CC BY
70
IsdX2, scavenges heme from hemoglobin and transfers heme to the surface protein IsdC. J. Biol. Chem. 2011; 286 (38): 33 652-60.
23. Gat O., Zaide G., Inbar I., Grosfeld H., Chitlaru Т., Levy H., Shaffer-man A. Characterization of Bacillus anthracis iron-regulated surface determinant (Isd) proteins containing NEAT domains. Mol. Microbiol. 2008; 70 (4): 983-99.
24. Tarlovsky Y., Fabian M., Solomaha E., Honsa E., Olson J.S., Ma-resso A.W. A Bacillus anthracis S-layer homology protein that binds heme and mediates heme delivery to IsdC. J. Bacteriol. 2010; 192: 3503-11.
25. Balderas M.A., Nobles C.L., Honsa E.S., Alicki E.R., Maresso A.W. Hal Is a Bacillus anthracis heme acquisition protein. J. Bacteriol. 2012; 20: 5513-21.
26. Stauff D.L., Skaar E.P. Bacillus anthracis HssRS signalling to HrtAB regulates haem resistance during infection. Mol. Microbiol. 2009; 72: 763-78.
Поступила 25.02.16
Eremenko EI.
BACILLUS ANTHRACIS SYSTEM FOR ACQUISITION OF HEME-BOUND IRON
Federal Government Health Institution "Stavropol Plague Control Research Institute", Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, 355035, Stavropol, Russian Federation
In Bacillus anthracis, an alternative to the use of chelating agents (siderophores) for acquiring iron consists in using a system of hemo-phores and transporter proteins for scavenging hemes from hemoglobin and delivering them into the bacterial cell. B. anthracis utilizes the siderophore-mediated way of acquiring iron predominantly at the intracellular stage of its development; the system of hemophores and transporter proteins is used at the extracellular stage of anthrax infection. The structure, genetic organization and functions of the system for the heme iron acquisition in B. anthracis, understanding of which may facilitate development of new therapies for anthrax, are discussed.
Key words: hemophores, iron intake, virulence ofB. anthracis.
For citation: Eremenko E.I. Bacillus Anthracis system for acquisition of heme-bound iron. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya (Molecular Genetics, Microbiology and Virology 2017; 35(1): 3-7. (Russian). DOI 10.18821/0208-0613-2017-35-1-3-7.
For correspondence: Evgenii Ivanovich Eremenko, senior researcher, Laboratory of anthrax, Federal Government Health Institution "Stavropol Plague Control Research Institute", Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, 355035, Stavropol, Russian Federation; E-mail: [email protected]
Acknowledgments. The study had no sponsor support. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2017 УДК 579.842.15:579.253:577.21.083.18
Светоч Т.Э., Дентовская С.В., Светоч Э.А. МОЛЕКУЛЯРНОЕ ТИПИРОВАНИЕ шТАММОВ SHIGELLA
ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» Роспотребнадзора, 142279,
Оболенск, Московская область
Шигеллезы продолжают оставаться серьезной медицинской проблемой для многих стран мира, особенно для развивающихся государств. В последние годы молекулярно-генетические методы все больше заменяют традиционные фенотипические подходы при расследовании случаев шигеллезной инфекции. В настоящем обзоре рассматриваются существующие методы молекулярно-генетического типирования шигелл, области их применения, критерии выбора в соответствии с целью исследования, их недостатки и преимущества.
Ключевые слова: Shigellaspp.;методыгенотипирования; дискриминирующая способность; молекулярная эпидемиология.
Для цитирования: Светоч Т.Э., Дентовская С.В., Светоч Э.А. Молекулярное типирование штаммов Shigella. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология 2017; 35 (1): 7-11. DOI 10.18821/0208-0613-2017-35-1-7-11.
Введение
Шигеллезы - серьезная медицинская проблема для многих развивающихся государств. Однако вспышки и спорадические случаи инфекции нередко отмечают и в экономически развитых странах. В мире ежегодно регистрируют около 165 млн случаев шигеллеза, причем 2/3 заболевших - это дети в возрасте до 5 лет. Подавляющее большинство зарегистрированных случаев заболевания приходится на страны Азии. Ежегодно от шигеллеза умирают 1,1 млн человек [1, 2]. В Российской Федерации шигеллез на сегодняшний день занимает одно из ведущих мест в структуре заболеваемости острыми кишечными инфекциями. В последнее время особую озабоченность вызывает рост регистрируемых очагов груп-
Для корреспонденции: Дентовская Светлана Владимировна (Dentovskaya Svetlana Vladimirovna), д.м.н., зав. лаб. микробиологии чумы; e-mail: [email protected]
повой заболеваемости шигеллезом, где большую долю пораженных составляют дети в возрасте до 17 лет, что требует совершенствования системы мер предупреждения и мониторинга заболевания.
