Эпидемиологическая значимость молекулярной изменчивости генома изолятов Pseudomonas aeruginosa, вызывающих хроническую инфекцию легких у больных муковисцидозом

Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019; 21(4):340-351

​ Шагинян И.А., Аветисян Л.Р., Чернуха М.Ю., Сиянова Е.А., Бурмистров Е.М., Воронкова А.Ю., Кондратьева Е.И., Чучалин А.Г., Гинцбург А.Л.
10.36488/cmac.2019.4.340-351
хроническая инфекция легких P. aeruginosa полногеномное секвенирование изменчивость мутации
Раздел
Опыт работы
Тип
Оригинальная статья
Публикация
Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019; 21(4):340-351

Цель.

Представить данные об одном из основных механизмов молекулярной изменчивости P. aeruginosa, вызывающей хроническую инфекцию легких у больных муковисцидозом.

Материалы и методы.

На протяжении 10 лет исследовано 1800 мазков из зева и образцов мокроты от больных муковисцидозом. Идентификацию P. aeruginosa проводили классическими методами и с помощью тест-системы API 20NE (bioMerieux, Франция). Чувствительность к антимикробным препаратам определяли диско-диффузионным методом и с помощью АТВТМ PSE 5 (bioMerieux, Франция). Генотипирование проводили методом RAPD-ПЦР и MLST. Полногеномное секвенирование трех изолятов P. aeruginosa провели на платформе Ion PGM Torrent с наборами Ion Sequencing Kit и чипами 316v1 (Life Technologies Thermo Fisher, США) по протоколу производителя. Первичная аннотация была проведена с помощью онлайн программы RAST.

Результаты.

При проведении мониторинга хронической инфекции легких у больных МВ выявили 3 основных варианта изменчивости возбудителей: гетерогенность популяции возбудителя, микроэволюция возбудителя и смена одного вида возбудителя на другой вид или на тот же вид другого генотипа. Показано, что изменчивость генома возбудителей обусловлена приобретением мобильных генетических элементов (плазмид); мутациями в хромосомных генах, ответственных за устойчивость к антибиотикам, обеспечивающих жизнеспособность и выживаемость возбудителя при персистенции в организме больного; изменениями в профаговых регионах возбудителя.

Выводы.

Эпидемиологическая значимость обнаруженных молекулярных механизмов изменчивости заключается, прежде всего, в способности штаммов к формированию эпидемически значимых клонов и необходимости в связи с этим разработки противоэпидемических мероприятий, направленных на ограничение их формирования и распространения.

Шагинян И.А.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

Аветисян Л.Р.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

Марина Юрьевна Чернуха

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

Сиянова Е.А.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

Бурмистров Е.М.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

Воронкова А.Ю.

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова», Москва, Россия

Кондратьева Е.И.

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова», Москва, Россия

Чучалин А.Г.

ФГБУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России, Москва, Россия

Гинцбург А.Л.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, Москва, Россия

