CC BY
19
K'M'AiX
www.cmac-journal.ru
КЛИНИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И АНТИМИКРОБНАЯ ХИМИОТЕРАПИЯ
Тем 22 N°2
2020
DOI: 10.36488/cmac.2020.2.92-95
Оригинальная статья
Генетическая характеристика Neisseria meningitidis, выделенных от больных генерализованными формами менингококковой инфекции на территории Смоленской области
Миронов К.О.1, Ярыгина Е.А.1, Чагарян А.Н.2, Иванчик Н.В.2
1 ФБУН «ЦНИИ эпидемиологии» Роспотребнадзора, Москва, Россия
2 НИИ антимикробной химиотерапии ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России, Смоленск, Россия
Контактный адрес: Константин Олегович Миронов Эл. почта: mironov@pcr.ru
Ключевые слова: генерализованные формы менингококковой инфекции, Neisseria meningitidis, мультило-кусное секвенирование-типирование, клональный комплекс.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.
Внешнее финансирование: исследование проведено без внешнего финансирования.
Цель. Антигенная и генетическая характеристика Neisseria meningitidis, выделенных от больных генерализованными формами менингококковой инфекции на территории Смоленской области, в сопоставлении с менингококками, циркулирующими на других территориях.
Материалы и методы. Методом мультилокусного секвенирования-типирования в сочетании с антигенной характеристикой трех вариабельных фрагментов белков наружной мембраны исследовано 14 образцов спинномозговой жидкости, полученных в 2016-2019 гг. и содержащих ДНК N. meningitidis (использовался набор АмплиСенс® Nm-ABCW). Результаты проанализированы с использованием алгоритма кластеризации BURST и программных возможностей интернет-ресурса PubMLST.org (Jolley K. и соавт. 2018).
Результаты. Определены аллели, сиквенс-типы и клональные комплексы для возбудителей, содержащихся в исследованных биологических образцах. Результаты генотипирования опубликованы в базе данных PubMLST (https://pubmlst.org/neisseria/). Большинство N. meningitidis серогруппы В (n = 6) имеют ранее не описанные сиквенс-типы: ST-14705, ST-14710, ST-14711, ST-14713 и ST-14717; серогруппы С (n = 7) - сиквенс-типы, характерные для штаммов, циркулирующих на территории России, при этом 4 из них имеют сиквенс-тип ST-8416; серогруппы Y (n = 1) - сиквенс-тип ST-11585.
Выводы. Анализ полученных данных демонстрирует принадлежность большинства найденных сиквенс-типов клональным комплексам и группам генетически близких изолятов, описанным ранее и характерным для N. meningitidis, циркулирующих на территории России. Выявленные антигенные и генетические характеристики не позволяют говорить о циркуляции на наблюдаемой территории эпидемически опасных штаммов N. meningitidis или штаммов с повышенными вирулентными свойствами.
Original Article
The genetic characteristics of Neisseria meningitidis causing invasive meningococcal infections in Smolensk region
Mironov K.O.1, Yarygina E.A.1, Chagaryan A.N.2, Ivanchik N.V.2
1 Central Research Institute of Epidemiology, Moscow, Russia
2 Institute of Antimicrobial Chemotherapy, Smolensk, Russia
Objective. To determine antigenic and genetic characteristics of Neisseria meningitidis isolated from the patients with invasive meningococcal infections in Smolensk region in comparison with those circulating in other regions.
Materials and methods. A total of 14 cerebrospinal fluid samples obtained in 2016-2019 and containing N. meningitidis DNA were tested using AmpliSens® Nm-ABCW kit, multilocus sequence typing and antigenic finetyping of outer membrane proteins. The results were analyzed by the BURST algorithm and other functionalities available at PubMLST.org (Jolley K. et al. 2018).
Results. The variable region alleles, sequence types and clonal complexes were determined for the tested isolates. The genotyping results were published in the PubMLST database (https://pubmlst.org/neisseria/). Most of N. meningitidis serogroup B isolates (n = 6) belonged to sequence types which have not been described previously: ST-14705, ST-14710, ST-14711, ST-14713 and ST-14717. Sequence types of serogroup C isolates (n = 7) were usual for strains circulating in other Russian regions (4 of 7 belonged to ST-8416). The only serogroup Y isolate belonged to ST-11585.