Возбудитель шигеллеза впервые обнаружен в 1896 г. при расследовании вспышки sekiri (дизентерии) японским микробиологом K. Shiga [3], который выделил специфический микроб из фекалий больных и назвал его Bacillus disenteriae (в настоящее время - Shigella disenteriae типа 1). По современной номенклатуре рассматриваемый микроорганизм относят к роду Shigella (род назван в честь первооткрывателя), к трибе Escherichia в семействе Enterobacteriaceae, поскольку шигеллы генетически очень близки виду Escherichia coli, особенно группе энтероинвазивных эшерихий [4].
Род Shigella включает в себя 4 вида (серогруппы): S. dysenteriae (серогруппа А, состоит из 13 серотипов), S. flexneri (серогруппа В, состоит из 15 серотипов, включая субтипы), S. boydii (серогруппа C, состоит из 18 серотипов), и S. sonnei (серогруппа D, состоит из единственного серотипа). В основе разделения шигелл на виды и серотипы лежат различия в биохимических свойствах и структуре О-полисахаридов наружной мембраны бактерий. Из четырех видов шигелл S. dysenteriae известна как причина эпидемий, нередко случавшихся в XX веке. S. flexneri и S. sonnei, как правило, ответственны за эндемические вспышки дизентерии, которые часто регистрируют в настоящее время во многих странах мира. S. boydii гораздо реже, нежели S. flexneri и S. son-nei, являются причиной шигеллезной инфекции, большинство случаев которой отмечаются на территории Индостана [5].
Для эпидемиологического анализа вспышек шигел-лезной инфекции, а именно установления источника,
факторов и путей распространения возбудителя, его эпидемической значимости в той или иной географической зоне, явно недостаточно определения только вида и серотипа патогена. Необходима внутривидовая дискриминация штаммов Shigella spp. Использование только фенотипических методов типирования (изучение биохимических свойств, антибиотикочувствительность, ко-лициногенность, серо- и фаготипирование) не позволяет дифференцировать отдельные бактериальные изоляты в видовые и внутривидовые группы шигелл. Задачу внутривидовой дискриминации изолятов шигелл успешно решают методы молекулярно-генетического типирования, которые, кроме того, позволяют оценивать эволюционные связи и структуру бактериальной популяции патогена.
Классические методы генотипирования
Определение плазмидных профилей. Анализ плазмид-ного профиля широко использовали для типирования шигелл при эпидемиологических расследованиях, но по мере развития других методов генотипирования его значимость снизилась. Имеются сообщения как о наличии корреляции между плазмидным профилем и сероваром шигелл [6, 7], так и об отсутствии данной взаимосвязи [8]. Анализ профилей нерасщепленной плазмидной ДНК позволяет установить идентичность между эпидемически ассоциированными штаммами шигелл [9—11], но не может помочь в установлении общего источника инфекции [12]. Для этого дополнительно используют EcoRI рестрикционный анализ плазмидной ДНК (REAP-типирование - Restriction Endonuclease Analisis of Plasmid) [13]. Метод дешев, отличается простотой и легкостью выполнения. Существенным недостатком данных методов является нестабильность плазмидного состава и паттернов рестрикции вследствие приобретения или утраты шигеллами плазмид.
Риботипирование. В основе метода лежит RFLP-типирование фрагментов ДНК (Restriction Fragment Length Polimorfism; ПДРФ, полиморфизм длин рестрик-ционных фрагментов), содержащих опероны rRNA (ribo-somal Ribonucleic acid; рибосомальная РНК). Полиморфизм сайтов рестрикции, расположенных в участках, фланкирующих высококонсервативные гены оперона rRNA, отражается в различии RFLP-профилей консервативных доменов, включающих гены 16S и 23S rRNA. Подобные ДНК-фингерпринты называются риботипа-ми. Анализ результатов риботипирования Shigella spp., полученных рядом исследователей [14-17], позволяет констатировать невысокую дискриминирующую способность метода.
Оценка профилей фрагментов ДНК с помощью гель-электрофореза в пульсирующем поле (PFGE, Pulsed Field Gel Electroforesis). Метод гель-электрофореза в пульсирующем поле в сочетании с применением редко-щепящих рестриктаз позволяет исследовать особенности строения полного генома бактериальных штаммов путем сравнения их RFLP-профилей и до настоящего времени считается «золотым стандартом» при типирова-нии многих бактериальных патогенов. PFGE-генотипы различных микроорганизмов, в том числе Shigella spp., можно найти в базе данных PulseNet (http: //www.cdc. gov/pulsenet). Наиболее часто в качестве рестрикцион-ных ферментов при изучении изолятов S. dysenteriae, S. flexneri и S. sonnei используют Notl [18, 19, 20] и Xbal [21, 22]. В Российской Федерации PFGE используют в референс-центре по мониторингу острых кишечных инфекций при ФБУН «ЦНИИ эпидемиологии» для определения генетической гетерогенности Shigella spp.,
выделенных из разных источников [23]. Несмотря на широкое применение, метод PFGE имеет ограничения, связанные с трудоемкостью и длительностью выполнения. Сложность воспроизведения результатов затрудняет процедуру сравнения данных, полученных в разных лабораториях, поскольку PFGE-профиль зависит от концентрации ДНК в аналитической пробе, концентрации буфера и агарозы в геле, напряжения и температуры во время электрофореза. К тому же метод требует высокого качества анализируемых препаратов ДНК [24].
