Особенности генотипической изменчивости штаммов Bordetella pertussis, выделенных от больных коклюшем в России

Алешкин Владимир Андрианович; Борисова Ольга Юрьевна; Гадуа Натия Торникеевна; Мазурова Изабелла Константиновна

УДК 616-078.33: 616.921.8+575.191

В.А. Алешкин, О.Ю. Борисова, Н.Т. Гадуа, И.К. Мазурова

особенности генотипической изменчивости штаммов bordetella pertussis, выделенных от больных коклюшем в россии

Московский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского (Москва)

На основании изучения особенностей структуры 7 генов, детерминирующих основные факторы патогенности, возбудителя, коклюша, — ptxA, кодирующего S1 субъединицуА-комплекса; ptxB, ptxC, ptxD и ptxE, кодирующих S2, S3, S4 и. S5 субъединицы. В-комплекса коклюшного токсина, его промоторной области (ptxP), и. prn, кодирующего пертактин, показаны, особенности, генотипической изменчивости штаммов B. pertussis, выделенных от больных коклюшем, в России. Прослежена динамика формирования популяции штаммов возбудителя, коклюша и. установлено, что популяция, формируется, путем клональной экспансии штаммов с новой генетической структурой основных факторов патогенности

— коклюшного токсина и. пертактина. Установлен, состав популяции штаммов B.pertussis, вызывающих заболевание коклюшем, на современном этапе эпидемического процесса коклюшной инфекции — доминирование штаммов с новыми «невакцинными» аллелями генов — ptxAl (97,7 %), ptxC2 (87,4 %), prn2 (89,5 %) и. ptxP3 (93,3 %), в 2,2 % случаях с ptxB2 аллелем, и. в 1,3 % случаях с prn9 аллелем. Ключевые слова: Bordetella pertussis, генотипирование, ген, аллели

features of GENoTYpiNG vARiABiLiTY oF sTRAiNs oF BORDETELLA PERTUSSIS allocated from patients wiTH whooping cough in RussiA

V.A. Aleshkin, O.Yu. Borisova, N-Т. Gadua, I.K. Mazurova G.N. Gabrichevsky Institute of Epidemiology and Microbiology, Moscow

On the basis of studying of features of structure of 7 genes determining major factors of pathogenicity of the causative agent of whooping cough — ptxA, ptxB, ptxC, ptxD, ptxE, ptxP and prn, features of genotyping variability of strains of B.pertussis allocated, from patients with whooping cough in Russia are shown. Dynamics of formation of population, of strains of the causative agent of whooping cough is tracked, and is established, that population, of strains of B.рertussis is formed, by clonal expansion of strains with, new genetic structure of major factors of pathogenicity — pertussis toxin and. pertactin. The structure of population, of strains of B.pertussis causing a disease by whooping cough, at the present stage of epidemic process of a pertussis infection — domination. of strains with, new «non-vaccine» alleles genes — ptxAl (97,7 %), ptxC2 (87,4 %), prn.2 (89,5 %) and. ptxP3 (93,3 %), in 2,2 % cases with. ptxB2 allele and. in 1,3 % cases with. prn9 allele circulate.

Key words: Bordetella pertussis, genotyping, gene, alleles

Коклюш до середины 1950-х годов прошлого столетия представлял серьезную проблему для здравоохранения в различных странах мира. Введение специфической вакцинопрофилактики коренным образом изменило характер течения эпидемического процесса коклюшной инфекции и способствовало уменьшению не только количества случаев заболеваний, но и летальности. Однако коклюш по-прежнему остается одной из 10 причин младенческой смерти во всем мире и продолжает быть проблемой здравоохранения даже в странах с высоким уровнем охвата профилактическими прививками, где с середины 1990-х годов отмечается рост заболеваемости коклюшем, который стал наиболее распространенным среди вакциноуправляемых инфекций [1, 4, 6, 11, 12, 14].

