Современные методы капсульного типирования Streptococcus pneumoniae: возможности и доступность для практической лаборатории | КМАХ

Современные методы капсульного типирования Streptococcus pneumoniae: возможности и доступность для практической лаборатории

Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022; 24(1):61-66

​ Чагарян А.Н., Иванчик Н.В., Миронов К.О., Муравьев А.А.
10.36488/cmac.2022.1.61-66
Streptococcus pneumoniae cps-локус серотипирование серологические методы ПЦР в режиме реального времени полногеномное секвенирование
Раздел
Микробиологическая диагностика
Тип
Обзор
Публикация
Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022; 24(1):61-66

Аннотация

Пневмококковые конъюгированные вакцины содержат ограниченное количество серотипов – специфических антигенов S. pneumoniae. Для мониторинга эффективности программ вакцинопрофилактики важно контролировать уровень разнообразия серотипов циркулирующих пневмококков. В данном обзоре приведен анализ подходов, используемых для серотипирования пневмококков, и определены дальнейшие направления совершенствования методов выявления пневмококковых серотипов при проведении микробиологического мониторинга. Использование серологических методов и методов мультиплексной ПЦР позволяет идентифицировать только ограниченное число серотипов. Подходы, основанные на полногеномном секвенировании, могут с высокой точностью предсказать почти все серотипы, определить сиквенс-типы, выявить гены антибиотикорезистентности и вирулентности.

Чагарян Аида Нуримановна

НИИ антимикробной химиотерапии ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России, Смоленск, Россия

Иванчик Натали Владимировна

НИИ антимикробной химиотерапии ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России, Смоленск, Россия

Миронов К.О.

ФБУН «Центральный НИИ эпидемиологии» Роспотребнадзора, Москва, Россия

Муравьев А.А.

НИИ антимикробной химиотерапии ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России, Смоленск, Россия