Методы, основанные на амплификации ДНК
Анализ полиморфизма длин амплифицированных фрагментов (AFLP, Amplified Fragment Length Polymorphism). В основе метода лежит рестрикция бактериального генома с последующим лигированием к концам фрагментов ДНК коротких комплементарных адапторов, содержащих мишени для специфичных ПЦР-праймеров, предназначенных для сокращения общего количества полученных рестрикционных фрагментов и часто содержащих флуоресцентные метки, обеспечивающие детекцию разделенных ПЦР-продуктов в ДНК-секвенаторе. Высокая дискриминирующая способность метода обусловлена комбинацией рестрикционного анализа, дающего большое количество фрагментов бактериального генома, и ПЦР-амплификации, которая усиливает сигнал, минимизируя количество ДНК, необходимое для анализа [25]. По сравнению с PFGE метод AFLP менее сложен технически и менее трудоемок, требует меньше времени для проведения анализа. Установлена высокая дискриминирующая способность AFLP для видовой и внутривидовой дифференциации штаммов шигелл [26], превосходящая дискриминирующую способность типирования по плазмидным профилям [8] и даже PFGE [27].
Анализ полиморфизма произвольно амплифицирован-ной ДНК (RAPD, Random Amplified Polymorphic DNA). RAPD-ПЦР основана на амплификации «произвольных» последовательностей, являющихся результатом отжига случайного праймера в нестрогих условиях проведения реакции [28]. В ФБУН «Государственный научный центр микробиологии и биотехнологии» метод RAPD-ПЦР с успехом использовали при проведении эпидемиологического расследования вспышки дизентерии в Республике Саха (Якутия) в феврале 2010 г. для подтверждения идентичности культур S. flexneri, выделенных из разных источников [29]. Основным недостатком метода RAPD-ПЦР является невысокая воспроизводимость, а преимуществами - быстрое получение результата, малое количество материала для анализа и отсутствие необходимости в предварительном знании генома для успешного выполнения теста [30]. Метод уступает PFGE и AFLP по дискриминирующей способности.
ПЦР-амплификация повторяющихся последовательностей межгенных палиндромов (REP-PCR, Repetitive Extragenic Palindromic sequence-based PCRJ является быстрым способом типирования микроорганизмов, при котором матрицей синтеза маркерных фрагментов являются некодирующие повторяющиеся последовательности, которые в характерном порядке распределены по всему бактериальному геному [31]. У энтеробактерий такие последовательности представлены повторяющимися межгенными консенсусными последовательностями ERIC (Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus sequences) размером 124-127 п.о. (пар оснований). По данным некоторых авторов, ERIC-PCR является вероятной альтернативой стратегии PFGE для типирования
Shigella spp. [14, 32]. Преимуществами метода являются простота, удобство выполнения, низкая стоимость анализа и ограниченная потребность в специализированном лабораторном оборудовании. Однако M. Surdeany и со-авт. [22] представили данные о более низкой дискриминирующей способности ERIC-PCR и риботипирования по сравнению с PFGE при дифференциации изолятов S. flexneri.
Мультилокусный анализ вариабельного числа тандемных повторов (MLVA, Multiple-Locus Variable Number of Tandem Repeat Analysis). Одним из открытий, сделанных в ходе работ по полногеномному секве-нированию микроорганизмов, было присутствие тан-демных повторов ДНК в большинстве бактериальных геномов [33]. VNTR-анализ позволяет определить количество тандемных повторов на локус благодаря прайме-рам, комплементарным высококонсервативным последовательностям, фланкирующим тандемные повторы. В результате мультилокусного VNTR-анализа определяется MLVA-генотип микроорганизма и выясняется его филогенетическая принадлежность [34]. MLVA используют также как дополнительный типирующий метод для дискриминации изолятов, имеющих общие или близкие PFGE-профили.
