Biological characteristics of the enteroaggregative escherichia coli ont:h30 18-726 (no. B-8857) strain isolated from a patient with ulcerative colitis and a new method of pcr identification

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the work is to assess biological properties of the enteroaggregative Escherichia coli (EAgEC) strain isolated from the colon mucosa biopsy material from a patient with ulcerative colitis, and to develop a new method for PCR identification of E. coli strains. 

Materials and methods. The study involved 46 patients with a verified ulcerative colitis. Isolation of 87 E. coli strains was carried out by using colon biopsy material obtained during a standard endoscopic procedure. The description of the biochemical bacterial properties was combined with the molecular genetic detection of virulence determinants and presence of antibiotic resistance mechanisms. Using the “AmpliSense® Escherichiose — FL” reagent kit, a screening for the presence of diarrheagenic E. coli strains was performed, which revealed the presence of a single strain of EAgEC. The methodological approach to creating a new method for strain identification was based on the search for a unique genetic sequence within the glutamate decarboxylase (gad) gene.

 Results. E. coli 18-726 can be described biochemically typical to its species. The studied strain was characterized by a multiple resistance phenotype (MDR) to antibiotics, as well as a lack of sensitivity to five bacteriophages. The E. coli 18-726 strain had a unique sequence of the gene encoding the O-antigen, which differed from 188 known O-antigens (ONT) and, by the identity of the nucleotide sequence of the gene encoding the synthesis of the H-antigen, the strain belonged to the H30 serovar. Thus, the antigenic formula of strain EAgEC 18-726 was expressed as ONT:H30. The E. coli 18-726 strain contained a significant spectrum of genes that enable properties of virulence (iss, capU, aggA, aggB, aggC, aggD, aap, aar) and resistance to antibiotics (blaCTX-M-15, blaTEM-1B, aadA1, aadA5, mph(A), catB3). A new method for identifying EAgEC in chronic bowel disease is based on the polymerase chain reaction method using primers for a specific region of bacterial glutamate decarboxylase (gad) gene. Conclusion. 1) The biochemical, antigenic and molecular genetic properties of E. coli ONT:H30 18-726 strain (No. B-8857) isolated from a patient with histomorphologically diagnosed ulcerative colitis were analyzed. 2) A method for PCR identification of EAgEC strains based on the detection of a specific region within the bacterial genomic glutamate decarboxylase gene has been created and patented.

Full Text

Введение

В настоящее время в связи с внедрением и использованием молекулярно-генетических методов в лабораторную практику доступным становится изучение микробиома человека не только при инфекционной патологии, но и при различных полиэтиологичных нозологиях. Роль микробного фактора является дискутабельным вопросом в отношении воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) человека. Гипотеза, которая находится в процессе экспериментального подтверждения, заключается в выявлении специфического инфекционного агента, вызывающего заболевания, который не был обнаружен до настоящего времени. Также обсуждается вопрос о возникновении дисбаланса между индигенной микробиотой и слизистой оболочкой толстой кишки, который приводит к трансформации некоторых представителей нормобиоты, в частности E. coli [15]. Высокая пластичность генома E. coli способствует неконтролируемому формированию уникальных патогенных штаммов из комменсальных. Установлено, что распространенность штаммов-носителей генетических маркеров известных детерминант персистенции и патогенности в кишечной микробиоте здоровых лиц без признаков острого или хронического заболевания желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) не превышает 10%. При снижении концентрации и активности индигенной микробиоты в популяции E. coli могут произойти изменения, способствующие увеличению клонов потенциальных патогенов. Опасность таких микробиологических нарушений становится очевидной, если принять во внимание чрезвычайно широкий спектр факторов вирулентности E. coli: эндо- и экзотоксины, цитотоксины, колицины, адгезины, инвазины, а также антилизоцимная, антикомплементарная и гемолизирующая активность, способность подавлять фагоцитоз, гистоповреждающие ферменты и метаболиты, резистентность к антимикробным препаратам (АМП), способность к L-трансформации и др. [3, 14]. В последние годы обсуждается роль адгезивно-инвазивных E. coli (AIEC) в инициацию аутоиммунного процесса при болезни Крона (БК) [26]. Известно, что AIEC могут проникать и размножаться в макрофагах, вызывая высвобождение большого количества фактора некроза опухоли (TNFα), который вызывает воспаление кишечника, характерное для БК [23, 27]. При изучении причин возникновения язвенного колита (ЯК), который характеризуется поражением дистальных отделов толстой кишки, в последние годы также высказываются предположения о роли E. coli как возможного патобионта-инициатора заболевания [23, 27]. При среднетяжелом и тяжелом течении ЯК современные стандарты лечения регламентируют применение АМП [6, 11, 23].

