЗНиСО. 2018. № 1. C. 33–35. [Vodop’yanov S.O., Vodop’yanov A.S., Oleynikov I.P., Titova S.V. Prevalence of ice elements of different types in V. cholerae. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya — ZNiSO = Public Health and Life Environment — PH&LE, 2018, no. 1, pp. 33–35. (In Russ.)]
- Кологоров А.И., Кедрова О.В., Пахомов Д.А., Пискунова Н.В., Ковтунов А.И., Васенин А.С., Кабин В.В., Илюхин А.А., Грачева И.В., Раздорский А.С., Сафронов В.А. Закономерности распространения холеры в бассейне Волги в 1970–1973 гг. // Проблемы особо опасных инфекций. 2010. № 104. C. 22–27. [Kologorov A.I., Kedrova O.V., Pakhomov D.A., Piskunova N.V., Kovtunov A.I., Vasenin A.S., Kabin V.V., Ilyukhin A.A., Gracheva I.V., Razdorskiy A.S., Safronov V.A. Regularities of Cholera Spread in the Volga Basin in 1970-1973. Problemy osobo opasnykh infektsiy = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2010, no. 104, pp. 22–27. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2010-2(104)-22-27
- Монахова Е.В., Ghosh A., Mutreja A., Weill F., Ramamurthy T. Эндемичная холера в Индии и завозная холера в России: что общего? // Проблемы особо опасных инфекций. 2020. № 3. C. 17–26. [Monakhova E.V., Ghosh A., Mutreja A., Weill F., Ramamurthy T. Endemic cholera in india and imported cholera in Russia: what is common? Problemy osobo opasnykh infektsiy = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2020, no. 3, pp. 17–26. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2020-3-17-26
- Онищенко Г.Г., Москвитина Э.А., Кругликов В.Д., Титова С.В., Адаменко О.Л., Водопьянов А.С., Водопьянов С.О. Эпидемиологический надзор за холерой в России в период седьмой пандемии // Вестник Российской академии медицинских наук. 2015. Т. 70, № 2. C. 249–256. [Onishchenko G.G., Moskvitina E.A., Kruglikov V.D., Titov S.V., Adamenko O.L., Vodop’yanov A.S., Vodop’yanov S.O. Surveillance of cholera In Russia during the seventh pandemic. Vestnik Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk = Herald of the Russian Academy of Sciences, 2015, vol. 70, no. 2, pp. 249–256. (In Russ.)] doi: 10.15690/vramn.v70i2.1320.
- Попова А.Ю., Носков А.К., Ежлова Е.Б., Кругликов В.Д., Монахова Е.В., Чемисова О.С., Лопатин А.А., Иванова С.М., Подойницына О.А., Водопьянов А.С., Левченко Д.А., Савина И.В. Эпидемиологическая ситуация по холере в Российской Федерации в 2023 г. и прогноз на 2024 г. // Проблемы особо опасных инфекций. 2024. № 1. C. 76–88. [Popova A.Yu., Noskov A.K., Ezhlova E.B., Kruglikov V.D., Monakhova E.V., Chemisova O.S., Lopatin A.A., Ivanova S.M., Podoynitsyna O.A., Vodop’yanov A.S., Levchenko D.A., Savina I.V. Epidemiological situation on cholera in the Russian Federation in 2023 and forecast for 2024. Problemy osobo opasnykh infektsiy = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2024, no. 1, pp. 76–88. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2024-1-76-88
- Рыбальченко Д.А., Щелканова Е.Ю., Лозовский Ю.В., Федоров А.В., Смирнова Н.И. Распространенность разных типов интегративного конъюгативного элемента SXT/R391, кодирующего множественную резистентность к антибиотикам, среди клинических штаммов возбудителя холеры // Проблемы особо опасных инфекций. 2022. № 1. C. 137–147. [Rybal’chenko D.A., Shchelkanova E.Yu., Lozovsky Yu.V., Fedorov A.V., Smirnova N.I. Prevalence of different types of integrative conjugative element SXT/R391 encoding multiple antibiotic resistance among clinical strains of cholera agent. Problemy osobo opasnykh infektsiy = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2022, no. 1, pp. 137–147. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2022-1-137-147
- Рыбальченко Д.А., Лозовский Ю.В., Краснов Я.М., Щелканова Е.Ю., Смирнова Н.И. Молекулярно-генетический анализ штаммов Vibrio cholerae O1 Эль-Тор, выявленных на территории России в 2023 г. // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2024. Т. 42, № 1. C. 34–42. [Rybal’chenko D.A., Lozovsky Yu.V., Krasnov Ya.M., Shchelkanova E.Yu., Smirnova N.I. Molecular-Genetic Analysis of Vibrio cholerae O1 El Tor Strains Identified In Russia in 2023. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya = Molecular Genetics, Microbiology and Virology, 2024, vol. 42, no. 1, pp. 34–42. (In Russ.)] doi: 10.17116/molgen20244201134.
