Новые генетические маркеры для типирования штаммов Burkholderia pseudomallei

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Burkholderia pseudomallei является возбудителем мелиоидоза — тяжелого инфекционного заболевания людей и животных, которое может длительное время не проявлять себя и быстро развиться до пневмонии и септицемии при снижении иммунитета и наличии предрасполагающих факторов. Мелиоидоз эндемичен для стран с тропическим и субтропическим климатом, где B. pseudomallei входит в состав микробиоты почвы и воды стоячих водоемов, а также ризосферы растений. Регистрация завозных случаев мелиоидоза в странах умеренного климатического пояса наряду с сохранением угрозы использования данного патогена в качестве агента биотерроризма свидетельствуют об актуальности исследований, направленных на разработку современных методов диагностики и типирования этого патогена. Тенденцией современных исследований при проведении внутривидовой дифференциации штаммов возбудителей инфекционных заболеваний является использование двух и более типов молекулярных маркеров. Перспективным направлением для генотипирования штаммов B. pseudomallei является использование комбинации VNTR-локусов, обеспечивающей высокую дискриминирующую способность метода мультилокусного анализа числа вариабельных тандемных повторов (MLVA), в сочетании с медленно эволюционирующими единичными нуклеотидными полиморфизмами (SNPs). Целью настоящей работы было выявление новых VNTR- и SNP-локусов, пригодных для использования в качестве генетических маркеров в молекулярном типировании возбудителя мелиоидоза. Объектами исследования служили 20 штаммов B. pseudomallei из коллекции ФКУЗ Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора и полногеномные последовательности 85 штаммов B. pseudomallei из базы данных GenBank NCBI. При типировании штаммов возбудителя мелиоидоза из базы данных GenBank NCBI по 4 VNTR-локусам выявлено 74 генотипа, из которых 64 были уникальными (индекс Хантера–Гастона 0,997). Установлено, что высокий аллельный полиморфизм VNTR-локусов ограничивал возможность с помощью схемы MLVA-4 определять географические и филогенетические связи изолятов B. pseudomallei, а выявленные нуль-аллели увеличивали риск возникновения гомоплазии. В связи с этим схему MLVA-4 дополнили VNTR-маркером в составе локуса BPSS1974, кодирующего коллагеноподобный белок, и SNP-маркерами в генах лауроилацилтрансферазы биосинтеза липида-А, сигма-фактора RpoH РНК-полимеразы и глутаминамидотрансферазы. Для амплификации выбранных локусов в составе разработанной схемы сконструированы праймеры и зонды, которые апробированы при типировании коллекционных штаммов B. pseudomallei. По результатам кластерного анализа 105 штаммов возбудителя мелиоидоза оптимальным оказался комплексный подход, позволяющий на основании VNTR-профилей осуществлять дифференциацию штаммов внутри SNP-групп. Разработанный методический подход к генетическому типированию B. pseudomallei, основанный на комплексном анализе 4 SNP- и 5 MLVA-маркеров в нашей модификации, дает возможность дифференцировать штаммы в соответствии с географическими регионами их происхождения и устанавливать клональное происхождение изолятов при выявлении случаев мелиоидоза.

Об авторах

Маргарита Леонтьевна Леденева

ФКУЗ Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора

Email: volresin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5923-4774

научный сотрудник лаборатории генодиагностики

Россия, 400131, Волгоград, ул. Голубинская, 7

Галина Александровна Ткаченко

ФКУЗ Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора

Email: tkachenko_g@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0199-3342

к.м.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории генодиагностики

Россия, 400131, Волгоград, ул. Голубинская, 7

Ирина Борисовна Захарова

ФКУЗ Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: zib279@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7808-7658

к.б.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории патогенных буркхольдерий