В России решающую роль в проблеме борьбы с коклюшем сыграла специфическая массовая иммунизация детского населения АКДС-вакциной, которая введена в 1958—1960 гг. Благодаря увеличению охвата вакцинацией детей заболеваемость снизилась в первые годы иммунизации в 3,5 раза, а в последнее десятилетие — более чем в 60 раз, по сравнению с допрививочным периодом. Если в 1990-х годах привитость против коклюша не достигала 88 %, то с 2001 года показатель по стране вырос

до 95 %. В 2000-е годы в многолетней динамике наблюдались маловыраженные подъемы заболеваемости, а в 2008 — 2011 гг. она стабилизировалась на уровне 2,5 — 3,8 на 100 тыс. населения. Показатель смертности по сравнению с 1990-ми годами снизился в 2,4 раза. Однако по-прежнему регистрируются единичные летальные исходы; в возрастной заболеваемости в 92 % случаях преобладает детское население; заболеваемость регистрируется как среди не привитых, так и привитых лиц; тяжелые формы заболевания (в среднем 73,5 %) и осложнения (46 %) преобладают у детей первого года жизни [15, 17, 18,

20, 21, 23]. Следовательно, даже на фоне высокого уровня охвата профилактическими прививками коклюшная инфекция остается актуальным инфекционным заболеванием. Это свидетельствует

о сохраняющейся циркуляции возбудителя, что, по мнению зарубежных и отечественных исследователей, связано с изменением его биологических, как фенотипических, так и генотипических, свойств [1—7, 10, 11, 14, 16, 18, 19, 22]. Поэтому наблюдение за возбудителем коклюша остается по-прежнему одним из важнейших элементов в системе эпидемиологического надзора за коклюшной инфекцией.

В ФБУН МНИИЭМ им. Г.Н. Габричевского Роспотребнадзора на протяжении многих лет осу-

ществляется микробиологический мониторинг и молекулярно-генетическое типирование штаммов B. pertussis, выделенных на территории России. Анализ генетической структуры циркулирующей популяции штаммов B. pertussis проводится путем изучения особенностей структуры 7 генов, детерминирующих основные факторы патогенности возбудителя коклюша, — гена ptxA, кодирующего S1 субъединицу A-комплекса; генов ptxB, ptxC, ptxD и ptxE, кодирующих S2, S3, S4 и S5 субъединицы В-комплекса коклюшного токсина, соответственно, промоторной области коклюшного токсина (ptxP), а также гена prn, кодирующего пертактин. Изучено 371 штаммов B. pertussis, выделенных от больных коклюшем в России, как в последние десять лет (2000 — 2010 гг.), так и в прошлые годы (музейные штаммы из коллекции ФБУН МНИИЭМ им. Г.Н. Габричевского Роспотребнадзора). Штаммы B. pertussis выделены в различные периоды эпидпроцесса коклюшной инфекции:

I период — допрививочный и первые десять лет проведения массовой иммунизации детского населения АКДС-вакциной (1948—1969 гг.), II — период стабилизации заболеваемости в 1970-е годы и роста заболеваемости в 1980-е годы при резком уменьшении охвата профилактическими прививками (1970—1999 гг.) и III — период относительной стабилизации заболеваемости на фоне роста охвата прививками, который к настоящему времени достиг 95,6 % (2000 — 2010 гг.).

При проведении молекулярно-генетического типирования среди изученных штаммов B. pertussis, выделенных в различные периоды эпидпроцесса, выявлены штаммы, имеющие один из трех аллелей гена ptxA, кодирующего S1 субъединицу А-комплекса коклюшного токсина,

— ptxA2, ptxA4 или ptxA1 аллели. Из них ptxA2/ ptxA4 аллели являются «вакцинными» аллелями, а ptxA1 аллель — «невакцинным» аллелем, который отличается от «вакцинного» ptxA4 аллеля значимыми мутациями в четырех положениях — 204, 586, 684 и 969 нуклеотидной последовательности, а от «вакцинного» ptxA2 аллеля в положении 204 нуклеотидной последовательности, приводящими к изменениям на аминокислотном уровне коклюшного токсина — глутаминовой кислоты на аспарагиновую кислоту (E68D) и метионина на изолейцин (M228I). Эти изменения затрагивают Т- и В-эпитопы коклюшного токсина, имеющие непрерывные иммунодоминантные структуры, распознаваемые протективными моноклональными mAbs-антителами к этим эпитопам [8, 10, 11]. Поэтому замены одной или двух аминокислот в этих областях предотвращает связывание с этими протективными антителами. Было показано, что в допрививочный период (1948 — 1959 гг.) вся циркулирующая популяция и все три вакцинных штамма характеризовались старыми «вакцинными» ptxA2/ptxA4 аллелями гена ptxA, кодирующего S1 субъединицу A-комплекса коклюшного токсина (рис. 1). В конце 1960-х годов в популяции штаммов B. pertussis стали регистрироваться единичные