Цель исследования: изучить биологические свойства штамма E. coli ONT:H30 18-726 (№ В-8857) и разработать новый способ детекции энтероагрегативных штаммов E. coli из биопсийного материала пациентов с гистоморфологическим диагнозом «язвенный колит».

Материалы и методы

Исследование было проведено на базе эндоскопического отделения Клиник Самарского государственного медицинского университета (г. Самара). Биопсийный материал в соответствии с критериями включения и исключения из исследования был получен в ходе стандартной эндоскопической процедуры при проведении колоноскопии 46 пациентам с гистоморфологически установленным диагнозом «язвенный колит» [4, 10]. Идентификацию штаммов E. coli проводили методом времяпролетной масс-спектрометрии (MALDI-ToF MS) с использованием системы Microflex LT (Bruker Daltonics, Германия) [1]. Чувствительность к 18 антимикробным препаратам определяли диско-диффузионным методом с использованием агара Мюллера–Хинтон (ФБУН ГНЦ ПМБ, Россия) и дисков (Oxoid, Великобритания). Интерпретацию результатов проводили согласно Клиническим рекомендациям «Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам» 2018 г. [7]. Чувствительность к 5 препаратам бактериофагов: «Бактериофаг колипротейный», «Пиобактериофаг поливалентный очищенный», «Секстафаг», «Пиобактериофаг поливалентный», «Пиобактериофаг комплексный», «Интести» (АО «НПО Микроген», Россия) проводили согласно действующим клиническим рекомендациям [9]. Для интерпретации результатов использовали показатели: R – устойчив (0/+), I — промежуточная чувствительность (++), S — чувствителен (+++/++++).

Принадлежность штаммов к диареегенным E. coli (DEC) проводили молекулярным методом с использованием набора реагентов «АмплиСенс®Эшерихиозы – FL» (ФБУН ЦНИИЭ, Россия) в режиме «реального времени» (амплификатор «СXT-1000», Bio-Rad, США). Подготовку библиотеки генома EAgEC проводили с помощью набора TrueSeq (Illumina Inc., США), секвенирование выполняли на платформе MiSeq (Illumina). Аннотацию генома проводили с помощью утилиты Prokka v. 1.11 и геномного сервера FAST. Для анализа последовательностей ДНК полных геномов штаммов E. coli использовали веб-сайт Центра геномной эпидемиологии (https://cge.cbs.dtu.dk/services). Поиск генетических детерминант патогенности, вирулентности, антибиотикорезистентности и установление антигенной характеристики штамма (О- и Н-антигенов) проводили с использованием онлайн сервисов: PathogenFinder (https://cge.cbs.dtu.dk/services/PathogenFinder); VirulenceFinder (https://cge.cbs.dtu.dk/services/VirulenceFinder); ResFinder 2.1 (https://cge.cbs.dtu.dk/services/ ResFinder); SerotypeFinder 1.1 (https://cge.cbs.dtu.dk/ services/SerotypeFinder).

Разработка детекции штаммов EAgEC, колонизирующих дно язвенной поверхности слизистой оболочки толстой кишки при ЯК, базировалась на ПЦР-методике и заключалась в выявлении уникального сочетания SNP-полиморфизмов гена глутаматдекарбоксилазы (gad) E. coli ONT:H30 18-726.

