Случаи развития повторной перипротезной инфекции Staphylococcus aureus: реинфекция или реактивация патогена?
- Авторы: Кечин А.А.1,2, Боробова В.С.1,2, Шералиев Т.У.3, Кретьен С.О.3, Троменшлегер И.Н.1, Павлов В.В.3, Филипенко М.Л.1
-
Учреждения:
- ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» Сибирского отделения Российской академии наук
- ФГАОУ ВО «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
- ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
- Выпуск: Том 31, № 2 (2025)
- Страницы: 18-32
- Раздел: КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- URL: https://journal-vniispk.ru/2311-2905/article/view/314132
- DOI: https://doi.org/10.17816/2311-2905-17610
- ID: 314132
Цитировать
Аннотация
Актуальность. Staphylococcus aureus — один из наиболее частых возбудителей перипротезной инфекции (ППИ). Несмотря на высокое генетическое разнообразие штаммов S. aureus, определение филогенетических связей, а следовательно, и источника заражения является непростой задачей, которая может быть решена только при подробном сравнении геномов получаемых изолятов.
Цель — используя полногеномное секвенирование с выявлением генетических и фенотипических отличий между изолятами, изучить возможность дифференцирования случаев заражения пациентов внутрибольничной перипротезной инфекцией с перспективой обоснованного выбора тактики лечения пациентов.
Материал и методы. Были определены нуклеотидные последовательности геномов 20 изолятов S. aureus, полученных от 13 пациентов с перипротезной инфекцией. В работе были использованы стандартные микробиологические тесты и анализ геномов in silico программами ResFinder, KmerFinder, spaTyper и SCCmecFinder.
Результаты. Применив филогенетический анализ с построением корового генома, были идентифицированы потенциальные случаи внутригоспитальной инфекции, а также исследованы случаи повторного развития инфекции. Показано родство изолятов, выделенных на протяжении 2012–2019 гг., а также эволюция их геномов с приобретением и потерей генов антибиотикорезистентности. Так, в одном из случаев повторного развития инфекции была обнаружена потеря нескольких генов за период ремиссии около 5 лет. При сравнении результатов фенотипического тестирования изолятов диско-диффузионным методом и предсказаний резистентности по данным анализа генома было выявлено несоответствие для трех изолятов, содержащих ген aac(6’)-aph(2’’) и резистентных к тобрамицину и гентамицину, но чувствительных к амикацину. На основании результатов лечения нескольких случаев с повторным развитием ППИ было выдвинуто предположение, что в случае развития инфекции, вызванной мультирезистентным внутригоспитальным штаммом, более эффективным может быть проведение радикального лечения.
Заключение. Полногеномное секвенирование позволяет выявлять филогенетически родственные изоляты, общность генетических и фенотипических свойств которых подтверждает их родство. На фоне проводимой высокодозной антибактериальной терапии в геномах S. aureus накапливаются изменения, которые при молекулярно-генетическом тестировании могут помочь обосновать выбор радикальной тактики лечения перипротезной инфекции — удаление эндопротеза.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Андрей Андреевич Кечин
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» Сибирского отделения Российской академии наук; ФГАОУ ВО «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.a.kechin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4822-0251
SPIN-код: 9252-8834
канд. биол. наук
Россия, г. Новосибирск; г. НовосибирскВиктория Сергеевна Боробова
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» Сибирского отделения Российской академии наук; ФГАОУ ВО «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Email: v.borobova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4443-3997
Россия, г. Новосибирск; г. Новосибирск
Таалайбек Усеналиевич Шералиев
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: sheraliev.taalai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7261-2730
Россия, г. Новосибирск
Светлана Олеговна Кретьен
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: ssonovo64@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-0074-8062
Россия, г. Новосибирск
Ирина Николаевна Троменшлегер
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» Сибирского отделения Российской академии наук
Email: irina510@ngs.ru
ORCID iD: 0009-0006-9543-3547
Россия, г. Новосибирск
Виталий Викторович Павлов
ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна» Минздрава России
Email: pavlovdoc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8997-7330
д-р мед. наук, доцент
Россия, г. НовосибирскМаксим Леонидович Филипенко
ФГБУН «Институт химической биологии и фундаментальной медицины» Сибирского отделения Российской академии наук
Email: max@niboch.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-8950-5368
SPIN-код: 4025-0533
д-р мед. наук
Россия, г. НовосибирскСписок литературы
- Божкова С.А., Преображенский П.М., Кочиш А.А., Тихилов Р.М., Артюх В.А., Клиценко О.А. Перипротезная инфекция коленного и тазобедренного суставов — можно ли сравнивать результаты лечения? Травматология и ортопедия России. 2023;29(4):5-13. doi: 10.17816/2311-2905-15526. Bozhkova S.A., Preobrazhensky P.M., Kochish A.A., Tikhilov R.M., Artyukh V.A., Klitsenko O.A. Periprosthetic Knee and Hip Infection — Is It Possible to Compare Treatment Outcomes? Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023;29(4):5-13. (In Russian). doi: 10.17816/2311-2905-15526.
