CC BY-ND
12
44
ЗНиСО ДШШ N42 (297)
УДК 579.843.1: 575.25: 579.26: (470.62)
АНАЛИЗ ДАННЫХ ГЕНОТИПИРОВАНИЯ V. CHOLERAE О1 EL TOR, ИЗ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ С 1990 ПО 2016 ГОД
Д.А. Левченко, В.Д. Кругликов, И.В. Архангельская, М.И. Ежова, Н.Б. Непомнящая
ФКУЗ «Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора»,
Ростов-на-Дону, Россия
Штаммы V. cholerae, выделенные из водоемов на территории Краснодарского края с 1990 по 2016 год, по результатам ПЦР-типирования (по 14 генам) принадлежали к различным генотипам (A-H), различающимся между собой по наличию/отсутствию от 2 до 6 генов. Наибольшее количество штаммов относилось к генотипу H (98 штаммов). С помощью геоинформационной системы (ГИС) наглядно проанализирована пространственная и временная динамика выделения штаммов холерных вибрионов на территории Краснодарского края, установлена возможность циркуляции нетоксигенных штаммов в некоторых водоемах южных широт на протяжении нескольких лет, с последующей сменой генотипа, в результате делеций в их геноме. Полученные данные расширяют представление о персистентном потенциале популяции атоксигенных штаммов V. molerae в поверхностных водоемах на изучаемой территории.
Ключевые слова: геоинформационная система, холерные вибрионы О1/О139 серогрупп, объекты окружающей среды, фенотип, генотип.
D.A. Levchenko, V.D. Kruglikov, I.V. Arkhangelskaya, M.I. Ezhova, N.B. Nepomnyashchaya □ ANALYSIS OF GENOTYPING DATA OF V. CHOLERAE О1 EL TOR STRAINS ISOLATED FROM AQUATIC ECOSYSTEMS IN THE KRASNODAR TERRITORY FROM 1990 TO 2016 □ Rostov-on-Don Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor, Rostov-on-Don, Russia.
Based on the results of PCR-typing (targeting 14 genes), it was found that V. cholerae strains isolated from water bodies in the Krasnodar territory from 1990 to 2016 belonged to various genotypes (A-H) which differed by the presence/absence of 2-6 genes. For the most part strains belonged to H genotype (98 strains). The use of geoinformational system (GIS) made it possible to efficiently analyze spatial and temporal dynamics of V. cholerae isolation in the Krasnodar territory, reveal the possibility of non-toxigenic strains circulation in some water bodies of southern latitudes within the period of several years, with subsequent genotype change due to deletions in strain genome. The data obtained expand our knowledge of the persistent potential of atoxigenic V. ^olerae population in surface water bodies on the investigated territory.
Key words: geoinformational system, Vibrio cholerae О1, О139, environmental objects, phenotypes, genotypes.
Ежегодное выделение атоксигенных штаммов холерных вибрионов из объектов окружающей среды на различных территориях Российской Федерации в период VII пандемии холеры указывает на необходимость выявления потенциальных и реальных рисков контаминации холерными вибрионами О1/О139 серогрупп водных объектов и их устранения. У вибрионов Эль-Тор выработались приспособительные механизмы, способствующие разным срокам существования популяции в различных климатогеографических условиях [4]. Стоит отметить, что на территории Российской Федерации существуют водные экосистемы, из которых культуры холерных вибрионов выделяются на протяжении более 1 месяца (Краснодарский край, р. Агура) [3, 6]. Изучение атоксигенных культур с помощью различных молекулярно-генетических методов обладает разной дискриминирующей силой и позволяет сравнивать разные популяции холерных вибрионов [5]. В настоящее время существует много молекулярно-биологических методов для выявления различий. Ранее нами было показано, что изучение атоксигенных штаммов холерных вибрионов в ПЦР по 14 генам позволяет выявить различие с высокой дискриминирующей силой, а также объединить культуры V. ско1егае в генотипы и определить общность их происхождения [1].
Цель исследования - анализ при помощи геоинформационной системы (ГИС) «Холера 1989-2014» информации о схожести и различии штаммов V. ско1етае О1 Эль-Тор, изолированных из водных экосистем на территории Краснодарского края с 1990 по 2015 год.