Conclusions. Most studied N. meningitidis sequence types belonged to clonal complexes designated in PubMLST database and groups of isolates, determined by the BURST algorithm, which were usual for Russian regions. The antigenic and genetic characteristics suggest no circulation of epidemiologically significant N. meningitidis strains or hypervirulent strains on the observed territory.
Миронов К.О. и соавт.
Contacts:
Konstantin O. Mironov E-mail: mironov@pcr.ru
Key words: invasive meningococcal infection, Neisseria meningitidis, multilocus sequence typing, clonal complex.
Conflicts of interest: all authors report no conflicts of interest relevant to this article.
External funding source: no external funding received.
Введение
Генерализованные формы менингококковой инфекции (ГФМИ) - опасные инфекционные состояния с высокими показателями летальности [1, 2]. Несмотря на то что заболеваемость ГФМИ с 2015 г. не превышает 0,6 случаев на 100 тыс. [3], проведение эпидемиологического надзора является важной задачей, направленной на предотвращение эпидемических вспышек, в том числе за счет своевременного выявления гипервирулентных возбудителей [1, 2]. В связи с этим мониторинг антигенных и генетических свойств возбудителя ГФМИ -Neisseria meningitidis - выступает важным элементом системы эпидемиологического надзора.
На территории России ГФМИ вызываются N. meningitidis серогрупп А, В, С и W [1, 3, 4]. Информация о серогрупповом составе менингококков, вызывающих ГФМИ, необходима как для наблюдения за циркулирующими штаммами N. meningitidis, так и для практического планирования иммунопрофилактических мероприятий. В то же время серогруппирование не обладает достаточной дискриминирующей способностью для определения гипервирулентных штаммов, которые могут относиться к одинаковой серогруппе. Для классификации, «эпидемиологической маркировки» и наблюдения за эволюционными процессами в бактериальной популяции используются методы внутривидовой характеристики, среди которых в последнее время наибольшее распространение получило мультилокусное секвениро-вание-типирование (МЛСТ) в сочетании с характеристикой вариабельных фрагментов белков наружной мембраны [2, 5]. Результаты МЛСТ могут быть опубликованы в общедоступной базе данных PubMLST, что позволяет оперативно анализировать антигенные и генетические особенности возбудителя ГФМИ, выделяемого на разных территориях в определенный период времени [6]. Ранее нами были проанализированы генетические особенности менингококков, вызывающих ГФМИ в России [5, 7].
Цель данного исследования - характеристика N. me-ningitidis, выделенных от больных ГФМИ на территории Смоленской области, в сопоставлении с возбудителями, циркулирующими на других территориях.
Материалы и методы
Проведена антигенная и генетическая характеристика 14 образцов спинномозговой жидкости, содержащих ДНК N. meningitidis, полученных от больных ГФМИ на территории Смоленской области. Антигенная характеристика заключалась в определении серо-групп с использованием набора реагентов АмплиСенс® NmABCW-FL и аллелей трех вариабельных фрагментов белков наружной мембраны PorA и FetA. Генетическая характеристика проведена методом МЛСТ в соответствии с международными требованиями (https://pubmlst. org/neisseria/info/) [2, 6] с помощью молекулярно-био-логических методик, разработанных в Центральном НИИ эпидемиологии [5]. Секвенирование проводилось с использованием реагентов и оборудования компании Applied Biosystems (США). Для анализа результатов МЛСТ использовался алгоритм кластеризации BURST и
Миронов К.О. и соавт.
программные возможности интернет-ресурса PubMLST. org [2, 6, 8]. Клональные комплексы N. meningitidis обозначались согласно [9].
Результаты и обсуждение
Определены антигенные и генетические характеристики исследованных менингококков, вызывающих ГФМИ. Полученные результаты в совокупности с информацией об источнике возбудителя опубликованы в базе данных PubMLST. Характеристики изученных изоля-тов N. meningitidis и их идентификационные номера (id) в базе данных PubMLST представлены в Таблице 1.
