Распространенность разных типов интегративного конъюгативного элемента SXT/R391, кодирующего множественную резистентость к антибиотикам, среди клинических штаммов возбудителя холеры

Цель работы – изучить распространенность разных типов SXT-элемента с различным составом генов резистентности к антибиотикам среди клинических штаммов возбудителя холеры Эль Тор, изолированных в России, Украине и эндемичных по холере странах Азии и Африки.

Материалы и методы. Объектами исследования служили 27 штаммов и нуклеотидные последовательности 77 штаммов Vibrio cholerae Эль Тор, представленные в NCBI GenBank. Определение структуры SXT-элемента и его типа проводили с помощью программ Mauve и BLAST v.2.9.0. Выявление филогенетических связей штаммов с разным типом SXT осуществляли с помощью программ Snippy v.4.6.0. и MrBayes v.3.2.7. Определение чувствительности к антибиотикам штаммов проводили в соответствии с МУК 4.2.2495-09.

Результаты и обсуждение. Среди изученных штаммов из России и Украины выявлено два типа SXT-элемента (ICEVchInd5 и ICEVchBan9), имеющих различный состав генов резистентности

к антибиотикам: floR, strAB, sul2, dfrA1 и floR, tetAR, strAB, sul2, dfrA1 соответственно. В то же время исследованные штаммы из стран Азии и Африки содержали пять типов SXT: ICEVchInd5, ICEVchBan9, ICEVchBan5, SXTTET, ICEVchInd5ΔVRIII, – различающихся между собой по размеру и/или составу генов резистентности. Из них три последних не обнаружены в России и Украине. В связи с высоким уровнем геномного разнообразия SXT в популяции холерных вибрионов в эндемичных регионах появляется риск завоза в Россию штаммов возбудителя холеры с измененной устойчивостью к антибиотикам. На основе SNP-анализа дана оценка филогенетических связей 76 штаммов с разным типом SXT и различными аллелями гена ctxB, кодирующего B-субъединицу холерного токсина. Показана тесная филогенетическая связь между штаммами с одинаковым типом SXT, изолированными в России и странах Азии, что подтверждает завоз возбудителя холеры с множественной резистентностью к антибиотикам из этого региона и необходимость постоянного мониторинга чувствительности холерных вибрионов к антимикробным препаратам.

1. Kaper J.B., Morris J.G., Levine M.M. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 1995; 8(1):48–86. DOI: 10.1128/CMR.8.1.48.

2. Носков А.К., Кругликов В.Д., Москвитина Э.А., Монахова Е.В., Левченко Д.А., Янович Е.Г., Водопьянов А.С., Писанов Р.В., Непомнящая Н.Б., Ежова М.И., Подойницына О.А. Характеристика эпидемиологической ситуации по холере в мире и в Российской Федерации в 2020 г. и прогноз на 2021 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2021; 1:43–51. DOI: 10.21055/0370-1069-2021-1-43-51.

3. Mutreja A., Kim D.W., Thomson N.R., Connor T.R., Lee J.H., Kariuki S., Croucher N.J., Choi S.Y., Harris S.R., Lebens M., Niyogi S.K., Kim E.J., Ramamurthy T., Chun J., Wood J.L., Clemens J.D., Czerkinsky C., Nair G.B., Holmgren J., Parkhill J., Dougan G. Evidence for several waves of global transmission in the seventh cholera pandemic. Nature. 2011; 477:462–5. DOI: 10.1038/nature10392.

4. Kitaoka M., Miyata S.T., Unterweger D., Pukatzki S. Antibio­ tic resistance mechanisms of Vibrio cholerae. J. Med. Microbiol. 2011; 60(Pt. 4):397–407. DOI: 10.1099/jmm.0.023051-0.

5. Waldor M.K., Tschäpe H., Mekalanos J.J. A new type of conjugative transposon encodes resistance to sulfamethoxazole, trimethoprim, and streptomycin in Vibrio cholerae O139. J. Bacteriol. 1996; 178(14):4157–65. DOI: 10.1128/jb.178.14.4157-4165.1996.

6. Hochhut B., Waldor M.K. Site-specific integration of the conjugal Vibrio cholerae SXT element into prfC. Mol. Microbiol. 1999; 32(1):99–110. DOI: 10.1046/j.1365-2958.1999.01330.x.

7. Смирнова Н.И., Заднова С.П., Агафонов Д.А., Шашкова А.В., Челдышова Н.Б., Черкасов А.В. Сравнительный молекулярно-генетический анализ мобильных элементов природных штаммов возбудителя холеры. Генетика. 2013; 49(9):1036–47. DOI: 10.7868/S0016675813090087.

8. Pant A., Bag S., Saha B., Verma J., Kumar P., Banerjee S., Kumar B., Kumar Y., Desigamani A., Maiti S., Maiti T.K., Banerjee S.K., Bhadra R.K., Koley H., Dutta S., Nair G.B., Ramamurthy T., Das B. Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2020; 117(38):23762–73. DOI: 10.1073/pnas.2006283117.

9. Beaber J.W., Hochhut B., Waldor M.K. Genomic and functional analyses of SXT, an integrating antibiotic resistance gene transfer element derived from Vibrio cholerae. J. Bacteriol. 2002; 184(15):4259–69. DOI: 10.1128/JB.184.15.4259–4269.2002.