Материалы и методы. В работе использовано 113 атоксигенных штаммов холерных вибрионов О1 серогруппы, выделенных с 1990 по 2016 год на территории Краснодарского края и отобранных по введенным заданным параметрам для изучения их сходства и различия с помощью ГИС «Холера 1989-2014» [2], интегрированной в геоинформационный портал ФКУЗ «Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора».
ПЦР-генотипирование исследуемых штаммов проводили по набору 14 генов: rstA, rtxC, ACD-rtxA, VPI (tepA), VPI-2 (int, nanH, vce), mshA, stn|sto, T3SS (vcsN2, vspD), T6SS (vasK, vgrG1, vgrG3). Дискриминационную (разделение по признаку) способность исследуемого набора генов определяли по формуле Симпсо-на (Struelens M.J., Bauernfeind A., van Belkum A., 1996) [1].
Результаты исследования. Данные ГИС, полученные по введенным заданным параметрам, показали, что на разных территориях Российской Федерации в период с 1990 по 2016 год всего было выделено и идентифицировано 1 138 штаммов холерных вибрионов, включая изолированные в этот же период на территории Краснодарского края - 113 атоксигенных штаммов холерных вибрионов О1 (табл. 1). Все изолированные культуры V. cholerae О1 были типичны по культурально-морфологическим, биохимическим и серологическим свойствам, из них к серовару Огава принадлежали 8 штаммов (7,1 % от общего количества), к се] вару Инаба - 105 (92,9 %).
серо-
декабрь n»I2 (297) ЗНиСО
45
Таблица 1. ПЦР-характеристика штаммов V. cholerae O1 El-Tor по 14 генам, выделенных на территории Краснодарского края с 1990 по 2016 год
« я я RS1, RS2 VPI VPI2 RTX T6SS T3SS Кол-во штаммов
№ п/п Генотип Объект ц е 3 м я о и rstA tcpA elt Is nan H e c > rtxC acd-rtxA acd-vgrG1 pbd-vgrG3 vasK 2 г c v vspD mshA stn/sto
1 A р. Бзугу 1996 - - + + + + + + + + - - - - 1
2 B Черное море, пляж санатория «Фрунзе» 1996 — - + + - + + - + + - - - - 1
3 C р. Ея 2002 - - + - - + + - + + - - + - 1
4 D Черное море, пляж санатория им. Кирова 1991 1
5 Черное море, пляж санатория «Сочи» 1990 1
6 1996 - - - + - + + - + + - - - - 1
7 Азовское море, Ейский лиман 2001 1
8 E Азовское море, лиман на Суджукской косе 2013 - + + + + - - - + + + + - 1
9 F р. Мацеста 2001 1
10 2007 + + - + + + + - - 1
11 1993 1
12 G р. Агура 1999 1
13 2007 - - + + - + + + + + - - + - 3
14 H 2015 - - + + - + + + - 98
Всего 113
Штаммы холерных вибрионов 01 серогруп-пы были изолированы из речной воды: реки Бзугу (1996 г.), Ея (2002 г.), Мацеста (2001, 2007 гг.), Агура (1993, 1999, 2007, 2015 гг.), а также морской воды: Черное море, пляж санатория «Фрунзе» (1996 г.); пляж санатория им. Кирова (1991 г.); санатория «Сочи» (1990, 1996 гг.); Азовское море, Ейский лиман (2001 г.); Азовское море, лиман на Суджукской косе (2013 г.); в 2016 г. штаммов выделено не было (табл. 1).
Нами была разработана экспериментальная программа, определяющая целесообразность определения наличия/отсутствия различных генов и их комбинаций для генотипирования, что позволило выделить штаммы с разными генотипами среди одинаковых по фенотипическому признаку.
В результате установлено, что при исследовании 113 штаммов по 39 генам было выявлено 9 генотипов с дискриминационной силой (D) = 0,965, а по 14 генам - 8 генотипов с D = 0,964.
По данным анализа ПЦР-генотипирования по 14 генам, культуры V. cholerae, выделенные на территории Краснодарского края с 1990 по 2016 год, принадлежали к различным генотипам (A-H), различающимся между собой по наличию/отсутствию от 2 до 6 генов. Наибольшее количество штаммов относилось к генотипу H (98 штаммов). Установлено, что штаммы с генотипом Н не содержали генов профагов CTX и RS1, RS2, а также генов острова патогенности VPI, генов T3SS, T6SS, генов термостабильного токсина stn/sto, vce, но содержали гены острова патогенности VPI-2 (int, nanH), а также ген маннозо-чувствительных пилей, адгезии.