Результаты

Скрининг принадлежности штаммов к DEC, проведенный молекулярным методом, выявил наличие специфичных EAgEC участков ДНК в штамме E. coli 18-726. По культурально-ферментативным свойствам штамм EAgEC 18-726 характеризовался типичными видовыми признаками E. coli: давал положительную реакцию с метиловым красным и отрицательную Фогеса–Проскауэра, не расщеплял мочевину, не образовывал сероводород и фенилаланиндезаминазу, не ферментировал инозит и адонит, не рос на цитратном агаре Симмонса, был индол-положительным, ферментировал маннит и глюкозу до кислоты и газа, обладал β-галактозидазной активностью. По ферментативным свойствам штамм проявлял вариабельность в отношении углеводов, спиртов и аминокислот (табл. 1).

 

Таблица 1. Основные ферментативные свойства штамма EAgEC 18-726, выделенного от пациента с язвенным колитом

Table 1. Main enzymatic properties of strain EAgEC 18-726 isolated from a patient with ulcerative colitis

Тест или cубстрат

Assay or substrate

Штамм EAgEC 18-726

EAgEC 18-726 strain

Тест или субстрат

Assay or substrate

Штамм EAgEC 18-726

EAgEC 18-726 strain

Лактоза

Lactose

+

Дульцит

Dulcite

+

Сахароза

Sucrose

Сорбит

Sorbitol

Арабиноза

Arabinose

Салицин

Salicin

Мальтоза

Maltose

Орнитин

Ornithine

+

Ксилоза

Xylose

Лизин

Lysine

+

Рамноза

Ramnose

+

Аргинин

Arginine

Примечание. «+» — положительная реакция; «–» — отрицательная реакция.

Note. “+” — positive reaction; “–” — negative reaction.

 

Результаты изучения чувствительности к АМП EAgEC 18-726 показали, что штамм в соответствии с международными критериями характеризовался фенотипом множественной резистентности (MDR) — резистентность к трем и более классам АМП. Резистентность была отмечена к β-лактамам (аминопенициллины, ингибитор-защищенные аминопенициллины, цефалоспорины III–IV поколения), хинолонам/фторхинолонам, аминогликозидам, тетрациклину, сульфаниламидам и триметоприму. Штамм сохранял чувствительность к карбапенемам (меропенем), хлорамфениколу и нитрофурантоину. Методом «двойных дисков» с цефтазидимом, цефотаксимом, цефепимом и амоксициллин/клавуланатом установлено, что штамм являлся продуцентом бета-лактамаз расширенного спектра (БЛРС).

Изучение спектра литического действия бактериофагов и их активности в отношении штамма EAgEC 18-726 выявило его фагорезистентность ко всем тестируемым препаратам (табл. 2).

 

Таблица 2. Чувствительность штамма EAgEC 18-726 к препаратам бактериофагов

Table 2. Sensitivity of strain EAgEC 18-726 to bacteriophage preparations

Бактериофаг

Bacteriophage

Наличие лизиса

Lysis

Результат

Result

Колипротейный

Coli-Proteus

R

Пиополивалентный очищенный

Pyopolyvalent purified

1+

R

Секстафаг

Sextaphage

R

Комплексный

Complex

R

Интести

Intesti

R

Примечание. «–» — отсутствие литической активности; «1+» — низкая литическая активность; R — нечувствителен к бактериофагу.

Note. “–” — lack of lytic activity; “1+” — low lytic activity; R — bacteriophage insensivity.

 

Анализ генома EAgEC 18-726 с помощью платформы SerotypeFinder 2.0 (https://cge.cbs.dtu.dk/services/SerotypeFinder), онлайн-ресурса «Center for Genomic Epidemiology», показал, что штамм имел уникальную последовательность гена, кодирующего О-антиген, которая отличалась от 188 известных О-антигенов (ONT). По идентичности нуклеотидной последовательности гена, кодирующего синтез Н-антигена, штамм принадлежал к серовару Н30. Таким образом, антигенная формула штамма EAgEC 18-726 выражалась как ONT:H30.