штаммы (9,5 %) с новым «невакцинным» ptxA1 аллелем. В 1970-е годы большинство циркулирующих штаммов имели старые «вакцинные» аллели ptxA гена: 48,4 % штаммов — «вакцинный» ptxA4 аллель,

35,5 % штаммов — «вакцинный» ptxA2 аллель и 16,1 % штаммов характеризовались «невакцинным» ptxA1 аллелем. Все изученные штаммы B. pertussis, выделенные в 1980 — 1990-е гг. прошлого столетия и в начале нового столетия 2000 — 2005 гг., имели «невакцинный» ptxA1 аллель гена. В настоящее время в популяции доминируют (в 92,1 % случаях) штаммы с «невакцинным» ptxA1 аллелем и зарегистрированы единичные штаммы со старыми «вакцинными» ptxA2/ptxA4 аллелями. По-видимому, выявление таких штаммов B. pertussis, выделенных от больных коклюшем в различных регионах нашей страны, со старым «вакцинным» аллелем свидетельствует о том, что такие штаммы продолжают циркулировать. Вероятно, однородность популяции в 1980 — 1990-е годы и в начале 2000-х годов объясняется тем, что не были выявлены все аллельные варианты у штаммов B. pertussis.

Также существенные изменения произошли у штаммов B. pertussis в структуре гена пертактина (prn), являющегося поверхностным белком, ответственным за адгезию возбудителя. Нуклеотидные последовательности гена prn циркулирующих штаммов B. pertussis соответствовали одному из четырех выявленных аллелей — prn1, prn3, prn2 и prn9 (рис. 1). Все штаммы B. pertussis допрививоч-ного периода и вакцинные штаммы характеризовались наличием «вакцинного» prn1 аллеля гена. В последующие годы отмечалось постепенное сокращение доли таких штаммов и увеличение штаммов с новой генетической структурой. Среди штаммов B. pertussis, выделенных в 1970-е годы, 96,9 % штаммов имели «вакцинный» prn1 аллель и 3,1 % штаммов — «невакцинный» prn3 аллель гена, к концу 1980-х годов в популяции появились также штаммы с другим «невакцинным» prn2 аллелем. Среди штаммов B. pertussis, выделенных в 1990—1999 гг., 44,5 % штаммов имели «вакцинный» prn1 аллель, 22,2 % штаммов — «невакцинный» prn2 аллель и 33,3 % штаммов — «невакцинный» prn3 аллель, т.е. значительно увеличилась доля циркулирующих штаммов B. pertussis с «невакцинным» prn2 аллелем гена. «Невакцинные» prn2 и prn3 аллели отличались от «вакцинного» prn1 аллеля значимыми мутациями в положениях 828, 831, 832 —834, приводящими к контрастным заменам аминокислот в двух положениях — валина на глицин в V279G и аланина на фенилаланин (A278F). Последовательность нуклеотидов prn2 аллеля отличается от последовательности нуклеотидов prn3 аллеля наличием одного дополнительного фрагмента в 15 п.н. (повторяющаяся последовательность) в 1 области гена, т.е. удлиняющего ген prn и, следовательно, Prn белок. Такой фрагмент, по-видимому, появился в гене пертактина у штаммов B. pertussis, уже имеющих prn3 аллель, что подтверждается данными литературы, свидетельствующими о более раннем появлении штаммов

100%

80%

60%

40%

20%

0%

W//////////////A

'ssssssssssssssssa

wWffgtW/A

у//Ж62М^Яґ/Л

W//////////////A

У////////////////А

Y////////////////A

48,4 с

У////////////////А

Y////////////////A

% 5,3 % $

2000-2005 2006-2010

92,1 %

□ ptxA1 E3ptxA2 Q ptxA4

2,6 %

100%

80%

60%

40%

20%

0%

100%

80%

60%

40%

20%

0%

100%

80%

60%

40%

20%

0%

ЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙ

у//т\>0Ъг\Ш'/;

шШШШШт

У//////////////////А

ЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙ

шшишш»

1948-1959

ІЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙ?