  • 1. Antibiotic resistance threats in the United States. Available at: www.cdc.gov/DrugResistance/Biggest-Threats.html. Accessed Nov 2021.
  • 2. GBD 2016 Lower Respiratory Infections Collaborators. Estimates of the global, regional, and national morbidity, mortality, and aetiologies of lower respiratory infections in 195 countries, 1990-2016: a systematic analysis for the global burden of disease study 2016. Lancet Infect Dis. 2018;18:1191-1210. DOI: 10.1016/S14733099(18)30310-4
  • 3. Briles D.E., Crain M.J., Gray B.M., Forman C., Yother J. Strong association between capsular type and virulence for mice among human isolates of Streptococcus pneumoniae. Infect Immun. 1992;60:111-116. DOI: 10.1128/iai.60.1.111-116.1992
  • 4. Larson T.R., Yother J. Streptococcus pneumoniae capsular polysaccharide is linked to peptidoglycan via a direct glycosidic bond to beta-D-N-acetylglucosamine. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114:5695-5700. DOI: 10.1073/pnas.1620431114
  • 5. Bentley S.D., Aanensen D.M., Mavroidi A., Saunders D., Rabbinowitsch E., Collins M., et al. Genetic analysis of the capsular biosynthetic locus from all 90 pneumococcal serotypes. PLoS Genet. 2006;2:e31. DOI: 10.1371/journal.pgen.0020031
  • 6. Geno K.A., Gilbert G.L., Song J.Y., Skovsted I.C., Klugman K.P., Jones C., et al. Pneumococcal capsules and their types: past, present, and future. Clin Microbiol Rev. 2015;28(3):871-899. DOI: 10.1128/CMR.00024-15
  • 7. Calix J.J., Porambo R.J., Brady A.M., Larson T.R., Yother J., Abeygunwardana C., et al. Biochemical, genetic, and serological characterization of two capsule subtypes among Streptococcus pneumoniae serotype 20 strains: discovery of a new pneumococcal serotype. J Biol Chem. 2012;287:27885-27894. DOI: 10.1074/jbc.M112.380451
  • 8. Yother J. Capsules of Streptococcus pneumoniae and other bacteria: paradigms for polysaccharide biosynthesis and regulation. Annu Rev Microbiol. 2011;65:563-581. DOI: 10.1146/annurev.micro.62.081307.162944
  • 9. Aanensen D.M., Mavroidi A., Bentley S.D., Reeves P.R., Spratt B.G. Predicted functions and linkage specificities of the products of the Streptococcus pneumoniae capsular biosynthetic loci. J Bacteriol. 2007;189:7856-7876. DOI: 10.1128/JB.00837-07
  • 10. Mavroidi A., Aanensen D.M., Godoy D., Skovsted I.C., Kaltoft M.S., Reeves P.R., et al. Genetic relatedness of the Streptococcus pneumoniae capsular biosynthetic loci. J Bacteriol. 2007;189:7841-7855. DOI: 10.1128/JB.00836-07
  • 11. Mayansky N.A., Alyabyeva N.M., Katosova L.K., Grechukha T.A., Pinelis V.G., Namazova-Baranova L.S. Determination of pneumococcal capsular serotypes by multiplex PCR. Questions of diagnostics in pediatrics. 2010;2(6):612. Russian. (Маянский Н.А., Алябьева Н.М., Катосова Л.К., Гречуха Т.А., Пинелис В.Г., НамазоваБаранова Л.С. Определение капсульных серотипов пневмококка методом мультиплексной ПЦР. Вопросы диагностики в педиатрии. 2010;2(6):6-12.)
  • 12. Miller E., Andrews N.J., Waight P.A., Slack M.P., George R.C. Herd immunity and serotype replacement 4 years after sevenvalent pneumococcal conjugate vaccination in England and Wales: an observational cohort study. Lancet Infect Dis. 2011;11(10):760-768. DOI: 10.1016/S14733099(11)70090-1
  • 13. Jauneikaite E., Tocheva A.S., Jefferies J.M.C., Gladstone R.A., Faust S.N., Christodoulides M., et al. Current methods for capsular typing of Streptococcus pneumoniae. J Microbiol Methods. 2015;113:41-49. DOI: 10.1016/j.mimet.2015.03.006
  • 14. Sørensen U.B. Typing of pneumococci by using 12-pooled antisera. J Clin Microbiol. 1993;31(8):2097-2100. DOI: 10.1128/jcm.31.8.2097-2100.1993
  • 15. Austrian R. The quellung reaction, a neglected microbiologic technique. Mt Sinai J Med. 1976;43(6):699-709. PMID: 13297
  • 16. Porter B.D., Ortika B.D., Satzke C. Capsular Serotyping of Streptococcus pneumoniae by latex agglutination video link. J Vis Exp. 2014;91:e2477. DOI: 10.3791/51747
  • 17. Habib M., Porter B.D., Satzke C. Capsular serotyping of Streptococcus pneumoniae using the quellung reaction video link. J Vis Exp. 2014;84:e2477. DOI: 10.3791/51208
