МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ РЕЗИСТЕНТНОСТИИ ВИРУЛЕНТНОСТИ ИНВАЗИВНЫХ ШТАММОВ KLEBSIELLA PNEUMONIAE ПО ДАННЫМ ПОЛНОГЕНОМНОГО СЕКВЕНИРОВАНИЯ

Бонда Н. А.; Стома И. О.; Осипкина О. В.; Зятьков А. А.; Шафорост А. С.; Карпова Е. В.; Тапальский Д. В.

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues 2023;20(1):7-15

УДК [579.842.16:575]:[616-092+615.015.8]

https://doi.org/10.51523/2708-6011.2023-20-1-01 l^L^L^J

Молекулярно-генетические маркеры резистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae по данным полногеномного секвенирования

Н. А. Бонда1, И. О. Стома2, О. В. Осипкина2, А. А. Зятьков2, А. С. Шафорост2, Е. В. Карпова2, Д. В. Тапальский2

1Гомельский областной центр гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья, г. Гомель, Беларусь 2Гомельский государственный медицинский университет, г. Гомель, Беларусь

Резюме

Цель исследования. С использованием полногеномного секвенирования оценить генетические механизмы ан-тибиотикорезистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от госпитализированных пациентов.

Материалы и методы. Для двух устойчивых к карбапенемам множественно-антибиотикорезистентных инвазивных штаммов K. pneumoniae, а также двух чувствительных к карбапенемам инвазивных штаммов K. pneumoniae выполнено секвенирование в геномном секвенаторе MiSeq (Illumina). Проведена сборка геномных последовательностей и их аннотация. Выполнено определение сиквенс-типа, поиск плазмид и факторов вирулентности, генов антибиотикорезистентности и механизмов эффлюкса.

Результаты. Штаммы K. pneumoniae относились к сиквенс-типам ST395, ST101, ST111, ST512 и имели ги-пермукоидный фенотип. Гены аэробактина iutA были обнаружены как у чувствительных, так и у резистентных к карбапенемам штаммов. У одного выделенного из крови штамма выявлены гены вирулентности fimH, fyuA, irp2. У двух штаммов выявлены гены карбапенемаз (blaKPC, blaNDM). Гены устойчивости к аминогликозидам и фторхинолонам выявлены у трех из четырех штаммов. У всех штаммов отмечено присутствие различных систем активного выведения антибиотиков из микробной клетки.

Заключение. Показана возможность идентификации гипервирулентных штаммов K. pneumoniae при комплексном использовании фенотипического теста наряду с генотипированием hvKp. Результаты полногеномного секвенирования отражают значительную устойчивость выделенных из крови гипермукоидных штаммов K. pneumoniae к большинству антибиотиков, включая ß-лактамы, аминогликозиды, фторхинолоны, фосфомицин, хлорамфени-кол, полимиксины.

Ключевые слова: Klebsiella pneumoniae, гипервирулентность, антибиотикорезистентность, полногеномное секвенирование

Вклад авторов. Бонда Н.А.: сбор материала и создание базы данных, получение экспериментальных данных, статистическая обработка данных, обсуждение данных, подготовка рукописи; Стома И.О.: концепция и дизайн исследования; Осипкина О.В., Зятьков А.А., Шафорост А.С.: получение экспериментальных данных; Карпова Е.В., Тапальский Д.В.: проверка критически важного содержания, редактирование, утверждение рукописи для публикации.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Источники финансирования. Финансовая поддержка отсутствует.

Для цитирования: Бонда НА, Стома ИО, Осипкина ОВ, Зятьков АА, Шафорост АС, Карпова ЕВ, Тапальский ДВ. Молекулярно-генетические маркеры резистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae по данным полногеномного секвенирования. Проблемы здоровья и экологии. 2023;20(1):7-15. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2023-20-1-01

2023;20(1):7-15 Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues

Molecular genetic markers of resistance and virulence of invasive Klebsiella pneumoniae strains according to whole genome sequencing data

Nadezhda A. Bonda1, Igor O. Stoma2, Olga V. Osipkina2, Aliaksei A. Ziatskov2, Alexander S. Shaforost2, Elena V. Karpova2, Dmitry V. Tapalski2

1Gomel Regional Center for Hygiene, Epidemiology and Public Health, Gomel, Belarus Gomel State Medical University, Gomel, Belarus

Abstract

Objective. To evaluate genetic mechanisms of antibiotic resistance and virulence of invasive strains of Klebsiella pneumoniae isolated from inpatients using whole genome sequencing.

Materials and methods. For two carbapenem-resistant multiple-antibiotic-resistant invasive strains of K.pneumoniae, as well as two carbapenem-sensitive invasive strains of K.pneumoniae, sequencing was performed using the MiSeq genomic sequencer (Illumina). Genomic sequences were assembled and annotated. Sequence type determination, search for plasmids and virulence factors, antibiotic resistance genes, and efflux mechanisms were performed. Results. K.pneumoniae strains belonged to sequence types ST395, ST101, ST111, and ST512 s and had a hypermu-coid phenotype. The iutA aerobactin genes were detected in both sensitive and carbapenem-resistant strains. Virulence genes fimH, fyuA, and irp2 were detected in one strain isolated from blood. Carbapenemase genes (blaKPC, blaNDM) were detected in two strains. Aminoglycosides and fluoroquinolones resistance genes were detected in 3 of 4 strains. All strains showed the presence of different systems of active antibiotic elimination from the microbial cell. Conclusion. The possibility of identifying hypervirulent strains of K.pneumoniae using a complex phenotypic test along with hvKp genotyping is shown. The results of full-genome sequencing reflect significant resistance of hypervirulent K.pneumoniae strains isolated from blood to most antibiotics, including p-lactams, aminoglycosides, fluoroquinolones, phosphomycin, chloramphenicol and polymyxins.