- Малюченко Л.И., Николаев Н.С., Яковлев В.В., Преображенская Е.В. Среднесрочные результаты лечения перипротезной инфекции с применением спейсеров с углеродным покрытием, импрегнированных серебром. Травматология и ортопедия России. 2023;29(4):14-23. doi: 10.17816/2311-2905-7997. Malyuchenko L.I., Nikolaev N.S., Yakovlev V.V., Preobrazhenskaya E.V. Treating Periprosthetic Joint Infection With Silver-Impregnated Carbon-Coated Spacers: Mid-Term Outcomes. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023;29(4):14-23. (In Russian). doi: 10.17816/2311-2905-7997.
- Касимова А.Р., Туфанова О.С., Гордина Е.М., Гвоздецкий А.Н., Радаева К.С., Рукина А.Н. и др. Двенадцатилетняя динамика спектра ведущих возбудителей ортопедической инфекции: ретроспективное исследование. Травматология и ортопедия России. 2024;30(1):66-75. doi: 10.17816/2311-2905-16720. Kasimova A.R., Tufanova O.S., Gordina E.M., Gvozdetsky A.N., Radaeva K.S., Rukina A.N. et al. Twelve-Year Dynamics of Leading Pathogens Spectrum Causing Orthopedic Infection: A Retrospective Study. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2024;30(1): 66-75. (In Russian). doi: 10.17816/2311-2905-16720.
- Auñón Á., Tovar-Bazaga M., Blanco-García A., García-Cañete J., Parrón R., Esteban J. Does a New Antibiotic Scheme Improve the Outcome of Staphylococcus aureus – Caused Acute Prosthetic Joint Infections (PJI) Treated with Debridement, Antibiotics and Implant Retention (DAIR)? Antibiotics (Basel). 2022;11(7):922. doi: 10.3390/antibiotics11070922.
- Wildeman P., Tevell S., Eriksson C., Lagos A.C., Söderquist B., Stenmark B. Genomic characterization and outcome of prosthetic joint infections caused by Staphylococcus aureus. Sci Rep. 2020;10(1):5938. doi: 10.1038/s41598-020-62751-z.
- Renz N., Trampuz A., Perka C., Rakow A. Outcome and Failure Analysis of 132 Episodes of Hematogenous Periprosthetic Joint Infections – A Cohort Study. Open Forum Infect Dis. 2022;9(4):ofac094. doi: 10.1093/ofid/ofac094.
- Hartman C.W., Daubach E.C., Richard B.T., Lyden E.R., Haider H., Kildow B.J. et al. Predictors of Reinfection in Prosthetic Joint Infections Following Two-Stage Reimplantation. J Arthroplasty. 2022;37(7S):S674-S677. doi: 10.1016/j.arth.2022.03.017.