У S. sonnei идентифицировали 26 VNTR-локусов с коротким размером повторяющейся единицы и разным уровнем вариабельности [35], а у S. flexneri обнаружили 36 VNTR-локусов [36]. Показано, что данный метод обладает высокой разрешающей способностью, сопоставимой или превосходящей разрешающую способность PFGE, даже при уменьшении количества анализируемых локу-сов до 7 или 8 при типировании штаммов S. sonnei [37, 38] и до 4 - для штаммов S. flexneri [36]. При изучении полиморфизма локусов с короткими повторяющимися единицами [35, 37-40] для определения размера амплифи-цированных фрагментов ДНК используют капиллярный электрофорез, что ограничивает применение метода в рутинных лабораторных исследованиях, так как стоимость такого оборудования и расходных материалов достаточно высока. О. Gorge и соавт. [41] предложили вариант MLVA, основанный на изучении 15 VNTR-локусов с большим размером повторяющейся единицы, что позволило определить размер ДНК путем обычного горизонтального электрофореза. Предложенный метод является быстрым, обладает высокой дискриминирующей способностью и воспроизводимостью, может быть рекомендован при расследовании вспышек шигеллезов с возможностью использования в рутинных лабораторных исследованиях, позволяет проводить обмен полученными данными и создавать общие базы данных. R. Ranjbar и M. Memariani [42] с успехом использовали 7 из 15 локусов, предложенных О. Gorge и соавт. [41], для MLVA-генотипирования клинических штаммов S. sonnei, выделенных в Иране. С. Chiou и соавт. показали, что VNTR-локусы S. sonnei различаются по степени вариабельности числа тандемных повторов. Для дискриминации близкородственных изолятов используют комбинацию VNTR-локусов с высоким уровнем вариабельности, тогда как низковариабельные VNTR-локусы подходят для установления филогенетического родства между штаммами шигелл, эволюционирующими продолжительный период времени [38].
Методы, основанные на секвенировании ДНК
Мультилокусное типирование секвенированием (MLST, Multilocus Sequence Typingj - метод, основанный на секвенировании определенных генов, обычно являющихся генами «домашнего хозяйства», обязательно
присутствующих у всех представителен данного вида и не подвергающихся сильному селективному давлению, но при этом вариабельных и представленных разными аллелями в штаммах одного вида. Данные, полученные при MLST-типировании, анализируют с помощью одного из предложенных алгоритмов, например, eBURST (www.mlst.net), позволяющих проследить эволюционные связи в бактериальной популяции и объединить сиквенс-типы в группы по общности происхождения -клональные комплексы. К настоящему времени существует несколько схем MLST и публичных веб-сайтов для более чем 33 видов микроорганизмов [43]. S.Y. Choi и соавт. [44] при анализе полиморфизма нуклеотидов 7 генов «домашнего хозяйства» fUmC, gryB, icd, mdh, re-cA, adk, purA) выявили 18 сиквенс-типов для 107 клинических изолятов S. flexneri. Y. Cao и соавт. [45] показали с помощью методов MLST и REP-PCR, что шигеллез-ные штаммы разных видов, имеющие идентичные или близкие REP-PCR-профили, принадлежали к одному и тому же сиквенс-типу. J. Yang и соавт. [46] провели кластеризацию штаммов Shigella spp., основываясь на результатах анализа полиморфизма 23 генов «домашнего хозяйства». Таким образом, мультилокусное типирова-ние секвенированием является эффективным подходом, предоставляющим необходимую информацию об эволюционной структуре шигелл [46]. Однако вследствие достаточно высокой трудоемкости и относительно высокой стоимости секвенирования метод неприемлем для рутинного генотипирования большого числа изолятов.
Полиморфизм единичных нуклеотидов (SNP, Single Nucleotide Polymorphism). С помощью метода SNP-типирования анализируют вариабельность единичных нуклеотидов определенных локусов бактериального генома. При этом в отличие от MLST подвергают анализу локусы генов с высокой степенью полиморфизма [47]. Для определения полиморфизма единичных ну-клеотидов в локусах генома применяют традиционное секвенирование и пиросеквенирование, анализ кривых плавления высокого разрешения (HRM-анализ - High Resolution Melting), RFLP-типирование [48], масс-спектрометрию [48, 49], мультиплексный анализ на микросферах (Luminex/XMAP) [48, 50] и др. A.E. Hay-ford и соавт. [51] использовали 24 идентифицированных SNP для дифференциации 118 штаммов S. boydii, S. dysenteriae, S. flexneri и S. sonnei и обнаружили 26 SNP-генотипов. Данная схема типирования обладала достаточной разрешающей способностью при исследовании штаммов всех видов шигелл, кроме изолятов S. sonnei. Поэтому V. Sangal и соавт. [52] предложили 6 сайтов SNP, специфичных именно для штаммов S. sonnei, анализ которых позволяет дифференцировать изоляты данного вида на четыре филогенетические линии. Изучение полиморфизма единичных нуклеотидов - высокочувствительный, быстрый и относительно недорогой метод типирования микроорганизмов, частота использования которого растет в последние годы.