  • 1. Chernukha M.Yu., Shaginyan I.A. Microbiology of chronic lung infection in patients with cystic fibrosis. In: Cystic fibrosis. M.: Medpraktika-M; 2014. 672 p. Russian. (Чернуха М.Ю., Шагинян И.А. Микробиология хронической инфекции легких у больных муковисцидозом. В книге «Муковисцидоз». М.: Медпрактика-М, 2014. 672 с.).
  • 2. Shaginyan I.A., Chernukha M.Yu., Kapranov N.I., Kondrateva E.I., Kashirskaja N.Ju., Amelina E.L., et al. Consensus "Cystic fibrosis: definition, diagnostic criteria, therapy". Section "Microbiology and epidemiology of chronic respiratory infection in cystic fibrosis" Pediatria. 2016;7(6):80-96. Russian. (Шагинян И.А., Чернуха М.Ю., Капранов Н.И., Кондратьева Е.И., Каширская Н.Ю., Амелина Е.Л. и соавт. Консенсус «Муковисцидоз: определение, диагностические критерии, терапия». Раздел «Микробиология и эпидемиология хронической респираторной инфекции при муковисцидозе» Педиатрия. 2016;7(6):8096.). DOI: 10.17816/PED7180-96
  • 3. Shaginyan I.A., Chernukha M.Yu., Avetisyan L.R., Sijanova E.A., Kuljastova D.G., Medvedeva O.S., et al. Epidemiological features of chronic lung infection in patients with cystic fibrosis. Epidemiologiia i vakcinoprofilaktika. 2017;6:5-13. Russian. (Шагинян И.А., Чернуха М.Ю., Аветисян Л.Р., Сиянова Е.А., Кулястова Д.Г., Медведева О.С. и соавт. Эпидемиологические особенности хронической инфекции легких у больных муковисцидозом. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2017;6:5-13.). DOI: 10.31631/2073-3046-2017-16-6-5-13
  • 4. Chernukha M.Yu., Avetisyan L.R., Shaginyan I.A., Alekseeva G.V., Avakjan L.V., Kashirskaja N.Ju., et al. Microbiological diagnosis algorithm for chronic lung infection in patients with cystic fibrosis. Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterapija. 2014;16(4):278-290. Russian. (Чернуха М.Ю., Аветисян Л.Р., Шагинян И.А., Алексеева Г.В., Авакян Л.В., Каширская Н.Ю. и соавт. Алгоритм микробиологической диагностики хронической инфекции лёгких у больных муковисцидозом. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2014;16(4):278-290.).
  • 5. Curran B., Jonas D., Grundmann H., Pitt T., Dowson C.G. Development of a multilocus sequence typing scheme for the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa. J Clin Microbiol. 2004;42(12):5644-5649. DOI: 10.1128/JCM.42.12.5644-5649.2004
  • 6. Oliver A., Canton R., Campo P., Baquero F, Blázquez J. High frequency of hypermutable Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis lung infection. Science. 2000;288:1251-1254. DOI: 10.1126/science.288.5469.1251
  • 7. Dubodelov D.V., Lubasovskaya L. A., Shubina E.S., Mukosej I.S., Korostin D.O., Kochetkova T.O., et al. Genetic determinants of resistance of hospital-associated strains of Klebsiella pneumoniae to β-lactam antibiotics isolated in neonates. Genetika. 2016;52(9):1097-1102. Russian. (Дубоделов Д.В., Любасовская Л.А., Шубина Е.С., Мукосей И.С., Коростин Д.О., Кочеткова Т.О. и соавт. Генетические детерминанты резистентности к бета-лактамным антибиотикам госпитальных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных у новорожденных. Генетика. 2016; 52(9):1097-1102.). DOI: 10.1134/S1022795416090040
  • 8. Buermans H.P., den Dunnen J.T. Next generation sequencing technology: advances and application. Biochim Biophys Acta. 2014;1841(10):932-1941. DOI: 10.1016/j.bbadis.2014.06.015
  • 9. Pirnay J.P., De Vos D., Mossialos D., Bilocq F., Vanderkelen A., Zizi M., et al. Analysis of the Pseudomonas aeruginosa oprD gene from clinical and environmental isolates. Environ Microbiol. 2002;4:872-882. DOI: 10.1046/j.1462-2920.2002.00281.x