В табл. 3 представлены гены вирулентности штамма EAgEC ONT:H30 18-726. Результаты анализа на платформе VirulenceFinder (https://cge.cbs.dtu.dk/services/VirulenceFinder) показали наличие генов вирулентности с идентичностью 100–99,9% референтным образцам: ген aap (антиагрегационный белок, дисперзин), ген aar (белок-регулятор транскрипционного активатора класса AraC/XylS), ген aggA (большая субъединица адгезионно-агрегационных фимбрий I типа), ген iss (белок устойчивости к бактерицидному действию сыворотки крови), ген capU (гомолог гексозилтрансферазы); с идентичностью 99,7–99,56% референтным образцам: ген aggC (периплазматический шаперон, сборщик начального этапа адгезивно-агрегационных фимбрий I типа) и ген aggD (шаперон, сборщик адгезивно-агрегационных фимбрий I типа); с идентичностью 98,95% — ген gad (глутамат декарбоксилаза) и идентичностью 98,17% — ген aggB (белок афимбриальной адгезивной оболочки энтеробактерий AfaD).

 

Таблица 3. Характеристика генов вирулентности штамма E. coli ONT: H30 18-726, кодирующих механизмы реализации факторов патогенности

Table 3. Characteristics of the virulence genes of E. coli ONT: H30 18-726 strain encoding mechanisms to enable pathogenicity factors

Ген

Gene

Идентичность, %

Identity, %

Референт/образец, п.н.

Reference/sample, bp

Функция белка

Protein function

Референс-номер

Reference No.

aap

100

351/351

Антиагрегационный белок, дисперзин

Anti-aggregation protein, dispersin

Z32523

aar

100

201/201

Белок-регулятор транскрипционного активатора класса AraC/XylS

AraC/XylS class regulator protein of the transcriptional activator

SSI_AA794

aggA

100

516/516

Большая субъединица адгезивно-агрегационных фимбрий I типа

type I adhesive-aggregation fimbriae large subunit

SSI_AA804

aggB

98,17

438/438

Белок афимбриально-адгезивной оболочки энтеробактерий AfaD

Enterobacterial afimbrial-adhesive membrane AfaD protein

U12894

aggC

99,7

2311/2385

Периплазматический шаперон, сборщик начального этапа адгезионно-агрегационных фимбрий I типа

Periplasmic chaperone, assembler of the initial stage for adhesion-aggregation type I fimbriae

AFRH01000026

aggD

99,56

687/759

Шаперон, сборщик адгезионно-агрегационных фимбрий I типа

Chaperone, adhesion-aggregation type I fimbriae collector

U12894

capU

99,9

1016/1089

Гомолог гексозилтрансферазы

Hexosyltransferase homologue

CU928145

gad

98,95

1243/1401

Глутаматдекарбоксилаза

Glutamate decabroxylase

FN554766

iss

100

294/294

Устойчивость к бактерицидному действию сыворотки крови

Resistance to blood serum bactericidal effect

CP001846

 

Анализ сборки геномных данных с использованием интернет-сервиса ResFinder 4.1 выявил совокупность генетических механизмов реализации устойчивости к антибиотикам, которые описаны в табл. 4.

 

Таблица 4. Характеристика генов штамма E. coli ONT: H30 18-726, кодирующих механизмы устойчивости к антибактериальным препаратам

Table 4. Characteristics of the E. coli ONT: H30 18-726 strain genes encoding mechanisms of antibacterial drug resistance

Гены резистентности

Resistance genes

Идентичность, %

Identity, %

Референт/ образец, п.н.

Reference/ sample, bp

Контиг

Contig

Референс-номер

Reference No.