Keywords: Klebsiella pneumoniae, hypervirulence, antibiotic resistance, whole genome sequencing Author contributions. Bonda N.A: collection of material and creation of a database, obtaining experimental data, statistical data processing, aritcle preparation, data discussion; Stoma I.O: research concept and design; Osipkina O.V., Ziatskov A.A., Shaforost A.S.: obtaining experimental data; Karpova E.V, Tapalski D.V: verification of critical content, approval of the article for publication.

Conflict of interests. Authors declare no conflict of interest. Funding. The study was conducted without sponsorship

For citation: Bonda NA, Stoma IO, Osipkina OV, Ziatskov AA, Shaforost AS, Karpova EV, Tapalski DV. Molecular genetic markers of resistance and virulence of invasive Klebsiella pneumoniae strains according to whole genome sequencing data. Health and Ecology Issues. 2023;20(1):7-15. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2023-20-1-01

Введение

Klebsiella pneumoniae является распространенным условно-патогеннным микроорганизмом, который часто вызывает внутрибольничные инфекции, включая пневмонию, инфекцию кровотока и мочевыводящих путей [1]. Гипервирулентная Klebsiella pneumonia (hvKp), новый патотип K. pneumoniae, впервые была зарегистрирована на Тайване, вызвав гнойный абсцесс печени. В настоящее время hvKP признан важным широко распространившимся патотипом в дополнение к классическому K. pneumonia (cKP), связанным с высокой патогенностью и смертностью из-за гипервирулентности [2, 3]. Факторы, способствующие гипервирулентности, в основном включают капсулы, сидерофоры, липополисахарид (ЛПС) и фимбрии [4]. В изолятах hvKp наличие pLVPK плазмиды большой вирулентности кодируют гены факторов вирулентности, включая регуля-

торы синтеза капсульных полисахаридов (rmpA и rmpA2) и системы накопления железа (iucA, iutA и iro siderophore gene cluster), метаболический транспортер (peg-344), а также гены устойчивости к тяжелым металлам (медь, серебро, свинец и теллурит). pLVPK-подобные плазмиды могут нести все гены факторов вирулентности или утратили некоторые из них [5, 6]. С другой стороны, приобретение устойчивых к антибиотикам плазмид или вставка устойчивых мобильных генетических элементов в плазмиду hvKp превращает их в супербактерии, которые можно назвать гиперрезистентными штаммами hvKp [7, 8, 9]. Некоторые клоны К. pneumoniae характеризуются как клоны высокого риска, которые играют важную роль в распространении устойчивых к антибиотикам штаммов [10, 11].

Важно отличать hvKp от классических изо-лятов K. pneumoniae. На сегодняшний день для

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues 2023;20(1):7-15

идентификации изолятов hvKp используют метод обнаружения гипермуковязкого фенотипа на агаре (string-test, струнный тест). Однако фенотипиче-ского теста для выявления hvKp недостаточно, дополнительно рекомендуется определять наличие различных генов вирулентности. Гены iucA, iutA, peg-344 были предложены в качестве наиболее надежных диагностических маркеров hvKp [12, 13].

За исключением видовой устойчивости к аминопенициллинам, штаммы hvKp обычно чувствительны к различным антибиотикам, включая цефалоспорины и карбапенемы. В последние годы стали появляться отдельные штаммы K. pneumoniae, сочетающие в себе признаки множественной лекарственной устойчивости и гипервирулентности (MDR-hv) в результате горизонтального переноса плазмидно-опосредо-ванной резистентности или вирулентности (обозначаются как MDR-hvKp типа I). Кроме того, штаммы MDR-hvKp могут возникать в результате переноса pLVPK-подобной плазмиды вирулентности в классические штаммы K. pneumoniae с множественной устойчивостью к антибиотикам (обозначаются как MDR-hvKp типа II) [14, 15]. Так, штаммы MDR-hvKp типа II, продуцирующие кар-бапенемазу KPC и имеющие pLVPK-подобную плазмиду вирулентности, вызвали госпитальную вспышку с высокой летальностью в Китае [16].

Желудочно-кишечный тракт является основным биотопом для колонизации K. pneumoniae. В дальнейшем инвазивные гипервирулентные штаммы могут преодолевать кишечный барьер, транслоцироваться в печень и вызывать инфекции кровотока. Недавно описанные штаммы hvKP с множественной антибиотикорезистентно-стью способны вызывать серьезные инвазивные инфекции не только у иммунокомпрометирован-ных лиц, но и у здоровых людей [17, 18].

Распространение hvKP, включая штаммы MDR-hvKp, представляет серьезную угрозу для здоровья населения. Молекулярно-генетические исследования, оценивающие механизмы анти-биотикорезистентности и вирулентности hvKp, необходимы для понимания патогенеза и теоретической основы лечения и профилактики инфекции.