W////////////////A

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

W////////////////A

///////////////////А,

v/ШШШу/,

'//ШШШЙШ'А

v/Шштш/л

W////////////////A

SSSSSSSSSSSSSSSSSSSA

1960-1969

іШ/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ \Ш/////////////ЛЩ

1 100 %Ц 1 100 % Ц

111111 111111

1948-1959 1960-1969

ЇЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЇ

У///////////////////,

'///ШШШшя

'///ШШУГМуа

у//МШтшг/л

у///////////////////,

У///////////////////,

VSSSSSSSSSSSSSSSSSSA

1970-1979

У//////////////////А

у///////////////////,

wwmmfc/A

'//ШУІМЄЖґ/а

У/МШШШ7/,

У//////////////////А

vsssssssssssssssssss.

1£2£Я

1980-1999

92 %

У////////ЛУ/////А У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////////////А

2000-2005

и

я: 93,3 %;

И

ft 2,7 %\

ptxP3

ptxP2

ptxP1

4,0 %

1948-1959

1960-1969

1970-1979

1980-1989

1990-1999

2000-2010

100%

80%

60%

40%

20%

0%

У////////////////А У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A,

100 %

У////////ЛУ/////А У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, У////////Л'//////A, vsssssssssssssssss.

W//////////////A

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

W//////////////A

/sssssssssssssssss.

, riiiiiiiiiiiiinim , irrrrrrrrrrrrrrrrm , iiiiiiiiiiiiiinim ,

1948-1969 197 0-1979 1980-1999 1990-1999

1,4% I,1..........

: 5,3 % я

tj 3,9 % 5®

1,3%

9prn9

□ prn3

□ prn2 Qprn1

Рис. 1. Удельный вес штаммов B. pertussis с аллельными вариантами ptxA, ptxB эпидемического процесса коклюшной инфекции.

2000-2005 2006-2010

ptxC, ptxP и prn генов в различные периоды

с ргпЗ аллелем, по сравнению со штаммами с pm2 аллелем [1, 2, 4, 11, 14]. Изучение структуры гена prn у штаммов B. pertussis, выделенных от больных коклюшем в начале этого века, показало, что большинство (97,9 %) штаммов B. pertussis характеризовались «невакцинными» prn2 и prn3 аллелями гена пертактина. В 2006 — 2010 гг. у цир-

кулирующих штаммов B. pertussis наблюдается большая гетерогенность «невакцинных» аллелей:

89,5 % штаммов характеризуются «невакцинным» pm2 аллелем, 5,3 % штаммов — «невакцинным» pm3 аллелем, и впервые выявлены 1,3 % штаммов с другим «невакцинным» pm9 аллелем, последовательность нуклеотидов которого соответствует

последовательности нуклеотидов pm2 аллеля, но имеющим дополнительный фрагмент в 30 п.н. и, следовательно, более удлиненный Pm белок, что существенно отличает его от «вакцинного» pml аллеля. Все эти изменения произошли в иммуно-генных областях, которые участвуют в инициации иммунного ответа. Эти повторяющиеся области сближены в полипептидной цепи и формируют единый конформационный эпитоп, который участвует во взаимодействии с протективными антителами, поэтому произошедшие изменения оказывают существенное влияние на процесс формирования иммунного ответа [9, 13].

При изучении структуры гена ptxB, кодирующего S2 субъединицу В-комплекса коклюшного токсина, оказалось, что вплоть до настоящего времени вся циркулирующая популяция штаммов B. pertussis и все три вакцинных штамма несли «вакцинный» ptxBl аллель этого гена (рис. 1). Однако впервые в 2007 г. были выявлены два современных штамма B. pertussis с новым «невакцинным» ptxB2 аллелем, имеющим значимые мутационные изменения в структуре гена ptxB. Этот аллель характеризуется наличием значимых мутаций в положениях 65-ом и 290-ом нуклеотидной последовательности, которые сопровождаются контрастными заменами на аминокислотном уровне — серина на цистеин (S22C) и валина на глутаминовую кислоту (V97Glu), что оказывает существенное влияние, как на скорость сборки самой субъединицы, так и на транспорт А-комплекса внутрь клетки хозяина. Следует отметить, что штаммы B. pertussis, имеющие такие значимые мутационные изменения в структуре гена ptxB, также появились в единичных случаях и в других странах Европы (не опубл. данным F.R. Mooi)