Бета-лактамы

Beta-lactams

blaCTX-М-15

100

876/876

NODE_386_length_4574_cov_78.801483

AY04443 6

blaTEM-1B

100

861/861

NODE_474_length_3323_cov_77.119469

AY45

Аминогликозиды

Aminoglycosides

ААС (3)-IIa

99,77

861/861

NODE_90_length_2624_cov_87.983994

X51534

ААС (6’)-Ib-кр

100

600/600

NODE_793_length_723_cov_95.589211

DQ30391 8

aadA1

100

789/789

NODE_120_length_24792_cov_89.782104

JQ48015 6

aadA5

100

789/789

NODE_380_length_1006_cov_86.854874

AF13736 1

APH (3”)-Ib

100

803/804

NODE_215_length_4521_cov_79.155052

AF02460 2

APH (3”)-Ib

99,88

804/804

NODE_215_length_4521_cov_79.155052

AF31347 2

APH (3”)-Ib

99,88

804/804

NODE_215_length_4521_cov_79.155052

AF32155 0

APH (3”)-Ib

99,88

804/804

NODE_215_length_4521_cov_79.155052

AF32155 1

АРН (6)-Id

100

837/837

NODE_215_length_4521_cov_79.155052

M28829

aadA1

100

789/789

NODE_120_length_24792_cov_89.782104

JQ48015 6

Макролиды

Macrolides

mdf (A)

98.13

1233/1233

NODE_176_length_28514_cov_76.946098

Y08743

mph (A)

100

906/906

NODE_203_length_7502_cov_81.290855

D16251

Хлорамфеникол

Chloramphenicol

catB3

100

442/633

NODE_741_length_781_cov_ 64.875801

AJ00981 8

catB3

100

442/633

NODE_741_length_781_cov_64.875801

U13880

Хинолоны/Фторхинолоны

Quinolones/Fluorquinolones

gyrA p. S83A*

100

600/600

NODE_793_length_723_cov 95.589211

DQ303918

Сульфаниламиды

Sulfonamides

sul1

100

840/840

NODE_203_length_7502_cov_81.290855

U12338

sul2

100

816/816

NODE_515_length_4637_cov_74.394867

AY03413 8

Тетрациклины

Tetracyclines

tet (D)

100

1185/1185

NODE_474_length_3323_cov_77.119469

AF46707 7

Триметроприм

Trimetroprim

dfrA1

100

474/474

NODE_120_length_24792_cov_89.782104

X00926

dfrA17

100

354/474

NODE_309_length_1052_cov_83.835548

AM9372 44

dfrA17

100

354/474

NODE_309_length_1052_cov_83.835548

FJ460238

Примечание. * — мутации в генах.

Note. * — genes mutation.

 

Штамм E. coli ONT:H30 18-726 был депонирован в Государственной коллекции патогенных микроорганизмов и клеточных культур «ГКПМ-Оболенск» ФБУН ГНЦ ПМБ с присвоением регистрационного номера В-8857 и выдачей свидетельства о депонировании от 25.11.2019 г. № 193.

Представленность широкого спектра генов, кодирующих факторы вирулентности, наличие значительного количества мобильных генетических элементов, а также множественная резистентность к АМП и фагоустойчивость E. coli ONT:H30 18-726 обосновали необходимость в создании способа выявления аналогичных штаммов в биологическом материале пациентов с ЯК. Метод основан на выявлении уникального сочетания SNP-полиморфизмов гена глутамат декарбоксилазы (gad), расположенных в диапазоне NZ_GL896790.1:2763405–2763726 штамма E. coli ONT:H30 18-726 с использованием четырех специфических праймеров. Нуклеотидные последовательности праймеров представлены в табл. 5. Проведение ПЦР возможно как в режиме «реального времени», так и с последующей электрофоретической детекцией.

 

Таблица 5. Нуклеотидные последовательности праймеров для детекции SNP-полиморфизмов гена gad

Table 5. Nucleotide primer sequences for detecting SNP polymorphisms in the bacterial gad gene

Праймеры первой реакционной cмеси

First reaction mix primers

Праймеры второй реакционной смеси

Second reaction mix primers

F1: CGTCAGAACCTGGCCACTTTT

F2: TCGACCTGCGTTGCGTAAAC

R1: TATCCGTTGGTTTGCCTGCA

R2: CATCCCAGTAGCGGGCG

Размер ПЦР-продукта: 292 п.н.

PCR product size: 292 bp

Размер ПЦР-продукта: 240 п.н.