- Савельев В.Н., Савельева И.В., Васильева О.В., Бабенышев Б.В., Ковалев Д.А., Грижебовский Г.М., Антоненко А.Д., Курбанов Ш.Х., Бутаев Т.М., Куличенко А.Н. Эволюция Vibrio cholerae eltor и обнаружение их генотипических вариантов на Кавказе // Проблемы особо опасных инфекций. 2012. Т. 4, № 114. C. 58–60. [Savel’ev V.N., Savel’eva I.V., Vasil’eva O.V., Babenyshev B.V., Kovalev D.A., Grizhebovsky G.M., Antonenko A.D., Kurbanov Sh.Kh., Butaev T.M., Kulichenko A.N. Evolution of Vibrio cholerae El Tor and detection of their gene-variants in the Caucasus. Problemy osobo opasnykh infektsiy = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2012, vol. 4, no. 114, pp. 58–60. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2012-4-58-60
- Смирнова Н.И., Заднова С.П., Шашкова А.В., Кутырев В.В. Вариабельность генома измененных вариантов Vibrio cholerae биовара Эль Тор, завезенных на территорию России в современный период // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2011. Т. 26, № 3. C. 102–110. [Smirnova N.I., Zadnova S.P., Shashkova A.V., Kutyrev V.V. Genome variability in the altered variants of Vibrio cholerae biovar El Tor isolated In Russia. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya = Molecular Genetics, Microbiology and Virology, 2011, vol. 26, no. 3, pp. 102–110. (In Russ.)] doi: 10.3103/S0891416811030062
- Смирнова Н.И., Рыбальченко Д.А., Плеханов Н.А., Лозовский Ю.В., Федоров А.В., Кутырев В.В. Новые генетические варианты возбудителя холеры и их распространение в эндемичных странах и России // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2023. Т. 41, № 1. C. 10–17. [Smirnova N.I., Rybal’chenko D.A., Plekhanov N.A., Lozovsky Yu.V., Fedorov A.V., Kutyrev V.V. New genetic variants of cholera agent and their distribution in epidemic countries and Russia. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya = Molecular Genetics, Microbiology and Virology, 2023, vol. 41, no. 1, pp. 10–17. (In Russ.)] doi: 10.17116/molgen20234101110
- Bhandari M., Jennison A.V., Rathnayake I.U., Huygens F. Evolution, distribution and genetics of atypical Vibrio cholerae — a review. Infect. Genet. Evol., 2021, vol. 89: 104726. doi: 10.1016/j.meegid.2021.104726
- Chaguza C., Chibwe I., Chaima D., Musicha P., Ndeketa L., Kasambara W., Mhango C., Mseka U.L., Bitilinyu-Bangoh J., Mvula B., Kipandula W., Bonongwe P., Munthali R.J., Ngwira S., Mwendera C.A., Kalizang’oma A., Jambo K.C., Kambalame D., Kamng’ona A.W., Steele D., Chauma-Mwale A., Hungerford D., Kagoli M., Nyaga M.M., Dube Q., French N., Msefula C.L., Cunliffe N.A., Jere K.C. Genomic insights into the 2022–2023 Vibrio cholerae outbreak in Malawi. Nat. Commun., 2024, vol. 15, no. 1: 6291. doi: 10.1038/s41467-024-50484-w
- Dolores J., Satchell K.J. Analysis of Vibrio cholerae genome sequences reveals unique rtxA variants in environmental strains and an rtxA-null mutation in recent altered El Tor isolates. mBio, 2013, vol. 4, no. 2, pp. 1–9. doi: 10.1128/mBio.00624-12
- Dziejman M., Balon E., Boyd D., Fraser C.M., Heidelberg J.F., Mekalanos J.J. Comparative genomic analysis of Vibrio cholerae: genes that correlate with cholera endemic and pandemic disease. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2002, vol. 9, no. 3, pp. 1556–1561. doi: 10.3410/f.1004686.53905
- Gladkikh A.S., Feranchuk S.I., Ponomareva A.S., Bochalgin N.O., Mironova L.V. Antibiotic resistance in Vibrio cholerae El Tor strains isolated during cholera complications in Siberia and the Far East of Russia. Infect. Genet. Evol., 2020, vol. 78: 104096. doi: 10.1016/j.meegid.2019.104096
- Kim H.B., Wang M., Ahmed S., Park C.H., LaRocque C.R., Faruque A.S., Salam M.A., Khan W.A., Qadri F., Calderwood S.B., Jacoby G.A., Hooper D.C. Transferable Quinolone Resistance in Vibrio cholerae. Antimicrob. Agents Chemother., 2010, vol. 54, pp. 799–803. doi: 10.1128/AAC.01045-09