Россия, 400131, Волгоград, ул. Голубинская, 7

Список литературы

  1. Онищенко Г.Г., Топорков А.В., Липницкий А.В., Викторов Д.В. Проблемы противодействия биологическому терроризму на современном этапе // Инфекционные болезни: Новости. Мнения. Обучение. 2016. Т. 1, № 14. С. 24–31. [Onishchenko G.G., Toporkov A.V., Lipnitsky A.V., Viktorov D.V. Problems of counteraction to biological terrorism at the present stage. Infektsionnye bolezni: Novosti. Mneniya. Obuchenie = Infectious Diseases: News. Opinions. Training, 2016, vol. 1, no. 14, pp. 24–31. (In Russ.)]
  2. Патент № 2545702 Российская Федерация, МПК C12Q 1/68 (2006.01). Олигонуклеотидные праймеры Burk0090s/Burk0090as для оценки адаптационной изменчивости генома патогенных буркхольдерий: № 2013135429/10; заявлено 2013.07.26: опубликовано 10.04.2015. Бюл. № 10 / Савченко С.С., Ткаченко Г.А., Бондарева О.С., Шпак И.М., Леденева М.Л., Антонов В.А. Патентообладатель: Федеральное казенное учреждение здравоохранения Волгоградский научно-исследовательский противочумный институт Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. 7 с. [Patent No. 2545702 Russian Federation, Int. Cl. C12Q 1/68 (2006.01). Oligonucleotide primers Burk0090s/Burk0090as for assessment of adaptive variability of genome of pathogenic burkholderia. No. 2013135429/10; application: 2013.07.26: date of publication 10.04.2015 / Savchenko S.S., Tkachenko G.A., Bondareva O.S., Shpak I.M., Ledeneva M.L., Antonov V.A. Proprietors: FSHE Volgograd Anti-Plague Institute of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare. 7 p.]
  3. Aziz A., Sarovich D.S., Harris T.M., Kaestli M., McRobb E., Mayo M., Currie B.J., Price E.P. Suspected cases of intracontinental Burkholderia pseudomallei sequence type homoplasy resolved using whole-genome sequencing. Microb. Genom., 2017, vol. 3, no. 11: e000139. doi: 10.1099/mgen.0.000139
  4. Baker A., Pearson T., Price E.P., Dale J., Keim P., Hornstra H., Greenhill A., Padilla G., Warner J. Molecular phylogeny of Burkholderia pseudomallei from a remote region of Papua New Guinea. PLoS One, 2011, vol. 6, no. 3: e18343 doi: 10.1371/journal.pone.0018343
  5. Challacombe J.F., Stubben C.J., Klimko C.P., Welkos S.L., Kern S.J., Bozue J.A., Worsham P.L., Cote C.K., Wolfe D.N. Interrogation of the Burkholderia pseudomallei genome to address differential virulence among isolates. PLoS One, 2014, vol. 9, no. 12: e115951. doi: 10.1371/journal.pone.0115951
  6. Currie B.J., Haslem A., Pearson T., Hornstra H., Leadem B., Mayo M., Gal D., Ward L., Godoy D., Spratt B.G., Keim P. Identification of melioidosis outbreak by multilocus variable number tandem repeat analysis. Emerg. Infect. Dis., 2009, vol. 15, no. 2, pp. 169–174. doi: 10.3201/eid1502.081036
  7. Doker T.J., Quinn C.L., Salehi E.D., Sherwood J.J., Benoit T.J., Glass Elrod M., Gee J.E., Shadomy S.V., Bower W.A., Hoffmaster A.R., Walke H.T., Blaney D.D., DiOrio M.S., Melioidosis Investigation Team. Fatal Burkholderia pseudomallei infection initially reported as a Bacillus species, Ohio, 2013. Am. J. Trop. Med. Hyg., 2014, vol. 91, no. 4, pp. 743–746. doi: 10.4269/ajtmh.14-0172
  8. Elschner M.C., Hnizdo J., Stamm I., El-Adawy H., Mertens K., Melzer F. Isolation of the highly pathogenic and zoonotic agent Burkholderia pseudomallei from a pet green Iguana in Prague, Czech Republic. BMC Vet. Res., 2014, vol. 10: 283. doi: 10.1186/s12917-014-0283-7
  9. Engelthaler D.M., Bowers J., Schupp J.A., Pearson T., Ginther J., Hornstra H.M., Dale J., Stewart T., Sunenshine R., Waddell V., Levy C., Gillece J., Price L.B., Contente T., Beckstrom-Sternberg S.M., Blaney D.D., Wagner D.M., Mayo M., Currie B.J., Keim P., Tuanyok A. Molecular investigations of a locally acquired case of melioidosis in Southern A.Z., USA. PLoS Negl. Trop. Dis., 2011, vol. 5, no. 10: e1347. doi: 10.1371/journal.pntd.0001347
  10. Gee J.E., Gulvik C.A., Elrod M.G., Batra D., Rowe L.A., Sheth M., Hoffmaster A.R. Phylogeography of Burkholderia pseudomallei isolates, Western Hemisphere. Emerg. Infect. Dis., 2017, vol. 23, no. 7, pp. 1133–1138. doi: 10.3201/eid2307.161978
  11. Gétaz L., Abbas M., Loutan L., Schrenzel J., Iten A., Simon F., Decosterd A., Studer R., Sudre P., Michel Y., Merlani P., Emonet S. Fatal acute melioidosis in a tourist returning from Martinique Island, November 2010. Euro Surveill., 2011, vol. 16, no. 1: 19758.