Цель исследования

С использованием полногеномного секве-нирования оценить генетические механизмы антибиотикорезистентности и вирулентности ин-вазивных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от госпитализированных пациентов.

Материалы и методы

В исследование включены 2 инвазивных штамма K. pneumoniae с устойчивостью к кар-

бапенемам, выделенных из крови, и 2 штамма K. pneumoniae, чувствительных к карбапенемам, выделенных из мочи и раневого отделяемого. Штаммы были выделены от госпитализированных пациентов в 2021-2022 гг. в организациях здравоохранения Гомеля (3 штамма) и Гомельской области (1 штамм).

Для проведения полногеномного секвени-рования культуры микроорганизмов выращивали на питательном агаре (Nutrient agar, HiMedia, Индия) в течение 24 ч при 35 °С. Одну 2 мкл пластиковую петлю выделенной культуры вносили в 1 мл деонизированной воды, суспендировали вортексированием, отмытые клетки осаждали центрифугированием — 5 мин при 10 000 об/мин. Супернатант удаляли, полученный осадок из отмытых бактериальных клеток использовали для выделения ДНК. Выделение ДНК из культур K. pneumoniae проводили с помощью набора PureLink™ PCR Purification Kit (Thermo Fisher Scientific, США). Концентрацию ДНК измеряли на спектрофотометре NanoDrop 1000. Оценку чистоты ДНК производили по соотношениям 260/230, 260/280. После измерения концентрации проводили разведение образцов ДНК до 0,2 нг/мкл, согласно инструкции к набору Nextera XT DNA Library Prep. После этого проводили измерение концентрации ампликонов на cпектрофотометрe Qubit4 (Thermo Scientific, Германия) с помощью набора Qubit™ 1X dsDNA High Sensitivity Assay Kit. Для уменьшения размеров фрагментов геномной ДНК (гДНК) проводили тагментацию ДНК с помощью набора Nextera XT DNA Library Prep. На амплификаторе TianLong Gentier96 проводили ПЦР-реакции амплификации и мечения полученных фрагментов с использованием смеси Nextera PCR Master Mix (NPM) и набор индексов Nextera XT Index Kit.

Далее проводили очистку продуктов таргет-ной ПЦР с использованием набора AMPure XP («Beckman Coulter», США) с последующим измерением концентрации ампликонов на ^ектрофо-тометрe Qubit4 (Thermo Scientific, Германия) с помощью набора Qubit™ 1X dsDNA High Sensitivity Assay Kit. Контроль протекания таргетной ПЦР осуществляли с помощью электрофореза в 1,7 % агарозном геле. Измеряли концентрацию (нг/мкл) очищенных библиотек с помощью спектрофотометра Qubit 4 (набор Qubit™ 1X dsDNA High Sensitivity Assay Kit). Из каждой библиотеки отбирали по 5 мкл и объединяли в одну пробирку, получая общую геномную библиотеку с концентрацией 4 нМ. Далее проводили денатурацию общей библиотеки с использованием 0,2 М NaOH. Образец для секвенирования получали, смешивая 570 мкл 10 пМ библиотеки и 30 мкл 10 пМ phiX (доля phiX = 5 %).

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues

2023;20(1):7-15

Секвенирование проводили на платформе Illumina MiSeq с использованием картриджа 2 х 151. В Local Run Manager создавали запуск («FastQ only»), указывая название запуска, тип картриджа (151/8/8/151, парноконцевые прочтения (paired-end)), набор для пробоподготовки, набор индексов, индексы для каждого образца, и запускали секвенирование.

Сборку генома до уровня контигов производили с помощью приложения SPAdes Genome Assembler на сервисе Illumina BaseSpace Sequence Hub и набора программ в среде Linux. Оценку качества сборки генома проводили с помощью сервиса QUAST. Аннотацию геномных последовательностей выполняли с помощью программного пакета Unipro UGENE v.1.29.0. Определение принадлежности штамма к сиквен-стипу и серогенотипирование осуществлялось путем сравнения результатов секвенирования с последовательностями, приведенными в международной базе данных Института Пастера (http://bigsdb.pasteur.fr/klebsiella). Поиск плазмид выполнялся с помощью ресурса PlasmidFinder 2.1. Поиск факторов вирулентности выполнялся с помощью ресурса VirulenceFinder-2.0. Для идентификации генов антибиотикорезистентно-сти и поиска механизмов эффлюкса использовали два альтернативных подхода: ResFinder и комплексную базу данных по исследованиям антибиотиков (Comprehensive Antibiotic Research Database, CARD). Ассемблированные последовательности были проанализированы с помощью веб-ресурса ResFinder v4.1 (http://cge. cbs.dtu.dk/services/ResFinder/) на предмет идентификации приобретенных генов антибиотико-резистентности. Значение минимального порога идентичности последовательностей было установлено на уровне 98 % при степени перекрытия не менее 80 %.