При анализе пространственной и временной динамики выделения штаммов холерных вибрионов с определенным генотипом на территории Краснодарского края установлено, что культуры, принадлежащие к генотипу Б, выделялись из воды Черного моря в 1990, 1991 и 1996 гг., из воды Азовского моря - к генотипу Е (2001, 2013 гг.), обнаруженные в реках: Мацеста - к генотипу Б (2001 и 2007 гг.), Агура - к генотипу О (1993, 1999 и 2007 гг.), а также установлено появление штаммов с новым генотипом, ранее не встречавшимся на территории Краснодарского края, - Н (2015 г.) (табл. 2).
Таблица 2. Распределение генотипов холерных вибрионов О1 серогруппы по водоемам на территории Краснодарского края (1990-2016 гг.)
№ п/п Объект Год Гено тип
1 река Бзугу 1996 A
2 Черное море, пляж санатория «Фрунзе» 1996 B
3 река Ея 2002 C
4 Черное море, пляж санатория им. Кирова 1991 D
5 Черное море, пляж санатория «Сочи» 1990 D
6 Черное море, пляж санатория «Сочи» 1996 D
7 Азовское море, Ейский лиман 2001 E
8 Азовское море, лиман на Суджукской косе 2013 E
9 река Мацеста 2001 F
10 река Мацеста 2007 F
11 река Агура 1993 G
12 река Агура 1999 G
13 река Агура 2007 G
14 река Агура 2015 H
Выводы. Исходя из вышеуказанных данных можно ориентировочно предположить
46
ЗНиСО ДШШ №12 (297)
возможность переживания штаммов холерных вибрионов О1 серогруппы на протяжении нескольких лет в водоемах южных широт с последующей сменой генотипа. Так, например, штаммы, выделенные из реки Агура с 1993 по 2007 год, отличались от штаммов, выделенных из этого же водоема в 2015 году, утратой генов шестой транспортной системы T6SS.
Такую смену генотипа (утрата/приобретение генов персистенции) можно объяснить необходимостью популяции холерных вибрионов О1 приспосабливаться к условиям окружающей среды.
С помощью ГИС наглядно проанализирована пространственная и временная динамика выделения штаммов холерных вибрионов на территории Краснодарского края. Полученные данные расширяют представление о персистент-ном потенциале атоксигенных штаммов V. ^o-lerae в поверхностных водоемах на изучаемой территории, что может быть связано со сменой генотипа в результате делеций в их геноме.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубкова Д.А. и др. Использование новой ГИС для ретроспективного и оперативного анализа свойств холерных вибрионов О1, выделенных из объектов окружающей среды на территории России / Д.А. Зубкова,
A.С. Водопьянов, И.В. Архангельская, В.Д. Кругликов, Н.Б. Непомнящая // Холера и патогенные для человека вибрионы: Материалы совещания специалистов Рос-потребнадзора. 2014. № 27. С. 47-50.
2. Зубкова Д. А. и др. Свидетельство о государственной регистрации баз данных № 2010620040. Холера 19892014 / Д.А. Зубкова, В.Д. Кругликов, А.С. Водопьянов, Н.Б. Непомнящая [и др.]. 2014.
3. Левченко Д.А. и др. Анализ пространственной и временной динамики выделения штаммов холерных вибрионов на территории Краснодарского края с 1990 по 2015 год / Д.А. Левченко, И.В. Архангельская,
B.Д. Кругликов, Н.Б. Непомнящая, А.С. Водопьянов [и др.] // Холера и патогенные для человека вибрионы: Материалы совещания специалистов Роспотребнадзо-ра. 2016. № 29. С. 61-65.
4. Онищенко Г.Г. и др. Актуальные проблемы эпидемиологического надзора, лабораторной диагностики и профилактики холеры в Российской Федерации / Г.Г. Онищенко, А.Ю. Попова, В.В. Кутырев, Н.И. Смирнова [и др.] // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии 2016. № 1. С. 89-101.