  • 18. SSI Diagnostica. Streptococcus pneumoniae: textbook in diagnosis, serotyping, virulence factors and enzymelinked immunosorbent assay (ELISA) for measuring pneumococcal antibodies. Available at: www.oxfordbiosystems.com/Portals/0/PDF/Microbiology/SSI%20Book%20Streptococcus%20pneumonia.pdf. Accessed February 2021.
  • 19. SSI Diagnostica. Neufeld Test (Quellung reaction). Available at: www.oxfordbiosystems.com/Portals/0/PDF/Microbiology/SSI%20Book%20Streptococcus%20pneumonia.pdf. Accessed February 2021.
  • 20. SSI Diagnostica. Key to S. pneumoniae Types and Pneumococcal Diagnostic Antisera. Available at: www.oxfordbiosystems.com/Portals/0/PDF/Microbiology/SSI%20Book%20Streptococcus%20pneumonia.pdf. Accessed February 2021.
  • 21. Shakrin N.N.S.M., Balasubramaniam S.D., Yusof H.A., Mastuki M.F., Masri S.N. Taib N.M., et al. Evaluation of PCR-based approach for serotype determination of Streptococcus pneumoniae. Trop Biomed. 2013;30(2):338344. PMID: 23959499
  • 22. Siira L., Kaijalainen T., Lambertsen L., Nahm M.H., Toropainen M., Virolainen A. From Quellung to multiplex PCR, and back when needed, in pneumococcal serotyping. J Clin Microbiol. 2012;50(8):2727-2731. DOI: 10.1128/JCM.00689-12
  • 23. Slinger R., Hyde L., Moldovan I., Chan F., Pernica J.M. Direct Streptococcus pneumoniae real-time PCR serotyping from pediatric parapneumonic effusions. BMC Pediatr. 2014;14:189. DOI: 10.1186/1471-2431-14-189
  • 24. Yu J., Lin J., Kim K-H., Benjamin W.H., Nahm M.H. Development of an automated and multiplexed serotyping assay for Streptococcus pneumoniae. Clin Vaccine Immunol. 2011;18(11):1900-1907. DOI: 10.1128/CVI.05312-11
  • 25. Pai R., Gertz R.E., Beall B. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of Streptococcus pneumoniae isolates. J Clin Microbiol. 2006;44:124-131. DOI: 10.1128/JCM.44.1.124-131.2006
  • 26. Conventional PCR deduction of 40 pneumococcal serotypes or serogroups. Available at: www.cdc.gov/streplab/pcr.html. Accessed February 2021.
  • 27. Mauffrey F., Fournier E., Demczuk W., Martin I., Mulvey M., Martineau C., et al. Comparison of sequential multiplex PCR, sequetyping and whole genome sequencing for serotyping of Streptococcus pneumoniae. 2017;12(12):e0189163. DOI: 10.1371/journal.pone.0189163
  • 28. Mironov K.O., Platonov A.E., Kozlov R.S. Identification and serotyping of Russian strains of Streptococcus pneumoniae by PCR method. Kliniceskaa mikrobiologia i antimikrobnaa himioterapia. 2011;13(4):304-313. Russian. (Миронов К.О., Платонов А.Е., Козлов Р.С. Идентификация и серотипирование российских штаммов Streptococcus pneumoniae методом ПЦР. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2011;13(4):304-313.)
  • 29. Mironov K.O., Platonov A.E., Dunaeva E.A., Kuseva V.I., Shipulin G.A. Real-time PCR procedure for determination of Streptococcus pneumoniae serotypes. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2014;91(1):41-48. Russian. (Миронов К.О., Платонов А.Е., Дунаева Е.А., Кусева В.И., Шипулин Г.А. Методика ПЦР в режиме реального времени для определения серотипов Streptococcus pneumoniae. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014;91(1):41-48.)
  • 30. Sidorenko S., Rennert W., Lobzin Y, Briko N., Kozlov R., Namazova-Baranova L., et al. Multicenter study of serotype distribution of Streptococcus pneumoniae nasopharyngeal isolates from healthy children in the Russian Federation after introduction of PCV13 into the National Vaccination Calendar. Diagn Microbiol Infect Dis. 2020;96(1):114914. DOI: 10.1016/j.diagmicrobio.2019.114914
  • 31. Muravyov A.A., Chagaryan A.N., Ivanchik N.V., Kurkova A.A., Tsvetkova I.A., Kozlov R.S., et al. Epidemiology of S. pneumoniae serotypes isolated from persons over 18 years of age: healthy carriers, patients with acute otitis media, community-acquired pneumonia and invasive pneumococcal infection ("SPECTRUM" study). Kliniceskaa mikrobiologia i antimikrobnaa himioterapia. 2019;21(4):275-281. Russian. (Муравьев А.А., Чагарян А.Н., Иванчик Н.В., Куркова А.А., Цветкова И.А., Козлов Р.С. и соавт. Эпидемиология серотипов S. pneumoniae, выделенных у лиц старше 18 лет: здоровых носителей, пациентов с острым средним отитом, внебольничной пневмонией и инвазивной пневмококковой инфекцией (исследование «SPECTRUM»). Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019;21(4):275-281.) " doi: "10.36488/cmac.2019.4.275-281
