Особенности структуры генома токсигенного штамма Vibrio cholerae nonО1/nonO139, выделенного в 2024 г. из поверхностного водоема в Ростовской области

Цель исследования – комплексная молекулярно-генетическая характеристика токсигенного штамма Vibrio cholerae nonО1/nonO139, выделенного из р. Дон в 2024 г. в Ростовской области. Материалы и методы. Полногеномное секвенирование проведено на платформах MiSeq Illumina и MinIon Oxford Nanopore. Первичная сборка выполнялась de novo программой Canu на основе длинных ридов, последующая полировка проведена с использованием коротких ридов с помощью программы Pilon. В биоинформационном анализе геномов использовали пакет Vector NTI, программы BLASTN, BLASTP, BioEdit, Ugene, abricate (база данных CARD), SnapGene Viewer. Поиск границ wb* кластеров и сопоставление их генов проводились с помощью авторской программы O-cluster. Филогенетическое дерево построено с использованием программ roary и FastTree. Результаты и обсуждение. В России впервые выявлен токсигенный штамм НАГ-вибриона. Посредством гибридной сборки генома определены последовательности обеих хромосом штамма. По результатам анализа региона, кодирующего биосинтез О-антигена, штамм отнесен к серогруппе О105, он обладает высокой степенью родства с клиническими штаммами этой серогруппы, выделенными ранее в Китае. Биоинформационный анализ показал присутствие на большой хромосоме тандемов из двух идентичных копий профагов CTX и RS1, заметно отличных от прототипов. Ген ctxB представлен аллелем ctxB12, а все гены RS1, кроме rstC, не имеют сходства с каноническими последовательностями. Выявлены остров VPI-1 с альтернативным аллелем tcpA, кластер T3SS в составе острова VPI-3, ген cholix-токсина, что является редким сочетанием в геноме одного штамма. Набор интактных детерминант других факторов патогенности достаточен для реализации патогенетического потенциала. Присутствие в геноме ряда детерминант антибиотикорезистентности не всегда совпадало с фенотипическим проявлением устойчивости/чувствительности к антимикробным агентам in vitro. Структура генома штамма и близкое родство с клиническими изолятами указывают на потенциальную способность вызвать острые кишечные инфекции. Поскольку существует вероятность новых заносов таких штаммов в РФ, их обнаружение в водоемах требует проведения комплекса противоэпидемических мероприятий.

1. Igere B.E., Okoh A.I., Nwodo U.U. Non-serogroup O1/O139 agglutinable Vibrio cholerae: a phylogenetically and genealogically neglected yet emerging potential pathogen of clinical relevance. Arch. Microbiol. 2022; 204(6):323. DOI: 10.1007/s00203-022-02866-1.

2. Dorman M.J., Thomson N.R. Vibrio cholerae O37: one of the exceptions that prove the rule. Microb. Genom. 2023; 9(4):mgen000980. DOI: 10.1099/mgen.0.000980.

3. Rouard C., Njamkepo E., Quilici M.L., Nguyen S., Knight-Connoni V., Šafránková R., Weill F.X. Vibrio cholerae serogroup O5 was responsible for the outbreak of gastroenteritis in Czechoslovakia in 1965. Microbial Genomics. 2024; 10(9):001282. DOI: 10.1099/mgen.0.001282.

4. Водопьянов С.О., Полеева М.В., Телесманич Н.Р., Водопьянов А.С., Агафонова В.В. Ретроспективный анализ культур Vibrio cholerae nonO1/nonO139, выделенных от людей, на территории Республики Узбекистан с 1987 по 1990 гг. с помощью ГИС «Холера-штаммы-VNTR». Медицинский вестник Юга России. 2013; (2):44–8. DOI: 10.21886/2219-8075-2013-2-44-48.

5. National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (U.S.). Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases. National Enteric Disease Surveillance: COVIS annual summary, 2010. [Электронный ресурс]. URL: https://stacks.cdc.gov/view/cdc/22300.

6. National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (U.S.). Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases. National Enteric Disease Surveillance: COVIS annual summary, 2011. [Электронный ресурс]. URL: https://stacks.cdc.gov/view/cdc/22301.

7. National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (U.S.). Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases. National Enteric Disease Surveillance: COVIS annual summary, 2012. [Электронный ресурс]. URL: https://stacks.cdc.gov/view/cdc/23138.

8. National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (U.S.). Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases. National Enteric Disease Surveillance: COVIS annual summary, 2013. [Электронный ресурс]. URL: https://stacks.cdc.gov/view/cdc/40380.

9. Loeck B.K.D., Roberts A., Craney A.R., King S., Im M.S., Safranek T.J., Iwen P.C., Carlson A.V., Pedati C. Notes from the field: toxigenic Vibrio cholerae O141 in a traveler to Florida – Nebraska, 2017. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2018; 67(30):838–9. DOI: 10.15585/mmwr.mm6730a7.

10. Bhandari M., Rathnayake I.U., Huygens F., Jennison A.V. Clinical and environmental Vibrio cholerae non-O1, non-O139 strains from Australia have similar virulence and antimicrobial resistance gene profiles. Microbiol. Spectr. 2023; 11(1):e0263122. DOI: 10.1128/spectrum.02631-22.