PCR product size: 240 bp

Примечание. Реакции с обеими парами праймеров проводятся отдельно друг от друга.

Note. PCR with both pairs of primers is carried out separately.

 

Состав реакционной смеси: очищенная вода, пара праймеров — 0,4 мкМ каждого, 1х буфер для амплификации, концентрация Mg2+ — 2,5 мМ, 1x SybrGreen для детекции в «режиме реального времени», 1х раствор полимеразы без экзонуклеазной активности, матрица ДНК — 5 мкл на 20 мкл реакционной среды, режим амплификации приведен в табл. 6.

Таблица 6. Режимы амплификации для детекции SNP-полиморфизмов гена gad

Table 6. Amplification modes for detection of gad gene SNP polymorphisms

№ цикла

Cycle No.

Температура, °С

Temperature, °C

Время

Time

Количество циклов

Number of cycles

1

95

5 мин

5min

1

2

95

30 с

30 s

40

3

65

65 с

65 s

4

72

20 с

20 s

5

72

5 мин

5 min

1

При детекции в режиме «реального времени» о наличии EAgEC свидетельствует повышение интенсивности флуоресценции по каналу FAM в обеих реакционных смесях одновременно, при этом пороговое значение цикла (Ct) — 35. При гель-электрофоретической детекции о наличии энтероагрегативного штамма E. coli можно судить по наличию продуктов амплификации специфических длин в обеих реакционных смесях одновременно: для первой реакции — 292 п.н., для второй — 240 п.н. [8]. Получен патент на изобретение «Способ выявления энтероагрегативных штаммов E. coli из толстой кишки у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника» (№ 2758475 RU от 28.10.2021) [8].

Обсуждение

Воспалительные заболевания кишечника, к которым относится ЯК, являются одной из наиболее серьезных проблем гастроэнтерологии во всех странах. По тяжести течения, частоте осложнений и летальности они занимают ведущее место в структуре болезней [11, 18]. Несмотря на многолетнюю историю изучения, этиология ЯК остается неизвестной, а патогенез недостаточно раскрытым [11].

Патогенные E. coli характеризуются широким спектром факторов вирулентности, включая адгезины, токсины, сидерофоры, капсулы и инвазины и др. Такие штаммы могут вызвать патологический процесс практически каждого органа или системы. Не исключена роль E. coli при хронических заболеваниях ЖКТ, в инициации и поддержании патологического воспалительного процесса, а также язвенно-некротических реакций [16]. Генетическое разнообразие E. coli, наличие специфических генов вирулентности позволяют предположить этиологическую значимость этих микроорганизмов в развитии ЯК [5, 28]. Штаммы EAgEC — одной из шести патогрупп DEC — вызывают острые кишечные инфекции у детей и взрослых во всех странах. Метааналитические эпидемиологические исследования выявили статистически значимую связь EAgEC с диареями: острыми, продолжительными, хроническими, диареями ВИЧ-инфицированных и путешественников [17]. Длительная персистенция EAgEC может вызывать хроническое воспаление кишечника, снижая его абсорбционную функцию, приводя к алиментарной дистрофии, анемии, гипопротеинемии, нарушениям физического и когнитивного состояния [20]. EAgEC, в отличие от других патогенных E. coli, характеризует широкая вариабельность генетических маркеров вирулентности [16, 24]. Это указывает на то, что вызывать воспалительный процесс способны только штаммы EAgEC, несущие специфические гены вирулентности. В то же время ни один из факторов вирулентности не был неопровержимо связан с вирулентностью EAgEC, а гены, кодирующие их, не присутствуют равномерно во всех изолированных штаммах. Эксперименты in vitroin vivo и ex vivo убедительно показали, что EAgEC могут адгезироваться на эпителиоциты тощей, подвздошной и толстой кишки, образуя прочную биопленку с последующим цитотоксическим и провоспалительным действием. Патогенез заболевания включает три этапа: а) обильное прилипание к слизистой оболочке кишечника — адгезия и колонизация; б) продукция цитотоксинов и энтеротоксинов; в) индукция воспаления слизистой оболочки. Воспаление, вызванное EAgEC, является результатом обильной колонизации слизистой оболочки кишечника [12, 19].