5. Титова С.В. и др. Природные популяции холерных вибрионов как резервуар генов факторов патогенности / С.В. Титова, Е.В. Монахова, И.В. Архангельская, Р.В. Писанов, Н.Б. Непомнящая // Здоровье населения и среда обитания. 2016. № 5 (278). С. 45-47.
6. Титова С. В. и др. Холера: оценка эпидемиологической обстановки в мире и России в 2006-2015 гг. Прогноз на 2016 г. / С.В. Титова, Э.А. Москвитина, В.Д. Круг-
ликов, А.В. Самородова [и др.] // Проблемы особо ^ опасных инфекций. 2016. № 1. С. 20-27. ^
REFERENCES °
1. Zubkova D.A., Vodop'janov A.S., Arkhangel'skaja I.V., ^^ Kruglikov V.D., Nepomnjashchaja N.B. Ispol'zovanie no- ¡^^ voj GIS dlja retrospektivnogo i operativnogo analiza —[• svojstv cholernykh vibrionov O1, vydelennyh iz objektov ^^ okruzhaj ushchej sredy na territorii Rossii [The use of the
new GIS for both historical and operational analysis of properties of Vibrio cholerae O1 isolated from environmental objects on the territory of Russia]. Cholera i pato-gennyye dlya cheloveka vibriony: Materialy soveshchaniya spetsialistov Rospotrebnadzora, 2014, no. 27, pp. 47-50. (In Russian)
2. Zubkova D.A., Kruglikov V.D., Vodop'janov A.S., Nepomnjashchaja N.B., Shestialtynova I.S., Arkhangel'skaja I.V., Ezhova M.I., Uskova N.N. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registratsii baz dannykh № 2010620040. Cholera 19892014. 2014. (In Russian)
3. Levchenko D.A., Arhangel'skaja I.V., Kruglikov V.D., Ne-pomnjashhaja N.B., Vodop'janov A.S. Analiz prostranst-vennoj i vremennoj dinamiki vydelenija shtammov chol-ernykh vibrionov na territorii Krasnodarskogo kraja s 1990 po 2015g. [Analysis of the spatial and temporal dynamics of the allocation of strains of Vibrio cholerae on the territory of Krasnodar region from 1990 to 2015]. Cholera i pa-togennyye dlya cheloveka vibriony: Materialy soveshcha-niya spetsialistov Rospotrebnadzora. 2016, no. 29, pp. 6165. (In Russian)
4. Onishhenko G.G., Popova A.Ju., Kutyrev V.V, Smirnova N.I., Shherbakova S.A., Moskvitina Je.A., Titova S.V. Ak-tual'nye problemy epidemiologicheskogo nadzora, labora-tornoj diagnostiki i profilaktiki cholery v Rossijskoj Fed-eratsii [Actual problems of epidemiological surveillance, laboratory diagnosis and prevention of cholera in the Russian Federation]. Zhurnal mikrobiologii. epidemiologii i immunobiologii. 2016, no.1, pp. 89-101. (In Russian)
5. Titova S.V., Monahova E.V., Arhangel'skaja I.V., Pisanov R.V., Nepomnjashhaja N.B. Prirodnye populjatsii chol-ernykh vibrionov kak rezervuar genov faktorov patogen-nosti [Natural populations of V. cholerae as a reservoir of genes of virulence factors]. Zdorov'e naselenija i sreda obitanija, 2016, no.5 (278), pp. 45-47. (In Russian)
6. Titova S.V., Moskvitina Je.A., Kruglikov V.D., Samoro-dova A.V., Tjuleneva E.G., Monahova E.V., Pisanov R.V., Vodop'janov A.S., Arhangel'skaja I.V., Ivanova S.M., Kovaleva T.V., Vodop'janov S.O. Cholera: otsenka epide-miologicheskoj obstanovki v mire i Rossii v 2006-2015 gg. Prognoz na 2016 g. [Cholera: assessing of the epidemiological situation in the world and Russia in 2006-2015. Forecast for 2016.]. Problemy osobo opasnykh infetsij, 2016, no. 1, pp. 20-27. (In Russian)
Контактная информация:
Левченко Дарья Александровна, тел.: +7 (863) 240-91-33, e-mail : le [email protected] Contact information: Levchenko Daria, phone: +7 (863) 240-91-33, e-mail : l e vchenko_da@anti pl ague. ru