Результаты и обсуждение

Молекулярно-генетические маркеры вирулентности инвазивных штаммов K. pneumoniae

Данные о принадлежности к сиквенс-типам и генетических маркерах вирулентности инвазивных штаммов K. pneumoniae представлены в таблице 1. Все штаммы имели гипермукоид-ный фенотип, определяемый в фенотипическом стринг-тесте. На основании результатов секве-нирования геномов установлено, что штаммы K. pneumoniae относились к 4 различным сиквенс-типам. «Клоны высокого риска» были представлены штаммами Кр-329 (ST395) и Кр-476 (ST512). Выделенный из мочи штамм K. pneumoniae Кр-329 относится к сиквенс-типу

ST395, широко распространенному в Российской Федерации, ряде европейских стран (Франции, Венгрии, Польше), а также в Китае. В работе Н. Е. Баранцевич было показано присутствие гена карбапенемазы OXA-48 среди штаммов K. pneumoniae ST395, выделенных в Российской Федерации [19]. Штаммы K. pneumoniae Кр-1271 и Кр-366 относились к ST101 и ST111. Принадлежность K. pneumoniae к ST101 и ST111 часто ассоциируется с гипермукоидным фенотипом, высокой инвазивностью и повышенной патоген-ностью для человека. Типичные для гипервирулентных клебсиелл гены fyuA, irp2 присутствовали только у выделенного из крови штамма K. pneumoniae Кр-1271, у выделенного из раневого отделяемого штамма K. pneumoniae Кр-366 они не обнаруживались.

Гены аэробактина iutA были обнаружены в качестве молекулярных маркеров hvKp как у чувствительных, так и у резистентных штаммов K. pneumoniae. Другие исследования также показали, что аэробактин продуцируется более чем у 90 % hvKp, тогда как только 6 % штаммов cKp могут его экспрессировать [13]. Вторым по распространенности среди детерминант факторов вирулентности среди hvKp был ген иерсиниа-бактина irp2, который обнаруживался у штаммов K. pneumoniae Кр-329 и K. pneumoniae Кр-1271. Ген иерсиниабактина и его рецептор являются важными факторами вирулентности, необходимыми для выживания штаммов клебсиеллы в тяжелых условиях [20].

Нам не удалось обнаружить большую плаз-миду вирулентности pLVK ни у одного из штаммов.

Молекулярно-генетические механизмы устойчивости K. pneumoniae к антибиотикам разных групп

У всех штаммов, для которых выполнялось полногеномное секвенирование, были обнаружены гены ß-лактамаз одновременно нескольких типов (таблица 2). У большинства штаммов отмечено присутствие ß-лактамаз SHV-типа: SHV-1, SHV-11, SHV-26, SHV-40, SHV-56, SHV-79, SHV-89, SHV-106 (таблица 2). У 1 из 4 штаммов отмечено присутствие ферментов CTX-M (ß-лактамазы расширенного спектра, БЛРС). Присутствие ß-лакта-маз TEM-типа выявлено у 2 штаммов, OXA-типа (без карбапенемазной активности — OXA-1) — у 1 штамма. У выделенных из крови карбапенемо-резистентных штаммов Кр-476 и Кр-1271 выявлены гены карбапенемаз (KPC-3 и NDM-1). Широкое распространение продуцирующих карбапенемазы NDM штаммов K. pneumoniae в различных регионах Беларуси и появление отдельных штаммов, продуцирующих карбапенемазу KPC, было показано нами ранее [21, 22].

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues 2023;20(1):7-15

Таблица 1. Принадлежность к сиквенс-типам и перечень генетических маркеров вирулентности инвазивных штаммов K. pneumoniae

Table 1. Sequence types and virulence genetic markers of K. pneumoniae invasive strains

Штамм Кр-329 Кр-366 Кр-476 Кр-1271

Стационар ГУЗ «ГГКБ № 1» ГУЗ «ГГКБ № 2» ГУЗ «ГГКБ № 3» УЗ «Жлобинская ЦРБ»

Сиквенс-тип ST 395 ST 111 ST 512 ST 101

Биоматериал моча раневое отделяемое кровь кровь Функциональное назначение

Стринг-тест + + + + (гены, связанные с эпидемиологическим распространением)

Плазмиды Col440II ColpVC IncFIB(pNDM-Mar) IncHI1B(pNDM-MAR) IncR Col440II IncFIB(K) IncFII(K) IncX3 ColRNAI Col440II ColpVC IncFIB(K) IncFII(K) IncR repB(R1701)

Факторы вирулентности

fimH + + + + Адгезия (субъединица фим-брий 1-го типа)

fyuA + — — + Захват железа, сидерофор (сидерофорный рецептор)

irp2 + — — + Биосинтез иерсиниабакти-на сидерофора (нерибосо-мальная пептидсинтетаза белка 2 с высокой молекулярной массой)

iutA + + + + Синтез аэробактина сиде-рофора,захват железа (рецептор железосодержащего аэробактина)

terC + — — — Резистентность к теллуриту (белок устойчивости к ионам теллура)

clp K1 — — + — Выживание при тепловом шоке, тепловом стрессе (АТФаза ClpK семейства ААА)

Гены устойчивости к аминогликозидам выявлены у 3 из 4 штаммов, наиболее распространенными были aph(3') кодирующие производные аминогликозидацетилтрансферазы, их присутствие отмечено у 3 из 4 штаммов. Генетические детерминанты устойчивости к фторхинолонам имели 3 из 4 штаммов (мутации в дугА и рагС — у 3 штаммов, qnr — у 2 штаммов). Выявленные гены qnrS кодируют белки группы пентапептид-ных повторов, которые защищают ДНК-гиразу и топоизомеразу IV от ингибирования фторхи-нолонами, как правило, имеют плазмидную ло-

кализацию и способность к быстрому горизонтальному распространению в бактериальных популяциях [21].