- Bongers J., Jacobs A.M.E., Smulders K., van Hellemondt G.G., Goosen J.H.M. Reinfection and re-revision rates of 113 two-stage revisions in infected TKA. J Bone Jt Infect. 2020;5(3):137-144. doi: 10.7150/jbji.43705.
- Honkanen M., Jämsen E., Karppelin M., Huttunen R., Eskelinen A., Syrjänen J. Periprosthetic Joint Infections as a Consequence of Bacteremia. Open Forum Infect Dis. 2019;6(6):ofz218. doi: 10.1093/ofid/ofz218.
- Чаплин А.В., Коржанова М., Коростин Д.О. Выявление генов антибиотикорезистентности бактерий в данных полногеномного секвенирования (обзор литературы). Клиническая лабораторная диагностика. 202;66(11):684-688. doi: 10.51620/0869-2084-2021-66-11-684-688. Chaplin A.V., Korzhanova M., Korostin D.O. Identification of bacterial antibiotic resistance genes in next-generation sequencing data (review of literature). Russian Clinical Laboratory Diagnostics. 2021;66(11):684-688. (In Russian). doi: 10.51620/0869-2084-2021-66-11-684-688.
- Кубанов A.A., Рунина A.В., Честков A.В., Кудрявцева A.В., Пеков Ю.A., Корвиго И.O. и др. Полногеномное секвенирование российских штаммов Neisseria gonorrhoeae, отнесенных к геногруппе ST 1407. Acta Naturae. 2018;10(3):68-76. doi: 10.32607/20758251-2018-10-3-68-76. Kubanov A.A., Runina A.V., Chestkov A.V., Kudryavtseva A.V., Pekov Y.A., Korvigo I.O. et al. Whole-Genome Sequencing of Russian Neisseria Gonorrhoeae Isolates Related to ST 1407 Genogroup. Acta Naturae. 2018;10(3):68-76. (In Russian). doi: 10.32607/20758251-2018-10-3-68-76.
- Фёдоров Е.А., Кретьен С.О., Самохин А.Г., Тикунова Н.В., Корыткин А.А., Павлов В.В. Ближайшие результаты лечения стафилококковой перипротезной инфекции тазобедренного сустава с использованием комбинированной терапии антибиотиками и бактериофагами. Acta Biomedica Scientifica. 2021;6(4):50-63. doi: 10.29413/ABS.2021-6.4.5. Fedorov E.A., Kretien S.O., Samokhin A.G., Tikunova N.V., Korytkin A.A., Pavlov V.V. Short-term results of treatment of staphylococcal periprosthetic hip joint infection with combined antibiotics and bacteriophages treatment. Acta Biomedica Scientifica. 2021;6(4):50-63. (In Russian). doi: 10.29413/ABS.2021-6.4.5.
- Nabal Díaz S.G., Algara Robles O., García-Lechuz Moya J.M. New definitions of susceptibility categories EUCAST 2019: clinic application. Rev Esp Quimioter. 2022;35(Suppl 3):84-88. doi: 10.37201/req/s03.18.2022.
- Kechin A., Boldyreva D., Borobova V., Boyarskikh U., Scherbak S., Apalko S. et al. An inexpensive, simple and effective method of genome DNA fragmentation for NGS libraries. J Biochem. 2021;170(5):675-681. doi: 10.1093/jb/mvab089.
- Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014;30(15):2114-2120. doi: 10.1093/bioinformatics/btu170.
- Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., Korobeynikov A. Using SPAdes De Novo Assembler. Curr Protoc Bioinformatics. 2020;70(1):e102. doi: 10.1002/cpbi.102.
- Bortolaia V., Kaas R.S., Ruppe E., Roberts M.C., Schwarz S., Cattoir V. et al. ResFinder 4.0 for predictions of phenotypes from genotypes. J Antimicrob Chemother. 2020;75(12):3491-3500. doi: 10.1093/jac/dkaa345.
- Clausen P.T.L.C., Aarestrup F.M., Lund O. Rapid and precise alignment of raw reads against redundant databases with KMA. BMC Bioinformatics. 2018;19(1): 307. doi: 10.1186/s12859-018-2336-6.