  • 10. Fernandez L., Gooderham W.J., Bains M., McPhee J.B., Wiegand I., Hancock R.E., et al. Adaptive resistance to the ‘Last Hope’ antibiotics polymyxin B and colistin in Pseudomonas aeruginosa is mediated by the novel two-component regulatory system ParRParS. Antimicrob Agents Chemother. 2010;54:3372-3382. DOI: 10.1128/AAC.00242-10
  • 11. Köhler T., Michea-Hamzehpour M., Henze U., Gotoh N., Curty L.K., Pechère J.C. Characterization of MexE-MexF-OprN, a positively regulated multidrug efflux system of Pseudomonas aeruginosa. Mol Microbiol. 1997;23:345-354. DOI: 10.1046/j.1365-2958.1997.2281594.x
  • 12. Kohler T., Kok M., Michea-Hamzehpour M., Plesiat P., Gotoh N., Nishino T., et al. Multidrug efflux in intrinsic resistance to trimethoprim and sulfamethoxazole in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother.1996;40:2288-2290. DOI: 10.1128/AAC.40.10.2288
  • 13. Li X.Z., Zhang L., Srikumar R., Poole K. Beta-lactamase inhibitors are substrates for the multidrug efflux pumps of Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother. 1998;42:399-403. PMID: 9527793
  • 14. Srikumar, R., Kon T., Gotoh N., Poole K. Expression of Pseudomonas aeruginosa multidrug efflux pumps MexA-MexBOprM and MexC-MexD-OprJ in a multidrug-sensitive E. coli strain. Antimicrob Agents Chemother. 1998;42:65-71. DOI: 10.1128/AAC.42.1.65
  • 15. Poole K., Srikumar R. Multidrug efflux in Pseudomonas aeruginosa: components, mechanisms, and clinical significance. Curr Top Med Chem. 2001;1(1)59-71. DOI: 10.2174/1568026013395605
  • 16. Maseda H., Sawada I., Saito K., Uchiyama H., Nakae T., Nomura N., et al. Enhancement of the mexAB-oprM efflux pump expression by a quorum-sensing autoinducer and its cancellation by a regulator, MexT, of the mexEF-oprN efflux pump operon in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother. 2004;48(4):1320-8. DOI: 10.1128/AAC.48.4.13201328.2004
  • 17. Masuda N., Sakagawa E., Ohya S., Gotoh N., Tsujimoto H., Nishino T., et al. Contribution of the MexX-MexY-OprM efflux system to intrinsic resistance in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother. 2000;44:2242-2246. DOI: 10.1128/AAC.44.9.2242-2246.2000
  • 18. Schweizer H.P. Efflux as a mechanism of resistance to antimicrobials in Pseudomonas aeruginosa and related bacteria: unanswered questions. Genet Mol Res. 2003;2:48-62. PMID: 12917802
  • 19. Van Delden C., Iglewski B.H. Cell-to-cell signaling and Pseudomonas aeruginosa infections. Emerg Infect Dis. 1998;4:551-560. DOI: 10.3201/eid0404.980405
  • 20. Hentzer M., Wu H., Andersen J.B., Riedel K., Rasmussen T.B., Bagge N., et al. Attenuation of Pseudomonas aeruginosa virulence by quorum sensing inhibitors. EMBO J. 2003;22:38033815. DOI: 10.1093/emboj/cdg366
  • 21. Schuster M., Lostroh C.P., Ogi T., Greenberg E.P. Identification, timing, and signal specificity of Pseudomonas aeruginosa quorum-controlled genes: a transcriptome analysis. J Bacteriol. 2003;185:2066-2079. DOI: 10.1128/JB.185.7.20662079.2003
  • 22. Heurlier K., Dénervaud V., Haenni M., Guy L., Krishnapillai V., Haas D. Quorum-sensing-negative (lasR) mutants of Pseudomonas aeruginosa avoid cell lysis and death. J Bacteriol. 2005;187(14):4875-4883. DOI: 10.1128/JB.187.14.48754883.2005
  • 23. LaFayette S.L., Houle D., Beaudoin T. Wojewodka G., Radzioch D., Hoffman L.R., et al. Cystic fibrosis-adapted Pseudomonas aeruginosa quorum sensing lasR mutants cause hyper inflammatory responses. Sci Adv. 2015;1(6). DOI: 10.1126/sciadv.1500199