Типирование с помощью полногеномного секвениро-вания. Современные технологии полногеномного секве-нирования - технологии нового, или второго, поколения [53, 54] - предоставляют максимальные возможности для наиболее полного и точного анализа генома патогенов, позволяют дифференцировать штаммы, неразличимые при использовании PFGE, MLVA, SNP и других типирующих методов, например, в случае больших изменений в геноме (инверсий, инсерций, делеций, дупликаций). Активно развивающиеся платформы ДНК-секвенирования третьего поколения, преимуществом которых является отсутствие необходимости первич-
ной амплификации ДНК и, следовательно, отсутствие ошибок, накапливающихся в процессе амплификации, предполагают мономолекулярное секвенирование ДНК с использованием специальных полимераз [55]. Значительное снижение стоимости секвенирования и увеличение пропускной способности секвенаторов в ближайшем будущем повысит доступность новых технологий для лабораторных исследований. В настоящее время в базе данных NCBI GenBank размещены полные геномы штаммов, представляющих все 4 вида из рода Shigella: S. boydii (3 штамма), S. dysenteriae (1 штамм), S. flexneri (8 штаммов) и S. sonnei (2 штамма).
Заключение В последние годы молекулярно-генетические методы типирования бактериальных патогенов широко используют при проведении эпидемиологических расследований для дифференциации эпидемических изолятов, установления их источника, изучения механизмов формирования новых эпидемических штаммов и генетических связей между ними. Идеальный метод генотипирования должен обладать высокой дискриминирующей способностью, воспроизводимостью результатов, простотой интерпретации. Кроме того, необходимо, чтобы метод позволял тестировать одновременно большое количество проб, был простым и быстрым в выполнении и относительно недорогим. Однако трудно представить себе метод, удовлетворяющий всем этим критериям; каждый отдельно взятый метод имеет свои преимущества и недостатки. Несмотря на большой арсенал методов генотипирования Shigella spp., в лабораторной практике большинство исследователей отдают предпочтение PFGE и MLVA, обладающим рядом преимуществ по сравнению с другими известными методами и позволяющим дифференцировать отдельные бактериальные изоляты в видовые и внутривидовые группы. Развивающиеся быстрыми темпами технологии полногеномного секвенирования открывают новые возможности для исследования бактериальных геномов, но все еще остаются относительно дорогими для повсеместного внедрения в лабораторную диагностику. Учитывая вышесказанное, а также то, что различия между штаммами, обнаруживаемые при использовании одного метода, не всегда подтверждаются другим методом, для типиро-вания изолятов Shigella spp. целесообразно использовать один основной и один или более дополнительных методов типирования, что позволит повысить дискриминирующую способность анализа и верифицировать полученные данные.
Финансирование. Работа выполнена в рамках отраслевой программы Роспотребнадзора.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ЛИТЕРАТУРА (пп. 1-22, 24-28, 30-47, 49-55 см. REFERENCES)
23. Харитонова H.E., Кулешов К.В., Рожнова С.Ш., Христюхина О.А., Подколзин А.Т. Изучение генетической гетерогенности изолятов Salmonella spp. и Shigella spp., выделенных в очагах групповой и спорадической заболеваемости в Российской Федерации. В кн. Сборник трудов VIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Молекулярная диагностика - 2014". М.; 2014; т. 1: 372-3. 29. Будацыренова Л.В., Самойлова С.Ю., Игнатьева М.Е. Вспышка дизентерии в республике Саха (Якутия). Инфекция и иммунитет. 2012; 2 (1-2): 246. 48. Диткина Е.Ю., Вашукова Е.С., Глотов А.С., . Иващенко Т.Э. Методы диагностики полиморфизма генов метаболизма липидов человека. Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2012; 15: 68-74.
REFERENCES
1. Kotloff K., Winickoff J., Ivanoff B., Clemens J., Swerdlow D., Sansonetti P. et al. Global burden of Shigella infection: Implications for vaccine development and implementation of control strategies. Bull. WHO. 1999; 77: 651-66.
2. Bardhan P, Faruque A, Naheed A, Sack D. Decrease in shigellosis-related deaths without Shigella spp.-specific interventions, Asia. Emerg. Infect. Dis. 2010; 16: 1718-23. doi: 10.3201/ eid1611.090934
3. Shiga K. Ueber den Dysenterie bacillus (Bacillus dysenteriae). Zbl. Bakteriol. Parasitenkd. Abt. I. Org. 1898; 24: 817-24.
4. Lan R., Alles M., Donohoe K., Martinez M., Reeves P. Molecular evolutionary relationships of enteroinvasive Escherichia coli and Shigella spp. Infect. and Immun. 2004; 72: 5080-8.
5. Bhunia A. Foodborne Microbial Pathogens: Mechanisms and Pathogenesis. New York: Springer; 2008.
6. Casalino M., Nicoletti M., Salvia A., Colonna B., Pazzani A., Calconi A. Characterization of endemic Shigella flexneri strains in Somalia: antimicrobial resistance, plasmid profiles, and serotype correlation. J. Clin. Microbiol. 1994; 32: 1179-83.