- Larsen M.V., Cosentino S., Rasmussen S., Friis C., Hasman H., Marvig R.L. et al. Multilocus sequence typing of total-genome-sequenced bacteria. J Clin Microbiol. 2012;50(4):1355-1361. doi: 10.1128/JCM.06094-11.
- Гостев В.В., Пунченко О.Е., Сидоренко С.В. Современные представления об устойчивости Staphylococcus aureus к бета-лактамным антибиотикам. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2021;23(4):375-387. doi: 10.36488/cmac.2021.4.375-387. Gostev V.V., Punchenko O.E., Sidorenko S.V. Current concepts of Staphylococcus aureus resistance to beta-lactam antibiotics. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2021;23(4):375-387. (In Russian). doi: 10.36488/cmac.2021.4.375-387.
- Price M.N., Dehal P.S., Arkin A.P. FastTree 2 – approximately maximum-likelihood trees for large alignments. PLoS One. 2010;5(3):e9490. doi: 10.1371/journal.pone.0009490.
- Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol Biol Evol. 2013;30(12):2725-2729. doi: 10.1093/molbev/mst197.
- Overbeek R., Olson R., Pusch G.D., Olsen G.J., Davis J.J., Disz T. et al. The SEED and the Rapid Annotation of microbial genomes using Subsystems Technology (RAST). Nucleic Acids Res. 2014;42(Database issue):D206-214. doi: 10.1093/nar/gkt1226.
- International Working Group on the Classification of Staphylococcal Cassette Chromosome Elements (IWG-SCC). Classification of staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec): guidelines for reporting novel SCCmec elements. Antimicrob Agents Chemother. 2009;53(12):4961-4967. doi: 10.1128/AAC.00579-09. doi: 10.1128/AAC.00579-09.
- Argudín M.A., Dodémont M., Taguemount M., Roisin S., de Mendonça R., Deplano A. et al. In vitro activity of ceftaroline against clinical Staphylococcus aureus isolates collected during a national survey conducted in Belgian hospitals. J Antimicrob Chemother. 2017;72(1):56-59. doi: 10.1093/jac/dkw380.
- Hamilton S.M., Alexander J.A.N., Choo E.J., Basuino L., da Costa T.M., Severin A. et al. High-Level Resistance of Staphylococcus aureus to β-Lactam Antibiotics Mediated by Penicillin-Binding Protein 4 (PBP4). Antimicrob Agents Chemother. 2017;61(6):e02727-16. doi: 10.1128/AAC.02727-16.
- Henze U.U., Roos M., Berger-Bächi B. Effects of penicillin-binding protein 4 overproduction in Staphylococcus aureus. Microb Drug Resist. 1996;2(2):193-199. doi: 10.1089/mdr.1996.2.193.
- Gómez-Sanz E., Torres C., Lozano C., Fernández-Pérez R., Aspiroz C., Ruiz-Larrea F. et al. Detection, molecular characterization, and clonal diversity of methicillin-resistant Staphylococcus aureus CC398 and CC97 in Spanish slaughter pigs of different age groups. Foodborne Pathog Dis. 2010;7(10):1269-1277. doi: 10.1089/fpd.2010.0610.
- Feltrin F., Alba P., Kraushaar B., Ianzano A., Argudín M.A., Di Matteo P. et al. A Livestock-Associated, Multidrug-Resistant, Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Clonal Complex 97 Lineage Spreading in Dairy Cattle and Pigs in Italy. Appl Environ Microbiol. 2015;82(3): 816-821. doi: 10.1128/AEM.02854-15.
- Hoekstra J., Zomer A.L., Rutten V.P.M.G., Benedictus L., Stegeman A., Spaninks M.P. et al. Genomic analysis of European bovine Staphylococcus aureus from clinical versus subclinical mastitis. Sci Rep. 2020;10(1):18172. doi: 10.1038/s41598-020-75179-2.