Ген FosA, отвечающий за устойчивость к фосфомицину, выявлен у всех 4 штаммов. Гены хлорамфеникол ацетилтрансферазы (саА) выявлены у 2 из 4 штаммов. У всех штаммов также отмечено присутствие различных систем эф-флюкса — активного выведения антибиотиков из микробной клетки.

2023;20(1):7-15 Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues

Таблица 2. Перечень генетических детерминант антибиотикорезистентности инвазивных штаммов K. pneumoniae

Table 2. List of genetic determinants of antibiotic resistance of invasive K. pneumoniae strains

Показатели Кр-329 (ST 395) Кр-366 (ST 111) Кр-476 (ST 512) Кр-1271 (ST 101)

Карбапенемаза

blaNDM — — — + (1)

blaKPC — — + (3) —

ß-лактамы

blaTEM + (1В) — — + (1A)

blaCTX-M + (15) — — —

blaSHV + (11) + (11, 79, 89, 40, 56) + (11) + (1, 26, 106)

blaOXA + (1,48) — — —

Аминогликозиды

aac(6') + (lb-cr) — + (Ib10, lb-cr) —

ant(2'') + (1а) — — —

aph(3') + (VI) — + (Ia) + (VI)

aadA + (1) — + (2) —

armA + — — —

Фторхинолоны

gyrA + (S83I) — + (S83I) + (D87N)

parC + (S80I) — + (S80I) + (S80I)

qnr + (S1) — — + (S1)

Фосфомицин

uhpT — + + —

FosA + (6) + (6) + (6) + (6)

Хлорамфеникол

cat + (I) — + (I) —

Тетрациклины

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

tet(A) + — — —

Сульфаниламиды

sul +(1,2) — + (1) —

Триметоприм

dfrA +(1,5) — +(12) + (14)

Макролиды

mphA + — + —

msrE + — — —

Полимиксины

ArnT + + + +

eptB + + + +

Эффлюкс

baeR + + + +

LptD + + + +

qacEdelta + (1) — + (1)

CRP + + + +

H-NS + + + +

oqxA + + + +

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues 2023;20(1):7-15

Окончание таблицы 2 End of Table 2

Показатели Кр-329 (ST 395) Кр-366 (ST 111) Кр-476 (ST 512) Кр-1271 (ST 101)

oqxB + — + +

Kpn + (F, E, H, G) + (F, E, H, G) + (F, E, H, G) + (F, E, G, H)

emrR + + + +

marA + + + +

msbA + + + +

tet(D) — — — +

Дефект поринов

ompK37 + + + +

OmpA + + + +

Примечание. Наличие генетических детерминант обозначено «+», при наличии генетических вариантов они указаны в скобках

Заключение

Показана возможность идентификации гипервирулентных штаммов K. pneumoniae при комплексном использовании фенотипического теста наряду с генотипированием hvKp. Выявлены многочисленные генетические детерминанты антибиотикорезистентности у гипермукоидных штаммов. Отмечена ко-продукция бета-лактамаз одновременно нескольких типов (b/aTEM, blaSHV, b/aCTX-M-15, blaOXA и b/aNDM).

Показана принадлежность штаммов K. pneumoniae к «клонам высокого эпидемического риска» (ST395, ST512) и наличие у них генов карбапенемаз b/aKPC, b/aNDM.

Результаты полногеномного секвенирова-ния отражают значительную устойчивость выделенных из крови гипермукоидных штаммов K. pneumoniae к большинству антибиотиков,

включая ß-лактамы, аминогликозиды, фторхи-нолоны, фосфомицин, хлорамфеникол, поли-миксины. Распространение MDR-hvKp в организациях здравоохранения является неизбежным событием, что требует принятия мер по сдерживанию эпидемиологического распространения гипервирулентных штаммов K. рneumoniae. Конвергенция гипервирулентности и устойчивости к противомикробным препаратам у hvKp может значительно усугубить клиническое течение инфекции и затруднить ее этиотропную терапию.

Определение молекулярных маркеров резистентности и вирулентности госпитальных штаммов K. рneumoniae необходимо для проведения мер инфекционного контроля и эпидемиологического надзора за распространением множествен-но-антибиотикорезистентных гипервирулентных штаммов K. pneumoniae.

Список литературы

1. Togawa A, Toh H, Onozawa K, Yoshimura M, Tokushige C, et al. Influence of the bacterial phenotypes on the clinical manifestations in Klebsiella pneumoniae bacteremia patients: a retrospective cohort study. J Infect Chemother. 2015 Jul;21(7):531-537. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiac.2015.04.004

2. Liu C, Guo J. Hypervirulent Klebsiella pneumonia (hy-permucoviscous and aerobactin positive) infection over 6 years in the elderly in China: antimicrobial resistance patterns, molecular epidemiology and risk factor. Ann clin microbiol. 2019 Jan 21;18(1):4.

DOI: https://doi.org/10.1186/s12941-018-0302-9

3. Rossi B, Gasperini ML, Leflon-Guibout V, Gioanni A, de Lastours V, Rossi G, et al. Hypervirulent Klebsiella pneumonia in cryptogenic liver abscesses, Paris, France. Emerg Infect Dis. 2018 Feb;24(2):221-229.