7. Litwin C., Storm A., Chipouwsky S, Ryan K. Molecular epidemiology of Shigella infections: plasmid profiles, serotype correlation and restriction endonuclease analysis. J. Clin. Microbiol. 1991; 29: 104-8.
8. Herrera S., Cabrera R., Ramirez M., Usera M., Echeita M. Use of AFLP, plasmid typing and phenotyping in a comparative study to assess genetic diversity of Shigella flexnery strains. Epidemiol. and Infect. 2002; 129 (3): 445-50.
9. Mendoza M., Gonzalez A., Mendez F., Hardisson C. Plasmid typing of Shigella sonnei epidemic strains and molecular relationship of their R-plasmids. Eur. J. Epidemiol. 1988; 4: 158-63.
10. Prado D., Murray B., Cleary T, Pickering L. Limitations of using the plasmid pattern as an epidemiological tool for clinical isolates of Shigella sonnei. J. Infect. Dis. 1987; 155: 314-6.
11. Tacket C., Shaid N., Huq M., Alim A., Cohen M. Usefulness of plasmid profiles for differentiation of Shigella isolates in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 1984; 20: 300-1.
12. Martin D., Gustafson T., Pelosi J., Suarez L., Pierce G. Contaminated produce, a common source for two outbreaks of Shigella gastroenteritis. Am. J. Epidemiol. 1986; 124: 299-305.
13. Yagupski P., Loeffelholz M., Bell K., Menegus M. Use of multiple markers for investigation of an epidemic of Shigella sonnei infections in Monroe Country. J. Clin. Microbiol. 1991; 29: 2850-5.
14. Liu P., Lau Y., Hu B., Shyr J., Shi Z., Tsai W. et al. Analysis of clonal relationships among isolates of Shigella sonnei by different molecular typing methods. J. Clin. Microbiol. 1995; 33 (7): 1779-83.
15. Hinojosa-Ahumada M., Swaminatan B., Hunter S.., Cameron D., Kiehlbauch J., Wachsmuth I. et al. Restriction fragment lenth polimorfism in rRNA operons for subtyping Shigella sonnei. J. Clin. Microbiol. 1991; 29: 2380-4.
16. Nastasi A., Pignato S., Mammina C., Giammanco G. r RNA gene restriction patterns and biotypes of Shigella sonnei. Epidemiol. and Infect. 1993; 110: 23-30.
17. Cabrera R., Echeita A., Herrera S., Usera M.A., Ramirez M., Bravo L. et al. Antibiotic resistance, plasmid profile and ribotyping in Cuban Shigella sonnei strains. Rev. Esp. Quimioter. 2006; 19: 76-8.
18. Talukder K., Dutta D., Albert M. Evaluation of pulsed-field gel electrophoresis for typing of Shigella dysenteriae type 1. J. Med. Microbiol. 1999; 48 (8): 781-4.
19. Qu F., Bao C., Chen S., Cui E., Guo T., Wang H. et al. Genotypes and antimicrobial profiles of Shigella sonnei isolates from diarrheal patients circulating in Beijing between 2002 and 2007. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2012: 74 (2): 166-70.
20. Farshad S., Ranjbor R., Hosseini M. Molecular genotyping of Shigella sonnei strains isolated from children with bloody diarrhea using pulsed field gel electrophoresis on the total genome and PCR-RFLP of IpaH and IpaBCD genes. Jundishapur J. Microbiol. 2015; 8 (1): e14004, DOI: 10.5812/jjm.14004.
21. Lin S, Wank T., Tsai J., Ho S., Lee C., Lu C.. Molecular subtyping of Shigella flexnery 3a isolates by plasmid profil analysis and pulsed-field gel electrophoresis. J. Microbiol. Immunol. Infect. 2001; 34 (2): 103-8.
22. Surdeanu M., Ciudin L., Pencu E., Straut M. Comparative study of three different DNA fingerprint techniques for molecular typing of Shigella flexnery strains isolated in Romania. Eur. J. Epidemiol. 2003; 18 (7): 703-10.
23. Kharitonova N.E., Kuleshov K.V., Rozhnova S.Sh., Khristyukhina o.A., Podkolzin A.T. Study of genetic heterogeneity of Salmonella spp. and Shigella spp. isolates derived from loci of group and sporadic
incidence in the Russian Federation. In: Molecular Diagnostics - 2014: Proceedings VIII All-Russian Scientific-Practical Conference with International Involvement. Moscow; 2014; Vol. 1: 372-3. (in Russian)
24. Davis M.A., Hancock D.D, Besser T.E, Call D.R. Evaluation of pulsed-field gel electrophoresis as a tool for determining the degree of genetic relatedness between strains of Escherichia coli 0157: H7. J. Clin. Microbiol. 2003; 41 (5): 1843-9.