  • 24. Hoffman L.R., Richardson A.R., Houston L.S., Kulasekara H.D., Martens-Habbena W., Klausen M., et al. Nutrient availability as a mechanism for selection of antibiotic tolerant Pseudomonas aeruginosa within the CF airway. PLoS Pathog. 2010;8;6(1). DOI: 10.1371/journal.ppat.1000712
  • 25. Sachadyn P. Conservation and diversity of MutS proteins. Mutat Res. 2010;694(1-2):20-30. DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2010.08.009
  • 26. Hayashi F., Smith K.D., Ozinsky A. Hawn T.R., Yi E.C., Goodlett D.R., et al. The innate immune response to bacterial flagellin is mediated by Toll-like receptor 5. Nature. 2001;410:1099-1103. DOI: 10.1038/35074106
  • 27. Jyot J., Sonawane A., Wu W. Genetic mechanisms involved in the repression of flagellar assembly by Pseudomonas aeruginosa in human mucus. Mol Microbiol. 2007;63:1026-1038. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05573.x
  • 28. LaFayette S.L., Houle D., Beaudoin T., Wojewodka G., Radzioch D., Hoffman L.R., et al. Cystic fibrosis-adapted Pseudomonas aeruginosa quorum sensing lasR mutants cause hyper inflammatory responses. Sci Adv. 2015;1(6). pii: e1500199. DOI: 10.1126/sciadv.1500199
  • 29. Ramphal R., Balloy V., Jyot J., Verma A., Si-Tahar M., Chignard M. Control of Pseudomonas aeruginosa in the lung requires the recognition of either lipopolysaccharide or flagellin. J Immunol. 2008;181(1):586-592. DOI: 10.4049/jimmunol.181.1.586
  • 30. Jia, J., Alaoui-El-Azher M., Chow M., Chambers T.C., Baker H., Jin S. c-Jun NH2-terminal kinase-mediated signaling is essential for Pseudomonas aeruginosa ExoS-induced apoptosis. Infect Immun. 2003;71:3361-3370. DOI: 10.1128/IAI.71.6.33613370.2003
  • 31. Hueck C.J. Type III protein secretion systems in bacterial pathogens of animals and plants. Microbiol Mol Biol Rev. 1998;62:379433. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2004.03.011
  • 32. Jain M., Ramirez D., Seshadri R., Cullina J.F., Powers C.A., Schulert G.S., et al. Type III secretion phenotypes of Pseudomonas aeruginosa strains change during infection of individuals with cystic fibrosis. J Clin Microbiol. 2004;42(11):5229-5237. DOI: 10.1128/JCM.42.11.5229-5237.2004
  • 33. Winstanley C., O'Brien S., Brockhurst M.A. Pseudomonas aeruginosa evolutionary adaptation and diversification in cystic fibrosis chronic lung infections. Trends Microbiol. 2016;24(5):327-337. DOI: 10.1016/j.tim.2016.01.008
  • 34. Reimmann C., Patel H.M., Walsh C.T., Haas D. PchC thioesterase optimizes nonribosomal biosynthesis of the peptide siderophore pyochelin in Pseudomonas aeruginosa. J Bacteriol. 2004;186(19):6367-6373. DOI: 10.1128/JB.186.19.63676373.2004
  • 35. Beliakov V.D., Golubev V.D., Kaminskij G.D. Self-regulation of parasitic systems: molecular genetic mechanisms. М., 1987, 240 p. Russian. (Беляков В.Д., Голубев Д.Б., Каминский Г.Д. Саморегуляция паразитарных систем: молекулярно-генетические механизмы. М., 1987, 240 с.)
  • 36. Avetisyan L.R., Shaginyan I.A., Chernukha M.Yu. The Basic Mechanisms of the Formation of Epidemically Significant Nosocomial Bacterial Clones. Uspekhi sovremennoi biologii. 2016;136(1):41-52. Russian. (Аветисян Л.Р., Шагинян И.А., Чернуха М.Ю. Основные механизмы формирования эпидемически значимых госпитальных клонов бактерий. Успехи современной биологии. 2016;136(1):41-52.) DOI: 10.1134/S2079086416040022
Просмотров
0 Аннотация
0 PDF
0 Цитирования
Поделились