  12. Gilad J., Harary I., Dushnitsky T., Schwartz D., Amsalem Y. Burkholderia mallei and Burkholderia pseudomallei as bioterrorism agents: national aspects of emergency preparedness. Isr. Med. Assoc. J., 2007, vol. 9, no. 7, pp. 499–503.
  13. Hunter P.R., Gaston M.A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson’s index of diversity. J. Clin. Microbiol., 1988, vol. 26, no. 11, pp. 2465–2466. doi: 10.1128/jcm.26.11.2465-2466.1988
  14. Jayasinghearachchi H.S., Francis V.R., Sathkumara H.D., Krishnananthasivam S., Masakorala J., Muthugama T., De Silva A.D., Corea E.M. Nonclonal Burkholderia pseudomallei population in melioidosis case cluster, Sri Lanka. Emerg. Infect. Dis., 2021, vol. 27, no. 11, pp. 2955–2957. doi: 10.3201/eid2711.210219
  15. Limmathurotsakul D., Golding N., Dance D.A., Messina J.P., Pigott D.M., Moyes C.L., Rolim D.B., Bertherat E., Day N.P., Peacock S.J., Hay S.I. Predicted global distribution of Burkholderia pseudomallei and burden of melioidosis. Nat. Microbiol., 2016, vol. 1: 15008. doi: 10.1038/nmicrobiol.2015.8
  16. Nandi T., Ong C., Singh A.P., Boddey J., Atkins T., Sarkar-Tyson M., Essex-Lopresti A.E., Chua H.H., Pearson T., Kreisberg J.F., Nilsson C., Ariyaratne P., Ronning C., Losada L., Ruan Y., Sung W.K., Woods D., Titball R.W., Beacham I., Peak I., Keim P., Nierman W.C., Tan P. A genomic survey of positive selection in Burkholderia pseudomallei provides insights into the evolution of accidental virulence. PLoS Pathog., 2010, vol. 6, no. 4: e1000845. doi: 10.1371/journal.ppat.1000845
  17. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics, 2012, vol. 28, no. 8, pp. 1166–1167. doi: 10.1093/bioinformatics/bts091
  18. Sarovich D.S., Garin B., De Smet B., Kaestli M., Mayo M., Vandamme P., Jacobs J., Lompo P., Tahita M.C., Tinto H., Djaomalaza I., Currie B.J., Price E.P. Phylogenomic analysis reveals an Asian origin for African Burkholderia pseudomallei and further supports melioidosis endemicity in Africa. mSphere, 2016, vol. 1, no. 2: e00089-15. doi: 10.1128/mSphere.00089-15
  19. Schluter P.M., Harris S.A. Analysis of multilocus fingerprinting data sets containing missing data. Molecular. Ecology. Notes, 2006, vol. 6, no. 2, pp. 569–572.
  20. Selander R.K., Caugant D.A., Ochman H., Musser J.M., Gilmour M.N., Whittam T.S. Methods of multilocus enzyme electrophoresis for bacterial population genetics and systematics. Appl. Environ. Microbiol., 1986, vol. 51, no. 5, pp. 873–884. doi: 10.1128/aem.51.5.873-884.1986
  21. Tamura K., Stecher G., Kumar S. MEGA11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11. Mol. Biol. Evol., 2021, vol. 38, no. 7, pp. 3022–3027. doi: 10.1093/molbev/msab120
  22. Untergasser A., Nijveen H., Rao X., Bisseling T., Geurts R., Leunissen J.A. Primer3Plus, an enhanced web interface to Primer3. Nucleic Acids Res., 2007, vol. 35 (Web Server issue): W71–74. doi: 10.1093/nar/gkm306
  23. U’Ren J.M., Schupp J.M., Pearson T., Hornstra H., Friedman C.L., Smith K.L., Daugherty R.R., Rhoton S.D., Leadem B., Georgia S., Cardon M., Huynh L.Y., DeShazer D., Harvey S.P., Robison R., Gal D., Mayo M.J., Wagner D., Currie B.J., Keim P. Tandem repeat regions within the Burkholderia pseudomallei genome and their application for high resolution genotyping. BMC Microbiol., 2007, vol. 7: 23. doi: 10.1186/1471-2180-7-23
  24. Wiersinga W.J., Currie B.J., Peacock S.J. Melioidosis. N. Engl. J. Med., 2012, vol. 367, no. 11, pp. 1035–1044. doi: 10.1056/NEJMra1204699
  25. Zhu X., Chen H., Li S., Wang L.C., Wu D.R., Wang X.M., Chen R.S., Li Z.J., Liu Z.G. Molecular characteristics of Burkholderia pseudomallei collected from humans in Hainan, China. Front. Microbiol., 2020, vol. 11: 778. doi: 10.3389/fmicb.2020.00778

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Сравнительный анализ результатов типирования 85 штаммов B. pseudomallei с помощью схемы MLVA-4 (А) и сочетанного использования схемы MLVA-4, локуса BPSS1974#I и SNP1–4 (Б)

Скачать (697KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Дендрограмма, построенная с помощью алгоритма Neighbor-Joining, по результатам типирования 105 штаммов B. pseudomallei с использованием данных комплексного анализа на основе молекулярных маркеров 5 VNTR- и 4 SNP-локусов

Скачать (758KB)
Метаданные

© Леденева М.Л., Ткаченко Г.А., Захарова И.Б., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».