Наименьшие различия у современных циркулирующих штаммов B. pertussis, выделенных от больных коклюшем, отмечены в структуре гена ptxC, кодирующего S3 субъединицу В-комплекса коклюшного токсина (рис. 1). Структура этого гена у штаммов B. pertussis соответствовала одному из двух аллелей гена ptxC — ptxC1 или ptxC2. Все штаммы B. pertussis, выделенные в 1948—1979 гг., и три вакцинных штамма характеризовались наличием «вакцинного» ptxC1 аллеля гена. В 1980—1999 гг. удельный вес таких штаммов составил 92,0 %. Вместе с тем, в начале 1980-х годов в циркулирующей популяции стали регистрировать единичные штаммы (8,0 %) с новым «невакцинным» ptxC2 аллелем. Среди штаммов, выделенных в 2000 — 2005 гг., только 14,0 % штаммов несли старый «вакцинный» ptxC1 аллель и 86,0 % штаммов характеризовались новым «невакцинным» ptxC2 аллелем, удельный вес которых в 2006 — 2010 гг. увеличился до 88,3 %. «Невакцинный» ptxC2 аллель отличается наличием незначимой мутации в положении 681 нуклеотидной последовательности, однако, как показано зарубежными исследованиями [2, 5], штаммы с «невакцинным» ptxC2 аллелем относятся к определенному PFGE-профилю, обозначенному как BpSR11, и вызвали рост заболева-

емости коклюшем с 1990-х годов прошлого века в Европейском регионе.

Нами не были обнаружены изменения в структуре генов ptxD и ptxE, кодирующих S4 и S5 субъединицы В-комплекса коклюшного токсина. Все изученные штаммы B. pertussis, так же, как и производственные вакцинные штаммы, по структуре этих генов были однородны, т.е. генетической вариабельности не выявлено, что коррелирует с результатами, полученными при изучении штаммов B. pertussis, выделенных в различных странах мира [1].

Учитывая многочисленные данные, свидетельствующие о значимости для адаптации патогенных возбудителей, наличия у них регуляторных систем, оказывающих влияние на уровень продукции факторов патогенности, нами изучены особенности структуры промоторной области коклюшного токсина (ptxP), которая отвечает за связывание с димером BvgA, являющимся глобальным регулятором экспрессии факторов патогенности у возбудителя коклюша. При секвенировании выявлены штаммы B. pertussis, имеющие один из трех аллелей промотора — ptxP1, ptxP2 или ptxP3 аллели. Среди штаммов B. pertussis, выделенных в допрививочный период, 71,4 % штаммов имели «невакцинный» ptxP2 аллель и 28,6 % штаммов — «вакцинный» ptxP1 аллель. Два вакцинных штамма характеризовались наличием «вакцинного» ptxP1 аллеля (рис. 1). Один штамм B. pertussis, вошедший в состав АКДС-вакцины через 10 лет после введения массовой иммунизации, имеет «невакцинный» ptxP2 аллель, отличающийся от «вакцинного» ptxP1 аллеля значимой мутацией, но расположенной вне области, отвечающей за связывание с BvgA димером. В последующие годы отмечается постепенное увеличение удельного веса штаммов с ptxP1 аллелем до 41,7 % в 1960—1969 гг. и 70,6 % в 1970— 1979 гг. и уменьшение удельного веса штаммов с ptxP2 аллелем до 58,3 % в 1960—1969 гг. и 29,4 % в 1970 — 1979 гг. В 1980—1989 гг. удельный вес штаммов с ptxP1 аллелем составил 95,0 %, а с ptxP2 аллелем снизился до 5,0 %. В 1990—1999 гг. впервые зарегистрированы в 11,1 % случаев штаммы B. pertussis, несущие новый «невакцинный» ptxP3 аллель, который характеризуется наличием значимой мутации в ( — 65) положении нуклеотидной последовательности промотора. Такая замена находится в одном из основных сайтов связывания с димером BvgA, который расположен в коровой области в чувствительной зоне промотора. Точность присоединения димера на такой сайт и прочность образуемой связи влияют на экспрессию оперона ptx и, следовательно, на уровень продукции коклюшного токсина. Среди штаммов B. pertussis, выделенных в последние десять лет, большинство (93,3 %) штаммов характеризуются «невакцинным» ptxP3 аллелем, 2,7 % штаммов — «невакцинным» ptxP2 и 4,0 % штаммов — «вакцинным» ptxP1 аллелями. Следовательно, в современной популяции штаммов B. pertussis, вызывающих заболевание коклюшем, доминируют штаммы с