- Mironova L.V., Gladkikh A.S., Ponomareva A.S., Feranchuk S.I., Bochalgin N.О., Basov E.A., Khunkheeva Yu.Z., Balakhonov S.V. Comparative genomics of Vibrio cholerae El Tor strains isolated at epidemic complications in Siberia and at the Far East. Infect. Genet. Evol., 2018, vol. 60, pp. 80–88. doi: 10.1016/j.meegid.2018.02.023
- Mutreja A., Kim D.W., Thomson N., Connor T.R., Lee J.H., Kariuki S., Croucher N.J., Choi S.Y., Harris S.R., Lebens M., Niyogi S.K., Kim E.J., Ramamurthy T., Chun J., Wood J.L., Clemens J.D., Czerkinsky C., Nair G.B., Holmgren J., Parkhill J., Dougan G. Evidence for multiple waves of global transmission within the seventh cholera pandemic. Nature, 2011, vol. 477, pp. 462–465. doi: 10.1038/nature10392
- Nair G.B., Faruque S.M., Bhuiyan N.A., Kamruzzaman M., Siddique A.K., Sack D.A. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor with attributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diarrhea in Bangladesh. J. Clin. Microbiol., 2002, vol. 40, no. 9, pp. 3296–3299. doi: 10.1128/JCM.40.9.3296-3299.2002
- Pant A., Das B., Bhadra R.K. CTX phage of Vibrio cholerae: genomics and applications. Vaccine, 2020, vol. 29, no. 38, suppl. 1: A7-A12. doi: 10.1016/j.vaccine.2019.06.034
- Reimer A.R., Domselaar G.V., Stroika S., Walker M., Kent H., Tarr C., Talkington D., Rowe L., Olsen-Rasmussen M., Frace M., Sammons S., Dahourou G.A., Boncy J., Smith A.M., Mabon P., Petkau A., Graham M., Gilmour M.W., Gerner-Smidt P. Comparative Genomics of Vibrio cholerae from Haiti, Asia, and Africa. Emerg. Infect. Dis., 2011, vol. 17, no. 11, pp. 2113–2121. doi: 10.3201/eid1711.110794
- Safa A., Nair G.B., Kong R.Y. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol., 2010, vol. 18, pp. 46–54. doi: 10.1016/j.tim.2009.10.003
- Samanta P., Mandal R.S., Saha R.N. Shaw S., Ghosh P., Dutta S., Ghosh A., Imamura D., Morita M., Ohnishi M., Ramamurthy T., Mukhopadhyay A.K. A point mutation in carR is involved in the emergence of polymyxin B-sensitive Vibrio cholerae O1 El Tor biotype by influencing gene transcription. Infect. Immun., 2020, vol. 88, no. 5: e00080-20. doi: 10.1128/IAI.00080-20
- Spagnoletti M., Ceccarelli D., Rieux A., Fondi M., Taviani E., Fani R., Colombo M.M., Colwell R.R., Balloux F. Acquisition and evolution of SXT-R391 integrative conjugative elements in the seventh-pandemic Vibrio cholerae lineage. mBio, 2014, vol. 5, no. 4: e01356-14. doi: 10.1128/mBio.01356-14
- Talkington D., Bopp C., Tarr C., Parsons M.B., Dahour G., Freeman M., Joyce K., Turnsek M., Garrett N., Humphrys M., Gomez G., Stroika S., Boncy J., Ochieng B., Oundo J., Klena J., Smith A., Keddy K., Gerner-Smidt P. Characterization of toxigenic Vibrio cholerae from Haiti, 2010—2011. Emerg. Infect. Dis., 2011, vol. 17, no. 11, pp. 2122–2129. doi: 10.3201/eid1711.110805
- Taviani E., Grim C.J., Choi J., Chun J., Haley B., Hasan N.A., Huq A., Colwell R.R. Discovery of novel Vibrio cholerae VSP-II genomic islands using comparative genomic analysis. FEMS Microbiol. Lett., 2010, vol. 308, pp. 130–137. doi: 10.1111/j.1574-6968.2010.02008.x
- Weill F.X., Domman D., Njamkepo E., Tarr C., Rauzier J., Fawal N., Keddy K.H., Salje H., Moore S., Mukhopadhyay A.K., Bercion R., Luquero F.J., Ngandjio A., Dosso M., Monakhova E., Garin B., Bouchier C., Pazzani C., Mutreja A., Grunow R., Sidikou F., Bonte L., Breurec S., Damian M., Njanpop-Lafourcade B.M., Sapriel G., Page A.L., Hamze M., Henkens M., Chowdhury G., Mengel M., Koeck J.L., Fournier J.M., Dougan G., Grimont P.A.D., Parkhill J., Holt K.E., Piarroux R., Ramamurthy T., Quilici M.L., Thomson N.R. Genomic history of the seventh pandemic of cholera in Africa. Science, 2017, vol. 358, no. 6364, pp. 785–789. doi: 10.1126/science.aad5901
Дополнительные файлы