  • 32. Mironov K.O., Korchagin V.I., Mikhaylova Yu.V., Yanushevich Yu.G., Shelenkov A.A., Chagaryan A.N., et al. Characterization of Streptococcus pneumoniae strains causing invasive infections using whole-genome sequencing. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2020;97(2):113-118. Russian. (Миронов К.О., Корчагин В.И., Михайлова Ю.В., Янушевич Ю.Г., Шеленков А.А., Чагарян А.Н. и соавт. Характеристика штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными пневмококковыми инфекциями, с использованием высокопроизводительного секвенирования. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020;97(2):113-118.) DOI: 10.36233/03729311-2020-97-2-113-118
  • 33. Mironov K.O., Gaponova I.I., Korchagin V.I., Mihailova Y.V., Shelenkov A.A., Kaptelova V.V., et al. Antigenic and genetic characterization of Streptococcus pneumoniae strains isolated from patients with invasive and non-invasive pneumococcal infections by using highthroughput sequencing. Zhurnal mikrobiologii, èpidemiologii i immunobiologii. 2021;98(5):512-518. Russian (Миронов К.О., Гапонова И.И., Корчагин В.И., Михайлова Ю.В., Шеленков А.А., Каптелова В.В. и соавт. Антигенная и генетическая характеристика штаммов Streptococcus pneumoniae, выделенных от больных инвазивными и неинвазивными пневмококковыми инфекциями, с использованием высокопроизводительного секвенирования. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021;98(5):512-518.) DOI: 10.36233/0372-9311-144
  • 34. Carvalho M.D.G., Pimenta F.C., Moura I., Roundtree A., Gertz R.E., Li Z., et al. Non-pneumococcal mitis-group streptococci confound detection of pneumococcal capsular serotype-specific loci in upper respiratory tract. PeerJ. 2013;1:e97. DOI: 10.7717/peerj.97
  • 35. Wyres L., Lambertsen M.et all. Pneumococcal capsular switching: a historical perspective. J Infect Dis. 2013;207(3):439-449. DOI: 10.1093/infdis/jis703
  • 36. Tonder A., Gladstone R., Lo S. Putative novel cps loci in a large global collection of pneumococci. Microb Genom. 2019;5(7):e000274. DOI: 10.1099/mgen.0.000274
  • 37. Epping L., van Tonder A.J., Gladstone R.A., Bentley S.D., Page A.J., Keane J.A. The Global Pneumococcal Sequencing Consortium. SeroBA: rapid high-throughput serotyping of Streptococcus pneumoniae from whole genome sequence data. Microb Genom. 2018;4(7):e000186. DOI: 10.1099/mgen.0.000186
  • 38. Kapatai G., Sheppard C.L., Al-Shahib A., Litt D.J., Underwood A.P., Harrison T.G., et al. Whole genome sequencing of Streptococcus pneumoniae: development, evaluation and verification of targets for serogroup and serotype prediction using an automated pipeline. PeerJ. 2016;4:e2477. DOI: doi.org/10.7717/peerj.2477
  • 39. Croucher N.J., Harris S.R., Fraser C., Quail M.A., Burton J., van derLinden M., et al. Rapid pneumococcal evolution in response to clinical interventions. Science. 2011;331(6016):331-434. DOI: 10.1126/science.1198545
  • 40. Song J.-H., Baek J.Y., Ko K.S. Comparison of capsular genes of Streptococcus pneumoniae serotype 6A, 6B, 6C, and 6D isolates. J Clin Microbiol. 2011;49(5):1758-1764. DOI: 10.1128/JCM.02628-10
  • 41. Xayarath B., Yother J. Mutations blocking side chain assembly, polymerization, or transport of a Wzy-dependent Streptococcus pneumoniae capsule are lethal in the absence of suppressor mutations and can affect polymer transfer to the cell wall. J Bacteriol. 2007;189:3369-3381. DOI: 10.1128/JB.01938-06
  • 42. Streptococcus pneumoniae MLST Databases. Available at: https://pubmlst.org/spneumoniae/. Accessed February 2021.
  • 43. Gladstone R.A., Lo S.W., Lees J.A., Croucher N.J., van Tonder A.J., Corander J., et al. International genomic definition of pneumococcal lineages, to contextualise disease, antibiotic resistance and vaccine impact. EBioMedicine. 2019;43:338-346. DOI: 10.1016/j.ebiom.2019.04.021
Просмотров
0 Аннотация
0 PDF
0 Цитирования
Поделились