25. Vos P., Hogers R., Bleeker M., Reijans M., van de Lee T., Hornes M. et al. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. Nucleic. Acids Res. 1995; 23: 4407-14.
26. Sirisriro T., Sethabutr O., Mason C., Talukder K.A., Venkatesan M.M. An AFLP-based database of Shigella flexneri and Shigella sonnei isolates and its use for the identification of untypable Shigella strains. J. Microbiol. Meth. 2006; 67: 487-95.
27. Noda T., Murakami K., Hamasaki M., Ishiguro Y., Miyahara M. Amplified fragment length polimorphism genotyping of Shigellae and comparison to pulsed-field gel electrophoresis and colicin typing. Kansenshogaku Zasshi. 2006; 80 (5): 513-21.
28. Micheli M.R., Bova R., Pascale E., D'Ambrosio E. Reproducible DNA fingerprinting with the random amplified polymorphic DNA (RAPD) method. Nucleic Acids Res. 1994; 22: 1921-2.
29. Budacyrenova L.V., Samojlova S.Ju., Ignat'eva M.E. The outbreak of dysentery in the republic of Sakha (Yakutia). Infektsiya i immu-nitet. 2012; 2 (1-2): 246. (in Russian)
30. Bando S., do Valle G., Martinez M., Trabulsi L., Moreira-Filho C. Characterization of enteroinvasive Escherichia coli and Shigella strains by RAPD analysis. FEMS Microbiol. Lett. 1998; 165 (1): 159-65.
31. Li W., Raoult D., Fournier P. Bacterial strain typing in the genomic era. FEMS Microbiol. Rev. 2009; 33 (5): 892-916.
32. Kosek M., Yori P.P., Gilman R.H., Vela H., Olortegui M.P., Chavez C.B. et al. Facilitated molecular typing of Shigella isolates using ERIC-PCR. Am. J. Trop. Med. Hyg. 2012; 86 (6): 1018-25.
33. Benson G. Tandem repeats finder: a program to analyze DNA sequences. Nucleic Acids Res. 1999; 27: 573-80.
34. Vergnaud G., Pourcel C. Multiple locus variable number of tandem repeats analysis. Meth. Mol. Biol. 2009; 551: 141-58.
35. Liang S.Y., Watanabe H., Terajima J., Li C.C., Liao J.C., Tung S.K. et al. Multilocus variable-number tandem-repeat analysis for molecular typing of Shigella sonnei. J. Clin. Microbiol. 2007; 45 (11): 357480.
36. Wang Y.W., Watanabe H., Phung D.C., Tung S.K., Lee Y.S., Terajima J. et al. Multilocus variable-number tandem repeat analysis for molecular typing and phylogenetic analysis of Shigella flexneri. BMC Microbiol. 2009; 31 (9): 278. doi: 10.1186/1471-2180-9-278.
37. Izumiya H., Tada Y., Ito K., Morita-Ishihara T., Ohnishi M., Terajima J. et al. Characterization of Shigella sonnei isolates from travel-associated cases in Japan. J. Med. Microbiol. 2009; 58 (11): 1486-91. doi: 10.1099/jmm.0.011809-0
38. Chiou C.S., Watanabe H., Wang Y.W., Wang W.L., Terajima J., Thong K.L. et al. Utility of multilocus variable-number tandem-repeat analysis as a molecular tool for phylogenetic analysis of Shigella sonnei. J. Clin. Microbiol. 2009; 47 (4): 1149-54. doi: 10.1128/JCM.01607-08
39. Rawal M., Hoff E., Aas-Pedersen L., Haugum K., Lindstedt B.A. Rapid multiple-locus variable-number tandem-repeats analysis of Shigella spp. using multicolour capillary electrophoresis. J. Micro-biol. Meth. 2010; 83 (3): 279-85.
40. Cheng T., Shi X., Yong W., Wang J., Xie G, Ding J. Molecular typing of Shigella sonnei isolates circulating in Nanjing, China, 20072011. J. Infect. Dev. Ctries. 2014; 8 (12): 1525-32. doi: 10.3855/ jidc.4933.
41. Gorge O., Lopez S., Hilaire V., Lisanti O., Ramisse V., Vergnand G. Selection and validation of a multilocus variable-number tandem-repeat analysis panel for typing Shigella spp. J. Clin. Microbiol. 2008; 46 (3): 1026-35.
42. Ranjbar R., Memariani M. Multilocus variable-number tandem-repeat analysis for genotyping of Shigella sonnei strains isolated from pediatric patients. Gastroenterol. Hepatol. Bed. Bench. 2015; 8 (3): 225-32.