Проведенный анализ полногеномного секвенирования показал, что у штамма E. coli ONT:H30 18-726 (№ В-8857) присутствует несколько детерминант, ассоциированных с адгезией и колонизацией — aggAaggВaggС и aggD, кодирующих активатор транскрипции экспрессии хромосомных и плазмидо-кодируемых факторов вирулентности, включая антиагрегационный белок дисперзин (ген aap), который способствует проникновению бактерии через слизь крипт толстой кишки [25]. Данный метаболический путь может привести к генерализации инфекции — развитию сепсиса — за счет блокировки фибриногена, который участвует в механизме тромбоза — защитной реакции организма при сепсисе [2, 21]. Вирулентный адгезивный аппарат дополнительно представлен геном агрегативного регулона — aar, который обеспечивает активность более 40 генетических элементов, ответственных за взаимодействие с эпителиальными клетками кишечника человека [22]. У изученного штамма был идентифицирован ген iss, обеспечивающий устойчивость к бактерицидному действию сыворотки крови, наличие которого можно расценивать как потенциал гематогенной генерализации инфекции или существенного ухудшения течения основного заболевания, в настоящем случае — ЯК.

К одним из основных препаратов для лечения ЯК и поддержания ремиссии относятся АМП, поэтому проблема антибиотикорезистентности представляется особо актуальной. Проведенное исследование показало, что штамм E. coli ONT:H30 18-726 (№ В-8857) характеризовался множественной устойчивостью к АМП разных групп. Резистентность к цефалоспоринам III–IV поколения обусловлена продукцией эпидемически значимой глобально распространенной в популяции грамотрицательных бактерий цефалоспориназы CTX-M15. Низкая литическая активность и полная фагоустойчивость к биологическим препаратам — бактериофагам — в отношении изученного штамма предполагает невозможность применения отечественных препаратов к элиминации данного патогена при эмпирической терапии ЯК. Фагоустойчивость к биологическим агентам отмечается в литературе и характеризуется развитием резистентности к препаратам данного типа, а также необходимостью регулярного обновления фармакологического набора фаготерапевтических препаратов [13].

Таким образом, данные, полученные по результатам полногеномного секвенирования штамма EAgEC, выделенного от пациента с гистологически подтвержденным диагнозом «язвенный колит», свидетельствуют, что традиционные культуральные методы изучения штаммов E. coli, колонизирующих кишечник пациентов с ЯК, включая определение чувствительности к АМП, подходят только для фенотипической характеристики выделенного изолята. В виду этого одним из перспективных направлений в детекции EAgEC у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, а также в изучении механизмов резистентности к АМП, становится применение современных генетических методик. Использование дополнительных методов позволит получить информацию, необходимую клиницисту для принятия решения о назначении адекватной этиотропной терапии пациентов с ЯК. Для получения достоверных данных об этиологии ЯК и роли EAgEC в патогенезе воспаления толстого кишечника требуется проведение дальнейших исследований. Особенно это становится актуальным в связи с широким распространением среди больных ЯК грамотрицательных бактерий с фенотипом множественной резистентности к АМП, продуцирующих БЛРС.

Благодарности

Особая благодарность выражается Никите Андреевичу Буланцеву — выпускнику магистратуры SCAMT ИТМО (Санкт-Петербург) за помощь в обработке массивов сиквенс-данных.