- Абаев И.В., Скрябин Ю.П., Кисличкина А.А., Коробова О.В., Мицевич И.П., Мухина Т.Н. и др. Геномный анализ штаммов Staphylococcus aureus клональной линии 30 — возбудителей пищевой инфекции в Российской Федерации. Вестник Российской академии наук. 2017;72(5):346-354. doi: 10.15690/vramn889. Abaev I.V., Skryabin Yu.P., Kislichkina A.A., Korobova O.V., Mitsevich I.P., Mukhina T.N. et al. Genomic analysis of Staphylococcus aureus strains of clonal lineage 30 — causative agents of foodborne infection in the Russian Federation. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2017;72(5):346-354. (In Russian). doi: 10.15690/vramn889.
- Давидович Н.В., Кукалевская Н.Н., Башилова Е.Н., Бажукова Т.А. Основные принципы эволюции антибиотикорезистентности у бактерий (обзор литературы). Клиническая лабораторная диагностика. 2020;65(6): 387-393. doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-6-387-393. Davidovich N.V., Kukalevskaya N.N., Bashilova E.N., Bazhukova T.A. General principles of antibiotic resistance evolution in bacteria (review of literature). Russian Clinical Laboratory Diagnostics. 2020;65(6):387-393. (In Russian). doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-6-387-393.
- Ваганова А.Н., Борисенко С.В., Нестерова Е.В., Трофимова Н.Н., Литвиненко И.В., Петунова Я.Г. и др. Инокулюм-эффект к цефазолину среди чувствительных к метициллину изолятов Staphylococcus aureus, выделенных от пациентов с заболеваниями кожи. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2021;23(2):205-211. doi: 10.36488/cmac.2021.2.205-211. Vaganova A.N., Borisenko S.V., Nesterova E.V., Trofimova N.N., Litvinenko I.V., Petunova Ya.G. et al. Inoculum effect to cefazolin among methicillin-susceptible Staphylococcus aureus isolates from patients with skin diseases. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2021;23(2):205-211. (In Russian). doi: 10.36488/cmac.2021.2.205-211.
- Mossman A.K., Svishchuk J., Waddell B.J.M., Izydorczyk C.S., Buckley P.T., Hilliard J.J. et al. Staphylococcus aureus in Non-Cystic Fibrosis Bronchiectasis: Prevalence and Genomic Basis of High Inoculum β-Lactam Resistance. Ann Am Thorac Soc. 2022;19(8):1285-1293. doi: 10.1513/AnnalsATS.202108-965OC.
- Fathi J., Hashemizadeh Z., Dehkordi R.S., Bazargani A., Javadi K., Hosseini-Nave H. et al. Evaluation of aminoglycoside modifying enzymes, SCCmec, coagulase gene and PCR-RFLP coagulase gene typing of Staphylococcus aureus isolates from hospitals in Shiraz, southwest of Iran. Heliyon. 2022;8(8):e10230. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e10230.
- Spoor L.E., McAdam P.R., Weinert L.A., Rambaut A., Hasman H., Aarestrup F.M. et al. Livestock origin for a human pandemic clone of community-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus. mBio. 2013;4(4):e00356-13. doi: 10.1128/mBio.00356-13.
- Boswihi S.S., Udo E.E, Mathew B., Noronha B., Verghese T., Tappa S.B. Livestock-Associated Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus in Patients Admitted to Kuwait Hospitals in 2016-2017. Front Microbiol. 2020;10:2912. doi: 10.3389/fmicb.2019.02912.
- Lozano C., Gómez-Sanz E., Benito D., Aspiroz C., Zarazaga M., Torres C. Staphylococcus aureus nasal carriage, virulence traits, antibiotic resistance mechanisms, and genetic lineages in healthy humans in Spain, with detection of CC398 and CC97 strains. Int J Med Microbiol. 2011;301(6):500-505. doi: 10.1016/j.ijmm.2011.02.004.
Дополнительные файлы