новым «невакцинным» ptxP3 аллелем промотора. Нами проанализировано влияние обнаруженных мутационных изменений, произошедших в промоторе коклюшного токсина, на вирулентные свойства современных штаммов. Оказалось, что большинство изученных штаммов B. pertussis, характеризующихся «невакцинным» ptxP3 аллелем, имели высокую степень вирулентности, т.е. можно сказать, что мутационные изменения в структуре ptxP влияют на высокую продукцию современными штаммами коклюшного токсина. Подтверждением значимости произошедших в ptxP мутационных изменений являются исследования, проведенные в Нидерландах с помощью ELISA [2,

6, 10], по сравнительному анализу количества продукции белков пертактина и коклюшного токсина штаммами B. pertussis с различными аллельными вариантами промотора. Установлено, что штаммы B. pertussis, несущие новый «невакцинный» ptxP3 аллель, продуцировали значительно больше коклюшного токсина, чем штаммы со старым «вакцинным» ptxP1 аллелем. Кроме того, клинико-лабораторные сопоставления показали, что штаммы B. pertussis, несущие новый «невакцинный» ptxP3 аллель, были более вирулентными и вызывали более тяжелое клиническое течение заболевания коклюшем.

Для понимания эволюционных процессов, происходящих в популяции возбудителя коклюша, проведен анализ динамики распространения штаммов B. pertussis в различные периоды эпидемического процесса коклюшной инфекции. Установлено, что появление мутационных изменений с формированием новых аллелей генов происходит поступательно, затрагивая как гены детерминант, определяющих основные патоморфологические процессы в клетках, так и гены, кодирующие детерминанты адгезии возбудителя (рис. 2). Так, для штаммов B.pertussis, выделенных в допрививочный период, характерным было наличие «вакцинных» ptxA4/ptxA2, ptxB1, ptxd аллелей генов, кодирующих А- и две (S2 и S3) субъединицы В-комплексов коклюшного токсина, ptxP1 аллель промотора и prn1 аллель гена пертактина. С середины 1960-х

годов, т.е. через 10 лет проведения массовой иммунизации, в популяции появились штаммы с новым «невакцинным» ptxA1 аллелем гена, кодирующим А-комплекс. В последующие годы (1970-е) - удельный вес таких штаммов увеличился до 16,1 %, а начиная с 1980-х годов штаммы, несущие «невакцинный» ptxA1 аллель гена, стали доминирующими в популяции.

Далее изменения затронули ген prn, кодирующий пертактин — главный адгезин возбудителя коклюша, с появлением в 1970-е годы, т.е. через 20 лет проведения массовой иммунизации, штаммов B. pertussis сначала с новым «невакцинным» prn3 аллелем, а затем к концу 1980-х годов с другим «невакцинным» prn2 аллелем гена, которые в последующие годы заняли доминирующее положение в популяции. В последние годы произошли дальнейшие изменения в структуре этого гена — появились единичные штаммы также с новым «невакцинным» prn9 аллелем гена, имеющим еще более значимые мутации. Изучение штаммов B. pertussis, выделенных в последние пять лет (2006 — 2010 гг.), показало, что новый «невакцинный» ptxA1 аллель характеризует структуру гена, кодирующего А-комплекс КТ, современных штаммов в 92,1 % случаев; в 96,1 % случаях преобладают штаммы с «невакцинными» prn2, prn3 и prn9 аллелями гена пертактина; постепенно увеличивается удельный вес (до 88,3 %) штаммов с «невакцинным» ptxC2 аллелем, кодирующим S3 субъединицу В-комплекса коклюшного токсина, и новым «невакцинным» ptxP3 аллелем промотора (93,3 %), а также среди циркулирующих штаммов появились единичные штаммы с «невакцинным» ptxB2 аллелем, S2 субъединицу В-комплекса коклюшного токсина.