10. Spagnoletti M., Ceccarelli D., Rieux A., Fondi M., Taviani E., Fani R., Colombo M.M., Colwell R.R., Balloux F. Acquisition and evolution of SXT-R391 integrative conjugative elements in the seventh-pandemic Vibrio cholerae lineage. mBio. 2014; 5(4):e0135614. DOI: 10.1128/mBio.01356-14.

11. Wozniak R.A.F., Fouts D.E., Spagnoletti M., Colombo M.M., Ceccarelli D., Garriss G., Déry C., Burrus V., Waldor M.K. Comparative ICE genomics: insights into the evolution of the SXT/R391 family of ICEs. PLoS Genet. 2009; 5(12):e1000786. DOI: 10.1371/journal.pgen.1000786.

12. Burrus V., Quezada-Calvillo R., Marrero J., Waldor M.K. SXT-related integrating conjugative element in New World Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 2006; 72(4):3054–7. DOI: 10.1128/AEM.72.4.3054-3057.2006.

13. Wang R., Yu D., Yue J., Kan B. Variations in SXT elements in epidemic Vibrio cholerae O1 El Tor strains in China. Sci. Rep. 2016; 6:22733. DOI: 10.1038/srep22733.

14. Подшивалова М.В., Кузютина Ю.А., Захарова И.Б., Лопастейская Я.А., Викторов Д.В. Характеристика антибиотикорезистентных штаммов Vibrio cholerae, несущих интегративные конъюгативные элементы SXT-типа. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2014; 19(3):34–9.

15. Водопьянов С.О., Водопьянов А.С., Олейников И.П., Титова С.В. Распространенность ICE элементов различных типов у V. cholerae. Здоровье населения и среда обитания. 2018; 1:33–5.

16. Gladkikh A.S., Feranchuk S.I., Ponomareva A.S., Bochalgin N.O., Mironova L.V. Antibiotic resistance in Vibrio cholerae El Tor strains isolated during cholera complications in Siberia and the Far East of Russia. Infect. Genet. Evol. 2020; 78:104096. DOI: 10.1016/j.meegid.2019.104096.

17. Онищенко Г.Г., Беляев Е.Н., Москвитина Э.А., Резайкин В.И., Ломов Ю.М., Мединский Г.М. Холера в Дагестане: прошлое и настоящее. Ростов н/Д: Полиграф; 1995. 120 с.

18. Миронова Л.В., Пономарева А.С., Хунхеева Ж.Ю. Гладких А.С., Балахонов С.В. Генетическое разнообразие Vibrio cholerae О1 El Tor при эпидемических осложнениях в Сибирском и Дальневосточном регионах. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019; 37(4):165–72. DOI: 10.17116/molgen201937041165.

19. Москвитина Э.А., Мазрухо А.Б., Адаменко О.Л., Кругликов В.Д. Холера в начале XXI века. Прогноз на глобальном уровне. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; 1:11–6. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-1(111)-11-16.

20. Sarkar A., Morita D., Ghosh A., Chowdhury G., Mukhopadhyay A.K., Okamoto K., Ramamurthy T. Altered integrative and conjugative elements (ICEs) in recent Vibrio cholerae O1 isolated from cholera cases, Kolkata, India. Front. Microbiol. 2019; 10:2072. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02072.

21. Baddam R., Sarker N., Ahmed D., Mazumder R., Abdullah A., Morshed R., Hussain A., Begum S., Shahrin L., Khan A.I., Islam M.S., Ahmed T., Alam M., Clemens J.D., Ahmed N.. Genome dynamics of Vibrio cholerae isolates linked to seasonal outbreaks of Cholera in Dhaka, Bangladesh. mBio. 2020; 11(1):e03339-19. DOI: 10.1128/mBio.03339-19.

22. Weill F.X., Domman D., Njamkepo E., Almesbahi A.A., Naji M., Nasher S.S., Rakesh A., Assiri A.M., Sharma N.C., Kariuki S., Pourshafie M.R., Rauzier J., Abubakar A., Carter J.Y., Wamala J.F., Seguin C., Bouchier C., Malliavin T., Bakhshi B., Abulmaali H.H.N., Kumar D., Njoroge S.M., Malik M.R., Kiiru J., Luquero F.J., Azman A.S., Ramamurthy T., Thomson N.R., Quilici M.L. Genomic insights into the 2016–2017 cholera epidemic in Yemen. Nature. 2019; 565:230–233. DOI: 10.1038/s41586-018-0818-3.

23. Weill F.X., Domman D., Njamkepo E., Tarr C., Rauzier J., Fawal N., Keddy K.H., Salje H., Moore S., Mukhopadhyay A.K., Bercion R., Luquero F.J., Ngandjio A., Dosso M., Monakhova E., Garin B., Bouchier C., Pazzani C., Mutreja A., Grunow R., Sidikou F., Bonte L., Breurec S., Damian M., Njanpop-Lafourcade B.M., Sapriel G., Page A.L., Hamze M., Henkens M., Chowdhury G., Mengel M., Koeck J.L., Fournier J.M., Dougan G., Grimont P.A.D., Parkhill J., Holt K.E., Piarroux R., Ramamurthy T., Quilici M.L., Thomson N.R. Genomic history of the seventh pandemic of cholera in Africa. Science. 2017; 358:785–89. DOI: 10.1126/science.aad5901.