DOI: https://doi.org/10.3201/eid2402.170957

4. Parrott AM, Shi J, Aaron J, Green DA, et al. Detection of multiple hypervirulent Klebsiella pneumoniae strains in a New York City hospital through screening of virulence genes. Clin. Mi-crobiol.Infect. 2021 Apr;27(4):583-589.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmi.2020.05.012

5. Dong N, Yang X, Zhang R, Chan EW-C, Chen S. Tracking microevolution events among ST11 carbapenemase-produc-

ing hypervirulent Klebsiella pneumoniae outbreak strains. Emerg

Microbes Infect. 2018 Aug 12;7(1):146.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41426-018-0146-6

6. Sanikhani R, Moeinirad M, Shahcheraghi F, Lari A, Fereshteh S, Sepehr A, et al. Molecular epidemiology of hypervirulent Klebsiella pneumoniae: a systematic review and meta-analysis. Iran J Microbiol. 2021 Jun;13(3):257-265.

DOI: https://doi.org/10.18502/ijm.v13i3.6384

7. Liao W, De Wang L, Li D, Du F-L, Long D, Liu Y, et al. High Prevalence of 16s rRNA methylase genes among car-bapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates in a Chinese Tertiary Hospital. Microb Drug Resist. 2021 Jan;27(1):44-52.

DOI: https://doi.org/10.1089/mdr.2019.0482

8. RR, Judd LM, Froumine R, Tokolyi A, Gorrie CL et al. Distinct evolutionary dynamics of horizontal gene transfer in drug resistant and virulent clones of Klebsiella pneumoniae. PLoS Genet. 2019 Apr 15;15(4):e1008114.

DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008114

9. Feng Y, Lu Y, Yao Z, Zong Z. Carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumonia of sequence type 36. Antimicrob Agents Chemother. 2018 Jun 26;62(7):e02644-17.

DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.02644-17

Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues

2023;20(1):7-15

10. Yan J, Wang M, Zheng P, Tsai L, Wu J. Associations of the major international high-risk resistant clones and virulent clones with specific ompK36 allele groups in Klebsiella pneumonia in Taiwan. N Microbes New Infect. 2015 Feb;5:1-4.

DOI: https://doi.org/10.10167j.nmni.2015.01.002

11. Hamzaoui Z, Ocampo-Sosa A, Martinez MF, Landolsi S, Ferjani S, Maamar E, et al. Role of association of OmpK35 and OmpK36 alteration and blaESBL and/or blaampC genes in conferring carbapenem resistance among non-carbapenemase-pro-ducing Klebsiella pneumoniae. Int J Antimicrob Agents. 2018 Dec;52(6):898-905.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2018.03.020

12. Li G, Shi J, Zhao Y, Xie Y, Tang Y, Jiang X, et al. Identification of hypervirulent Klebsiella pneumonia isolates using the string test in combination with Galleria mellonella infectivity. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2020 Sep;39(9):1673-1679.

DOI: https://doi.org/10.1007/s10096-020-03890-z

13. Russo TA, Olson R, Fang CT, Stoesser N, Miller M, MacDonald U, et al. Identification of biomarkers for differentiation of hypervirulent Klebsiella pneumonia from classical K. pneumo-niae. J Clin Microbiol. 2018 Aug 27;56(9):e00776-18.

DOI: https://doi.org/10.1128/JCM.00776-18

14. Hao M, Shi X, Lv J, Niu S, Cheng S, Du H, et al. In vitro activity of apramycin against carbapenem-resistant and hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates. Front. Microbiol. 2020 Mar 13;11:425.

DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00425

15. Shankar C, Jacob JJ, Vasudevan K, Biswas R, Manesh A, et al. Emergence of multidrug resistant hypervirulent ST23 Klebsiella pneumoniae: multidrug resistant plasmid acquisition drives evolution. Front. cell Infect. Microbiol. 2020 Nov 20;10:575289.

DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.575289

16. Gu D, Dong N, Zheng Z, Lin D, et al. A fatal outbreak of ST11 carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a Chinese hospital: a molecular epidemiological study. Lancet Infect. Dis. 2018,18:37-46.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1473-3099(17)30489-9

17. Gorrie CL, Mirceta, M, Wick RR, Edwards DJ, Thomson NR, Strugnell RA, et al. Gastrointestinal carriage is a major reservoir of Klebsiella pneumoniae infection in intensive care patients. Clin. Infect. Dis. 2017 Jul 15;65(2):208-215.

DOI: https://doi.org/10.1093/cid/cix270

18. Sun QL, Gu D, Wang Q, Hu Y, Shu L, Hu J, et al. Dynamic colonization of isolates in gastrointestinal tract of intensive care patients. Front. Microbiol. 2019 Feb 11;10:230.

DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00230

19. Баранцевич ЕП. Продукция карбапенемаз нозокомиальными штаммами K. pneumoniae в Санкт-Петербурге. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2016;18(3):196-199.

20. Lam MM, Wyres KL, Judd LM, Wick RR, Jenney A, Brisse S, et al. Tracking key virulence loci encoding aerobactin and salmochelin siderophore synthesis in Klebsiella pneumoniae. Genome Med. 2018 Oct 29;10(1):77.