Полученными нами данные коррелируют с исследованиями, проводимыми в более чем 30 странах мира на четырех континентах и показавшими подобные изменения в основных генах патогенности B. pertussis. Смена циркулирующих штаммов

B. pertussis со старыми «вакцинными» аллелями основных генов патогенности, характерными для штаммов, входящих в цельноклеточные вакцины, на штаммы с новыми «невакцинными» аллелями

Рис. 2. Динамика появления штаммов B.pertussis с новыми «невакцинными» аллелями генов, кодирующих А-рхА) и В-(р^С) комплексы коклюшного токсина, его промоторную область (р^Р) и пертактин (ргп).

этих генов носит глобальный «общемировой» характер [1—7, 10, 11, 14]. Все это свидетельствует о необратимости эволюционных процессов изменчивости основных детерминант патогенности штаммов B. pertussis, что расширяет приспособительные возможности возбудителя коклюша и способствует его адаптации в меняющихся условиях существования, и прежде всего, в условиях длительной массовой иммунизации. Учитывая математическое моделирование, можно говорить о селективном давлении массовой иммунизации населения на эволюцию возбудителя с высокой степенью вирулентности. Происходит клональная экспансия штаммов возбудителя коклюша с новой генетической структурой основных факторов патогенности, которая не соответствует генетической структуре штаммов B. pertussis, используемых для производства вакцинных препаратов. Это указывает на необходимость продолжения исследований по выявлению генетических изменений в штаммах возбудителя коклюша с целью установления механизмов формирования популяции в различные периоды эпидемического процесса коклюшной инфекции и обосновывает замену штаммов при производстве новых перспективных вакцинных препаратов для профилактики коклюша с учетом генотипических свойств штаммов, как дополнительного критерия их отбора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Analysis of Bordetella pertussis Populations in European Countries with Different Vaccination Policies / S.C.M. van Amersfoorth [et al.] // J. Clin. Microbiol. - 2005. - N 43. - P. 2837-2843.

2. Analysis of Swedish Bordetella pertussis isolates with three typing methods: characterization of an epidemic lineage / A. Advani [et al.] // J. of Microbiological Methods. - 2009. - Vol. 78. -P. 297-301.

3. Antigenic divergence between B. pertussis clinical isolates from Moscow, Russia, and vaccine strains / O. Borisova [et al.] // J. Clin. and Vaccine Immunology. - 2007. - Vol. 14, N 28. - P. 234-238.

4. Antigenic variants in Bordetella pertussis strains isolated from vaccinated and unvaccinated children / P. Mastrantonio [et al.] // Microbiology. - 1999. -Vol. 145. - P. 2069-2075.

5. B. pertussis strains circulating in Europe in 1999 to 2004 as determined by pulsed-field gel electrophoresis / H. Hallander [et al.] // J. Clin. Microbiol. - 2007. - Vol. 45, N 10. - P. 3257-3262.

6. Bordetella pertussis with increased pertussis toxin production associated with pertussis resurgence / F.R. Mooi [et al.] // Emerg. Infect. Dis. - 2009. -Vol. 15. - P. 1206-1213.

7. Comparison of Bordetella pertussis and Bordetella parapertussis Isolates circulating in Saint Petersburg between 1998 and 2000 with Russian vaccine strains / N. Kourova [et al.] // J. Clin. Microbiol. - 2003. - N 41. - P. 3706-3711.

8. Human T cell clones define S1 subunit as the most immunogenic moiety of pertussis toxin and

determine its epitope map / M.T. de Magistrics [et al.] // J. Exp. Med. - 1989. - Vol. 169. - P. 1519 — 15З2.

9. Identification and characterization of a protective immunodominant B cell epitope of pertactin (P. 69) from Bordetella pertussis / I.G. Charles [et al.] // Eur. J. Immunology. — 1991. — Vol. 21. — P. 1147—115З.

10. Mooi F.R.. Bordetella pertussis and vaccination: The persistence of a genetically monomorphic pathogen // J. Infection, genetics and evolution. -2009. - P. 1-14.

11. Polymorphism in Bordetella pertussis pertactin and pertussis toxin virulence factors in the United States, 19З5—1999 / P. Cassiday [et al.] // J. Infect. Dis. - 2000. - Vol. 182. - P. 1402-1408.