43. Maiden M.C. Multilocus sequence typing of bacteria. Annu. Rev. Microbiol. 2006; 60: 561-88.
44. Choi S.Y., Jeon Y.S., Lee J.H., Choi B., Moon S.H., von Seidlein L. et al. Multilocus sequence typing analysis of Shigella flexneri isolates collected in Asian countries. J. Med. Microbiol. 2007; 56: 1460-6.
45. Cao Y., Wei D., Kamara I.L., Chen W. Multi-locus sequence typing (MLST) and Repetitive Extragenic Palindromic Polymerase Chain Reaction (REP-PCR), characterization of shigella spp. over two
decades in Tianjin China. Int. J. Mol. Epidemiol. Gen. 2012; 3 (4): 321-2.
46. Yang J., Nie H., Chen L., Zhang X. Yang F., Xu X. et al. Revisiting the molecular evolutionary history of Shigella spp. J. Mol. Evol. 2007; 64: 71-9.
47. Esaki H., Noda K., Otsuki N., Kojima A., Asai T., Tamura Y. et al. Rapid detection of quinolone-resistant Salmonella by real time SNP genotyping. J. Microbiol. Meth. 2004; 58: 131-4.
48. Ditkina E.Yu., Vashukova E.S., Glotov A.S., Ivashchenko T.E. Diagnostic methods of metabolism gene polymorfism of human lipids. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnolog-icheskogo instituta (tekhnicheskogo universiteta). 2012; 15: 68-74.
49. Lechner D., Lathrop G.M., Gut I.G. Large-scale genotyping by mass spectrometry: experience, advances and obstacles. Curr. Opin. Chem. Biol. 2002; 6: 31-8.
50. Iannone M.A., Taylor J.D., Chen J., Li M.S., Rivers P., Slentz-Kesler K.A., Weiner M.P. Multiplexed single nucleotide polymorphism genotyping by oligonucleotide ligation and flow cytometry. Cytometry. 2000; 39 (2): 131-40.
51. Hayford A.E., Mammal M.K., Lacher D.W., Brown E.W. Single nu-cleotide polymorphism (SNP)-based differentiation of Shigella isolates by pyrosequencing. Infect. Genet. Evol. 2011; 11 (7): 1761-8.
52. Sangal V., Holt K.E., Yuan J., Brown D.J., Filliol-Toutain I., Weill F.X. et al. Global phylogeny of Shigella sonnei strains from limited single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) and development of a rapid and cost-effective SNP-typing scheme for strain identification by high resolution melting analysis. J. Clin. Microbiol. 2013; 51 (1): 303-5.
53. Mardis E.R. Next-Generation DNA sequencing methods. Annu. Rev. Genom. Hum. Genet. 2008; 9: 387-402.
54. Metzker M.L. Sequencing technologies - the next generation. Nat. Rev. Genet. 2010; 11: 31-46.
55. Chen Y.S., Lee C.H., Hung M.Y., Pan H.A., Chiou J.C., Huang G.S. DNA sequencing using electrical conductance measurements of a DNA polymerase. Nature Nanotechnol. 2013; 8 (6): 452-8. doi: 10.1038/nnano.2013.71.
Поступила 10.02.16 Svetoch T.E., Dentovskaya S.V., Svetoch E.A.
MOLECULAR TYPING OF SHIGELLA STRAINS
State Research Center of Applied Microbiology and Biotechnology, Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, 142279, Obolensk, Russian Federation
Shigelloses still provide one of the toughest health challenges in many countries, especially in developing ones. Current molecular-genetic techniques are increasingly replacing conventional phenotypic approaches to investigating Shigella-associated infections. The review describes available methods of typing Shigella bacteria, their potential applications and selection criteria depending on the research task. It also deals with their advantages and disadvantages. Such methods as PFGE (pulsed field gel electrophoresis), the "gold standard" in typing various pathogens, and MLVA (multi-locus variable number of tandem repeat analysis) are the most widely used Shigella typing procedures. These methods are often combined or used along with some other genotyping tools. In the nearest future, with the advent of web platforms allowing express processing data, whole genome sequence will possibly become more widely used in lab diagnostics to evaluate outbreaks and to perform epidemiological monitoring. Keywords: Shigella spp., molecular typing, discriminatory power, molecular epidemiology
For citation: Svetoch T.E., Dentovskaya S.V., Svetoch E.A. Molecular Typing of Shigella Strains. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya (Molecular Genetics, Microbiology and Virology 2017; 35(1):7-11. (Russian). DOI 10.18821/02080613-2017-35-1-7-11.
For correspondence: Svetlana Vladimirovna Dentovskaya, Dr. Sci. Med., Head of the Laboratory of plague microbiology, State Research Center of Applied Microbiology and Biotechnology, Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, 142279, Obolensk, Russian Federation; E-mail: dentovskaya@ yandex.ru
Acknowledgments. The study was supported by the Sectoral Scientific Program of the Russian Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing (Rospotrebnadzor). Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