11. Kumar P., Karmakar S., Prasad R., Chopra R., Khandelwal S., Gupta S., Dhariwal A.C., Yadav P., Yadava P.K. Persistent diarrhoea in a 5-month-old baby carrying Vibrio cholerae nonO1/ nonO139 producing Haitian cholera toxin. New Microbes New Infect. 2017; 21:72–4. DOI: 10.1016/j.nmni.2017.10.008.

12. Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., Монахова Е.В., Москвитина Э.А., Агафонова В.В., Савина И.В., Подойницына О.А., Селянская Н.А., Водопьянов А.С., Дуванова О.В., Меньшикова Е.А., Ежова М.И., Шипко Е.С., Евтеев А.В., Казьмина В.С., Бодрая П.В., Сокиркина Е.Н. Анализ особенностей эпидемиологической ситуации по холере в 2024 г. в мире, в Российской Федерации и прогноз ее развития на 2025 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2025; (1):35–47. DOI: 10.21055/0370-1069-2025-1-35-47.

13. Koren S., Walenz B.P., Berlin K., Miller J.R., Bergman N.H., Phillippy A.M. Canu: scalable and accurate long-read assembly via adaptive k-mer weighting and repeat separation. Genome Res. 2017; 27(5):722–36. DOI: 10.1101/gr.215087.116.

14. Walker B.J., Abeel T., Shea T., Priest M., Abouelliel A., Sakthikumar S., Cuomo C.A., Zeng Q., Wortman J., Young S.K., Earl A.M. Pilon: an integrated tool for comprehensive microbial variant detection and genome assembly improvement. PLoS One. 2014; 9(11):e112963. DOI: 10.1371/journal.pone.0112963.

15. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M.; UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012; 28(8):1166–7. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts091.

16. Jia B., Raphenya A.R., Alcock B., Waglechner N., Guo P., Tsang K.K., Lago B.A., Dave B.M., Pereira S., Sharma A.N., Doshi S., Courtot M., Lo R., Williams L.E., Frye J.G., Elsayegh T., Sardar D., Westman E.L., Pawlowski A.C., Johnson T.A., Brinkman F.S., Wright G.D., McArthur A.G. CARD 2017: expansion and model-centric curation of the comprehensive antibiotic resistance database. Nucleic Acids Res. 2017; 45(D1):D566-D573. DOI: 10.1093/nar/gkw1004.

17. Kim E.J., Lee C.H., Nair G.B., Kim D.W. Whole-genome sequence comparisons reveal the evolution of Vibrio cholerae O1. Trends Microbiol. 2015; 23(8):479–89. DOI: 10.1016/j.tim.2015.03.010.

18. Zhang P., Zhou H., Kan B., Wang D. Novel ctxB variants of Vibrio cholerae O1 isolates, China. Infect. Genet. Evol. 2013; 20:48–53. DOI: 10.1016/j.meegid.2013.08.004.

19. Wang H., Pang B., Xiong L., Wang D., Wang X., Zhang L., Kan B. The hybrid pre-CTXφ-RS1 prophage genome and its regulatory function in environmental Vibrio cholerae O1 strains. Appl. Environ. Microbiol. 2015; 81(20):7171–7. DOI: 10.1128/AEM.01742-15.

20. Kumar P., Thulaseedharan A., Chowdhury G., Ramamurthy T., Thomas S. Characterization of novel alleles of toxin co-regulated pilus A gene (tcpA) from environmental isolates of Vibrio cholerae. Curr. Microbiol. 2011; 62(3):758–63. DOI: 10.1007/s00284-010-9774-3.

21. Tay C.Y., Reeves P.R., Lan R. Importation of the major pilin TcpA gene and frequent recombination drive the divergence of the Vibrio pathogenicity island in Vibrio cholerae. FEMS Microbiol. Lett. 2008; 289(2):210–8. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2008.01385.x.

22. Arteaga M., Velasco J., Roriguez S., Vidal M., Arellano C., Silva F., Carreño L.J., Vidal R., Montero D.A. Genomic characterization of the non-O1/non-O139 Vibrio cholerae strain that caused a gastroenteritis outbreak in Santiago, Chile, 2018. Microb. Genom. 2020; 6(3):e000340. DOI: 10.1099/mgen.0.000340.

23. Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Селянская Н.А., Ежова М.И., Носков А.К. Молекулярно-генетическая характеристика штамма Vibrio cholerae nonO1/ nonO139 – возбудителя нового случая острой кишечной инфекции в Ростове-на-Дону. Инфекция и иммунитет. 2022; 12(6):1156–62. DOI: 10.15789/2220-7619-MGC-2022.

24. Haley B.J., Choi S.Y., Hasan N.A., Abdullah A.S., Cebula T.A., Huq A., Colwell R.R. Genome sequences of clinical Vibrio cholerae isolates from an oyster-borne cholera outbreak in Florida. Genome Announc. 2013; 1(6):e00966-13. DOI: 10.1128/genomeA.00966-13.

25. Dolores J., Satchell K.J.F. Analysis of Vibrio cholerae genome sequences reveals unique rtxA variants in environmental strains and an rtxA-null mutation in recent altered El Tor isolates. mBio. 2013; 4(2):e00624. DOI: 10.1128/mBio.00624-12.

26. Boyd D., Cloeckaert A., Chaslus-Dancla E., Mulvey M.R. Characterization of variant Salmonella genomic island 1 multidrug resistance regions from serovars Typhimurium DT104 and Agona. Antimicrob. Agents Chemother. 2002; 46(6):1714–22. DOI: 10.1128/AAC.46.6.1714-1722.2002.