Антигенные характеристики удалось определить у всех исследованных изолятов N. meningitidis, за исключением одного образца (id91582), для которого продукт амплификации фрагмента гена porA с использованием нескольких альтернативных, в том числе рекомендованных [2], методик и их комбинаций получить не удалось. Отсутствие продукта амплификации позволяет предположить наличие делеции соответствующего фрагмента в геноме данного штамма; отсутствие экспрессии белка PorA у N. meningitidis - нечастое, но описанное явление [2]. Остальные аллели вариабельных фрагментов белков наружной мембраны, представленные в Таблице 1, в целом характерны как для представителей серогрупп В и С, так и для штаммов N. meningitidis этих серогрупп, циркулирующих на территории России (см. базу данных PubMLST).
У большинства исследованных N. meningitidis се-рогруппы В найдены не описанные ранее сиквенс-типы: ST-14705, ST-14711 и ST-14717 образованы ранее не встречавшимися комбинациями аллелей; ST-14710 и ST-14713 определены за счет впервые выявленных аллелей abcZ-1073, gdh-1105 и pdhC-1050. У N. meningitidis серогруппы С найдены сиквенс-типы, характерные для штаммов, циркулирующих на территории России (см. базу данных PubMLST).
Анализ данных с помощью алгоритма кластеризации BURST [2, 8] всех российских изолятов, содержащихся в базе данных PubMLST, с известной серогруппой, исключая изоляты серогруппы А (на момент окончания исследования таких изолятов было 221), позволяет классифицировать российские N. meningitidis по 12 группам. Наибольшее количество изолятов входят в 5 групп, из которых 3 группы соответствуют основным клональным комплексам N. meningitidis серогрупп В, С и W, циркулирующим на территории России: ST-41/44 complex/Lineage 3, ST-18 complex и ST-11 complex/ET-37 complex. Подробнее эти клональные комплексы и их роль в эпидемическом процессе описаны ранее [5, 7]. Помимо клональных комплексов, указанных в базе данных PubMLST [9], среди российских менингококков, вызывающих ГФМИ, можно выделить 2 группы генетически близких изолятов, обозначенных ранее как «ccST-8499» и «ccST-10033» [5, 7] (в названиях групп отражены сиквенс-типы, объединяющие максимальное количество сиквенс-типов на основании анализа совпадений определенных аллелей в аллельных профилях).
БОЛЕЗНИ И ВОЗБУДИТЕЛИ
КМАХ . 2020 . Том 22. №2
Таблица 1. Антигенные и генетические характеристики менингококков, вызывающих ГФМИ
id* Год Серогруппа PorA VR1 PorA VR2 FetA VR Сиквенс-тип** Клональный комплекс***
91573 2016 B 5-1 10-1 F1-14 14705 -
91574 2016 B 12-1 13-1 F4-1 14710 -
91575 2016 B 5-3 2-16 F3-9 14711 «ST-8499»
91577 2017 B 5-1 10-4 F3-6 14713 -
91580 2017 B 5-1 2-90 F5-2 14717 ST-103 complex
91543 2019 B 5-3 2-16 F3-9 8499 «ST-8499»
54719 2016 C 17 16-4 F3-9 3346 ST-41/44 complex
91576 2016 C 17 16-4 F3-9 3346 ST-41/44 complex
91578 2017 C 5-2 10-1 F1-7 8416 -
91579 2017 C 5-2 10-1 F1-7 8416 -
91581 2018 C 17 16-4 F3-9 3346 ST-41/44 complex
91582 2019 C Д Д F1-7 8416 -
91583 2019 C 5-2 10-1 F3-6 8416 -
91572 2019 Y 5-3 10-4 F3-6 11585 «ST-10033»
* Идентификационные номера в базе данных PubMLST.
** Жирным шрифтом выделены сиквенс-типы, впервые найденные в данном исследовании.
*** Группы генетически близких изолятов «ST-8499» и «ST-10033» не являются клональными комплексами, обозначаемыми для N. meningitidis согласно [9].
Группа «ccST-8499» включает N. meningitidis серогрупп B и C, группа «ccST-10033» представлена преимущественно N. meningitidis серогрупп Y и W.