12. Resurgence of pertussis in Europe / L.P. Celen-tano [et al.] // J. Pediatr. Infect. Dis. — 2005. — Vol. 24 (9). - P. 761 -765.

13. Role of the polymorphic region 1 of the Bordetella pertussis protein pertactin in immunity / A.J. King [et al.] // J. Microbiology. — 2001. — Vol. 147. - P. 2885-2895.

14. Sequence variation and conservation in virulence-related genes of Bordetella pertussis isolates from the UK / E.R. Packard [et al.] // J. Med Microb. — 2004. - N 5З. - P. З55-З65.

15. Герасимова А.Г., Петрова М.С., Тихонова Н.Т. Клинико-эпидемиологическая характеристика современного коклюша // Новости вак-цинопрофилактики: Вакцинация. — 2004. — Т. 5, № З5. - С. 4-5.

16. Динамика изменчивости основных генов патогенности штаммов Bordetella pertussis, выделенных от больных коклюшем в г. Москве (1948 — 2005 гг.) / И.К. Мазурова [и др.] // Журнал молекулярной медицины. — 2008. — № 1. — С. 40 — 45.

17. Лыткина И.Н., Чистякова Г.Г., Филатов Н.Н. Заболеваемость коклюшем в Москве и организация мероприятий по ее снижению // Новости вак-цинопрофилактики: Вакцинация. — 2004. — Т. 5, № З5. - С. 8-9.

18. Молекулярно-генетическая характеристика штаммов Bordetella pertussis, выделенных в различные периоды эпидемического процесса коклюшной инфекции / И.К. Мазурова [и др.] // Ж. молекулярная генетика, микробиология и вирусология. — 2005. — № 4. — С. 21—25.

19. Особенности коклюшной инфекции в различные периоды эпидемического процесса в г. Москве / О.Ю. Борисова [и др.] // Журнал эпидемиология и вакцинопрофилактика. - 2010. -№ 4. - С. ЗЗ — З9.

20. Особенности эпидемиологии и клиники коклюша в период эпидемического неблагополучия / М.С. Петрова [и др.] // Проблемы инфекционных болезней : сб. научн. тр. — 2000. —

Ч. 1. - С. 80-86.

21. Особенности эпидемического процесса коклюшной инфекции в Москве на современном этапе / Г.Г. Чистякова [и др.] // ЖМЭИ. — 2005. — № 5. - С. З5 — 40.

22. Семенов Б.Ф., Захарова Н.С., Мазурова И.К. Подъем заболеваемости коклюшем на фоне массовой вакцинации. Гипотезы, объясняющие этот феномен // ЖМЭИ. — 2003. — № 6. —

С. 70-73.

2З. Сигаева Л.А., Кузнецова Л.С., Окинше-вич Е.А. Заболеваемость коклюшем и состояние привитости // Ж. микробиологии. — 1986. — № З.

- С. 4З — 47.

Сведения об авторах

Алешкин Владимир Андрианович - доктор биологических наук, профессор, директор Федерального бюджетного учреждения науки «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (125212, Россия, г. Москва, ул. Адмирала Макарова, д. 10)

Борисова Ольга Юрьевна - доктор медицинских наук, главный научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной инфекции Федерального бюджетного учреждения науки «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. ГН. Габричевского» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (125212, г. Москва, ул. Адмирала Макарова, д. 10; тел. 8 (495) 4592146, 8(916)1471960; e-mail: [email protected], Гадуа Натия Торникеевна - младший научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной инфекции Федерального бюджетного учреждения науки «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (125212, Россия, г. Москва, ул. Адмирала Макарова, д. 10)

Мазурова Изабелла Константиновна - доктор медицинских наук, профессор, заведующая лабораторией диагностики дифтерийной инфекции Федеральное бюджетное учреждение науки «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (125212, Россия, г. Москва, ул. Адмирала Макарова, д. 10)

FEATURES OF GENOTYPiNG VARIABILITY OF STRAINS OF BORDETELLA PERTUSSIS ALLOCATED FROM PATIENTS WITH WHOOPING COUGH IN RUSSIA

Текст научной работы на тему «Особенности генотипической изменчивости штаммов Bordetella pertussis, выделенных от больных коклюшем в России»