DOI: https://doi.org/10.1186/s13073-018-0587-5

21. Тапальский ДВ, Петренев ДР. Распространенность Klebsiella pneumoniae - продуцентов карбапенемаз в Беларуси и их конкурентоспособность. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2017;19(2):139-144.

22. Тапальский ДВ, Осипов ВА, Евсеенко ЕО, и др. Металло-бета-лактамазы и карбапенемазы экстремально-антибиотикорезистентных энтеробактерий: распространение в Беларуси. Здравоохранение. 2017;(3):40-47.

References

1. Togawa A, Toh H, Onozawa K, Yoshimura M, Tokushige C, et al. Influence of the bacterial phenotypes on the clinical manifestations in Klebsiella pneumoniae bacteremia patients: a retrospective cohort study. J Infect Chemother. 2015 Jul;21(7):531-537. DOI: https://doi.org/10.1016/Miac.2015.04.004

2. Liu C, Guo J. Hypervirulent Klebsiella pneumonia (hyper-mucoviscous and aerobactin positive) infection over 6 years in the elderly in China: antimicrobial resistance patterns, molecular epidemiology and risk factor. Ann clin microbiol. 2019 Jan 21;18(1):4. DOI: https://doi.org/10.1186/s12941-018-0302-9

3. Rossi B, Gasperini ML, Leflon-Guibout V, Gioanni A, de Lastours V, Rossi G, et al. Hypervirulent Klebsiella pneumonia in cryptogenic liver abscesses, Paris, France. Emerg Infect Dis. 2018 Feb;24(2):221-229.

DOI: https://doi.org/10.3201/eid2402.170957

4. Parrott AM, Shi J, Aaron J, Green DA, et al. Detection of multiple hypervirulent Klebsiella pneumoniae strains in a New York City hospital through screening of virulence genes. Clin. Microbiol. Infect. 2021 Apr;27(4):583-589.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmi.2020.05.012

5. Dong N, Yang X, Zhang R, Chan EW-C, Chen S. Tracking microevolution events among ST11 carbapenemase-produc-ing hypervirulent Klebsiella pneumoniae outbreak strains. Emerg Microbes Infect. 2018 Aug 12;7(1):146.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41426-018-0146-6

6. Sanikhani R, Moeinirad M, Shahcheraghi F, Lari A, Fereshteh S, Sepehr A, et al. Molecular epidemiology of hypervirulent Klebsiella pneumoniae: a systematic review and meta-anal-ysis. Iran J Microbiol. 2021 Jun;13(3):257-265.

DOI: https://doi.org/10.18502/ijm.v13i3.6384

7. Liao W, De Wang L, Li D, Du F-L, Long D, Liu Y, et al. High Prevalence of 16s rRNA methylase genes among car-bapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates in a Chinese Tertiary Hospital. Microb Drug Resist. 2021 Jan;27(1):44-52.

DOI: https://doi.org/10.1089/mdr.2019.0482

8. RR, Judd LM, Froumine R, Tokolyi A, Gorrie CL, et al. Distinct evolutionary dynamics of horizontal gene transfer in drug resistant and virulent clones of Klebsiella pneumoniae. PLoS Genet. 2019 Apr 15;15(4):e1008114.

DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008114

9. Feng Y, Lu Y, Yao Z, Zong Z. Carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumonia of sequence type 36. Antimicrob Agents Chemother. 2018 Jun 26;62(7):e02644-17.

DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.02644-17

10. Yan J, Wang M, Zheng P, Tsai L, Wu J. Associations of the major international high-risk resistant clones and virulent clones with specific ompK36 allele groups in Klebsiella pneumonia in Taiwan. N Microbes New Infect. 2015 Feb;5:1-4.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.nmni.2015.01.002

11. Hamzaoui Z, Ocampo-Sosa A, Martinez MF, Landolsi S, Ferjani S, Maamar E, et al. Role of association of OmpK35 and OmpK36 alteration and blaESBL and/or blaampC genes in conferring carbapenem resistance among non-carbapenemase-pro-ducing Klebsiella pneumoniae. Int J Antimicrob Agents. 2018 Dec;52(6):898-905.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2018.03.020

12. Li G, Shi J, Zhao Y, Xie Y, Tang Y, Jiang X, et al. Identification of hypervirulent Klebsiella pneumonia isolates using the string test in combination with Galleria mellonella infectivity. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2020 Sep;39(9):1673-1679.

DOI: https://doi.org/10.1007/s10096-020-03890-z

13. Russo TA, Olson R, Fang CT, Stoesser N, Miller M, MacDonald U, et al. Identification of biomarkers for differentiation of hypervirulent Klebsiella pneumonia from classical K. pneumoniae. J Clin Microbiol. 2018 Aug 27;56(9):e00776-18.

DOI: https://doi.org/10.1128/JCM.00776-18

14. Hao M, Shi X, Lv J, Niu S, Cheng S, Du H, et al. In vitro activity of apramycin against carbapenem-resistant and hypervirulent Klebsiella pneumoniae isolates. Front. Microbiol. 2020 Mar 13;11:425.

DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00425

КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА / CLINICAL MEDICINE Проблемы здоровья и экологии / Health and Ecology Issues 2023;20(1):7-15

15. Shankar C, Jacob JJ, Vasudevan K, Biswas R, Manesh A, et al. Emergence of multidrug resistant hypervirulent ST23 Kleb-siella pneumoniae: multidrug resistant plasmid acquisition drives evolution. Front cell Infect Microbiol. 2020 Nov 20;10:575289. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.575289

16. Gu D, Dong N, Zheng Z, Lin D, et al. A fatal outbreak of ST11 carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a Chinese hospital: a molecular epidemiological study. Lancet Infect. Dis. 2018,18:37-46.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1473-3099(17)30489-9

17. Gorrie CL, Mirceta M, Wick RR, Edwards DJ, Thomson NR, Strugnell, RA, et al. Gastrointestinal carriage is a major reservoir of Klebsiella pneumoniae infection in intensive care patients. Clin Infect Dis. 2017 Jul 15;65(2):208-215.

DOI: https://doi.org/10.1093/cid/cix270

18. Sun QL, Gu D, Wang Q, Hu Y, Shu L, Hu J, et al. Dynamic colonization of isolates in gastrointestinal tract of intensive care patients. Front Microbiol. 2019 Feb 11;10:230.

DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00230

19. Barantsevich EP. Production of Carbapenemases in Klebsiella pneumoniae Isolated in Saint-Petersburg. Clin Microb Antichemother. 2016;18(3):196-199. (In Russ.).

20. Lam MM, Wyres KL, Judd LM, Wick RR, Jenney A, Brisse S, et al. Tracking key virulence loci encoding aerobactin and salmochelin siderophore synthesis in Klebsiella pneumoniae. Genome Med. 2018 Oct 29;10(1):77.

DOI: https://doi.org/10.1186/s13073-018-0587-5

21. Tapalski DV, Petrenev DR. Prevalence of carbap-enemase-producing Klebsiella pneumoniae isolates in Belarus and their competitive ability Clin Microb Antichemother. 2017;19(2):139-144. (In Russ.).

22. Tapalski DV, Osipov VA, Yevseyenko EO, et al. (2017) Metallo-beta-lactamases and carbapenemases among extreme antibiotic-resistant Klebsiella pneumoniae: occurrence in Belarus. Zdravoohranenie. 2017;(3):40-47. (In Russ.).

Информация об авторах / Information about the authors

Бонда Надежда Александровна, заведующий микробиологической лабораторией, ГУ «Гомельский областной центр гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2104-585X e-mail: bondana8448@gmail.com

Стома Игорь Олегович, д.м.н., доцент, ректор, УО «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-0483-7329 e-mail: rektor@gsmu.by

Осипкина Ольга Викторовна, заведующий научно-исследовательской лабораторией, УО «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1931-4224 e-mail: olga.osipkina@mail.ru

Зятьков Алексей Александрович, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, Уо «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9542-3791 e-mail: ziatskovaa@gmail.com

Шафорост Александр Сергеевич, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, УО «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6725-5353 e-mail: asofocl@mail.ru

Карпова Елена Васильевна, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии, УО «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3952-6187 e-mail: lena_2007_23@mail.ru

Тапальский Дмитрий Викторович, д.м.н., доцент, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, УО «Гомельский государственный медицинский университет», Гомель, Беларусь

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9484-7848 e-mail: tapalskiy@gsmu.by

Nadezhda A. Bonda, Head of Microbiological Laboratory at Gomel Regional Center for Hygiene, Epidemiology and Public Health

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2104-585X e-mail: bondana8448@gmail.com

Igor O. Stoma, Doctor of Medical Sciences, Associate Professor, Rector of Gomel State Medical University ORCID: http://orcid.org/0000-0003-0483-7329 e-mail: rektor@gsmu.by

Olga V. Osipkina, Head of Research Laboratory of Gomel State Medical University

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1931-4224 e-mail: olga.osipkina@mail.ru

Aliaksei A. Ziatskov, Researcher at the Research Laboratory of Gomel State Medical University

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9542-3791 e-mail: ziatskovaa@gmail.com

Alexander S. Shaforost, Senior Researcher at the Research Laboratory of Gomel State Medical University ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6725-5353 e-mail: asofocl@mail.ru

Elena V. Karpova, Assistant Lecturer at the Department of Microbiology, Virology and Immunology, Gomel State Medical University

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3952-6187 e-mail: lena_2007_23@mail.ru

Dmitry V. Tapalski, Doctor of Medical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Microbiology, Virology and Immunology, Gomel State Medical University

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-9484-7848 e-mail: tapalskiy@gsmu.by

Автор, ответственный за переписку / Corresponding author

Бонда Надежда Александровна,

e-mail: bondana8448@gmail.com

Nadezhda A. Bonda

e-mail: bondana8448@gmail.com

Поступила в редакцию / Received 05.02.2023 Поступила после рецензирования /Accepted 06.02.2023 Принята к публикации /Revised 17.02.2023

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Бонда Н. А., Стома И. О., Осипкина О. В., Зятьков А. А., Шафорост А. С.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Бонда Н. А., Стома И. О., Осипкина О. В., Зятьков А. А., Шафорост А. С.

MOLECULAR GENETIC MARKERS OF RESISTANCE AND VIRULENCE OF INVASIVE KLEBSIELLA PNEUMONIAE STRAINS ACCORDING TO WHOLE GENOME SEQUENCING DATA