Определенные антигенные и генетические характеристики исследованных менингококков демонстрируют отсутствие циркуляции на наблюдаемой территории известных гипервирулентных (ассоциированных с подъемом заболеваемости) штаммов N. meningitidis, вызывающих ГФМИ. Анализ полученных данных демонстрирует принадлежность большинства найденных сиквенс-типов группам (клональным комплексам и группам генетически близких изолятов), описанным ранее и характерным для циркулирующих на территории России N. meningitidis. Полученные данные подтверждают ранее сделанный вывод о том, что для российских N. meningitidis серо-групп В и С характерен интенсивный рекомбинационный
процесс, наблюдаемый в пределах уже известных групп [5, 7]. Особенностью изученной выборки штаммов является относительно высокая доля N. meningitidis серо-группы С, имеющих сиквенс-тип ST-8416 (4 из 7), который не удается отнести к какой-либо группе, выделяемой с помощью алгоритма кластеризации BURST. Найденные сиквенс-типы и аллели вариабельных фрагментов белков наружной мембраны в целом характерны для менингококков, циркулирующих в текущий межэпидемический период. Представленные в Таблице 1 сиквенс-типы, а также отсутствие преобладающих генотипов у исследованных штаммов не позволяют говорить о возможном ухудшении на наблюдаемой территории эпидемиологической ситуации по ГФМИ, обусловленной циркуляцией штаммов N. meningitidis с повышенными вирулентными свойствами.
Литература
1. Pokrovskiy V.I., Favorova L.A., Kostyukova N.N. Meningococcal infection. M.: Meditsina, 1976. 275 p. Russian. (Покровский В.И., Фаворова Л.А., Костюкова Н.Н. Менингококковая инфекция. М.: Медицина, 1976. 275 с.)
2. Meningococcal disease: methods and protocols. Editors: Pollard, Andrew J., Maiden, Martin C.J. (Eds.). Humana Press Inc.; 2001. 721 p.
3. Meningococcal disease and purulent bacterial meningitis in Russian Federation, 2017. Information and analytical review. M.: 2018. 40 p. Russian. (Менингококковая инфекция и гнойные бактериальные менингиты в Российской Федерации, 2017. Информационно-аналитический обзор. М.: 2018. 40 с.)
4. Mironov K.O., Platonov A.E., Dribnokhodova O.P., Kuseva V.I., Shipulin G.A. A method for determination of Neisseria meningitidis serogroup A, B, C and W by real-time PCR. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunologii. 2014;6:35-42. Russian. (Миронов К.О., Платонов А.Е., Дрибноходова О.П., Кусева В.И., Шипулин Г.А. Методика для определения серогрупп A, B, C и W Neisseria meningitidis методом ПЦР в режиме реального времени. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2014;6:35-42.)
5. Mironov K.O. Clonal complex of Neisseria meningitidis, circulating in the regions of Russia and their role in epidemic process of meningococcal infection. Epidemiologija i infekcionnye bolezni.
Миронов К.О. и соавт.
Aktual'nye voprosy. 2016;6:52-61. Russian. (Миронов К.О. Клональные комплексы Neisseria meningitidis, циркулирующие на территории России, и их роль в эпидемическом процессе менингококковой инфекции. Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2016;6:52-61.)
6. Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018;3:124. DOI: 10.12688/wellcomeopenres.14826.1
7. Mironov K.O. Experience of the use of molecular and biological monitoring in the epidemiological surveillance of meningococcal infection in Russia. Epidemiologija i infekcionnye bolezni. Aktual'nye voprosy. 2019;1:93-99. Russian. (Миронов К.О.
Опыт использования молекулярно-биологического мониторинга в эпидемиологическом надзоре за менингококковой инфекцией в России. Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2019;1:93-99.) DOI: 10.18565/ epidem.2019.1.93-99
8. Feil E.J., Li B.C., Aanensen D.M., Hanage W.P., Spratt B.G. eBURST: Inferring patterns of evolutionary descent among clusters of related bacterial genotypes from multilocus sequence typing data. J Bacteriol. 2004;186(5):1518-1530. DOI: 10.1128/ JB.186.5.1518-1530.2004
9. Clonal complex designation of Neisseria. Available at: https:// pubmlst.org/neisseria/info/complexes.shtml. Accessed December 2019.
Миронов К.О. и соавт.