×

About the authors

Maria A. Makarova

St. Petersburg Pasteur Institute; Mechnikov North-Western State Medical University

Email: makmaria@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3600-2377
SPIN-code: 7915-1758

DSc (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Enteric Infections; Associate Professor, Department of Medical Microbiology

Россия, St. Petersburg; Saint-Petersburg

Egor E. Kruglov

Reaviz Medical University; State Research and Test Institute of Military Medicine

Email: krugegr@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-6955-1025
SPIN-code: 7994-1414

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Clinical Medicine; Researcher, Research and Testing Department

Россия, Самара; Санкт-Петербург

Lidia A. Kaftyreva

Saint-Petersburg Pasteur Institute; Mechnikov North-West State Medical University

Author for correspondence.
Email: kaflidia@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0989-1404
SPIN-code: 6721-7873

DSc (Medicine), Leading Researcher, Typhoid Epidemiology Research Group; Professor, Department of Medical Microbiology

Россия, St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Баранцевич Е.П., Баранцевич Н.Е. Применение MALDI-ToF масс-спектрометрии в клинической микробиологии // Трансляционная медицина. 2014. № 3. С. 23–28. [Barantsevich E.P., Barantsevich N.E. MALDI-ToF mass spectrometry in clinical microbiology. Translyatsionnaya meditsina = Translational Medicine, 2014, no. 3, pp. 23–28. (In Russ.)] doi: 10.18705/2311-4495-2014-0-3-23-28
  2. Галстян Г.М., Гапонова Т.В., Жибурт Е.Б., Балашова Е.Н., Берковский А.Л., Быстрых О.А., Купряшов А.А., Оловникова Н.И., Ошоров А.В., Рыбка М.М., Троицкая В.В., Буланов А.Ю., Журавель С.В., Лубнин А.Ю., Мазурок В.А., Недомолкин С.В., Певцов Д.Э., Рогачевский О.В., Салимов Э.Л., Трахтман П.Е., Чжао А.В., Шерстнев Ф.С., Савченко В.Г. Клиническое использование криопреципитата // Гематология и трансфузиология. 2020. Т. 65, № 1. С. 87–114. [Galstyan G.M., Gaponova T.V., Zhiburt E.B., Balashova E.N., Berkovskiy A.L., Bystrykh O.A., Kupryashov A.A., Olovnikova N.I., Oshorov A.V., Rybka M.M., Troitskaya V.V., Bulanov A.Yu., Zhuravel S.V., Lubnin A.Yu., Mazurok V.A., Nedomolkin S.V., Pevtcov D.E., Rogachevskiy O.V., Salimov E.L., Trakhtman P.E., Chzhao A.V., Sherstnev F.S., Savchenko V.G. Clinical guidelines for cryoprecipitate transfusions. Gematologiya i transfuziologiya = Russian Journal of Hematology and Transfusiology, 2020, vol. 65, no. 1, pp. 87–114. (In Russ.)] doi: 10.35754/0234-5730-2020-65-1-87-114
  3. Егорова С.А., Кафтырева Л.А., Липская Л.В., Коноваленко И.Б., Пясетская М.Ф., Курчикова Т.С., Ведерникова Н.Б., Морозова О.Т., Смирнова М.В., Попенко Л.Н., Любушкина М.И., Савочкина Ю.А., Макарова М.А., Сужаева Л.В., Останкова Ю.В., Иванова М.Н., Павелкович А.М., Наабер П., Сепп Э., Кыльялг С., Мицюлявичене И., Балоде А. Штаммы энтеробактерий, продуцирующие бета-лактамазы расширенного спектра и металло-β-лактамазу ndm-1, выделенные в стационарах в странах Балтийского региона // Инфекция и иммунитет. 2013. Т. 3, № 1. С. 29–36. [Egorova S.A., Kaftyreva L.A., Lipskaya L.V., Konovalenko I.B., Pyasetskaya M.F., Kurchikova T.S., Vedernikova N.B., Morozova O.T., Smirnova M.V., Popenko L.N., Lyubushkina M.I., Savochkina Yu.A., Makarova M.A., Suzhaeva L.V., Ostankova Yu.V., Ivanova M.N., Pavelkovich A.M., Naaber P., Sepp E., Kyl’yalg S., Mitsyulyavichene I., Balode A. Enterobacteriacae, producing ESBLs and metallo-β-lactamase NDM-1, isolated in hospitals of Baltic region countries. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2013, vol. 3, no. 1, pp. 29–36 (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2013-1-29-36
  4. Каторкин С.Е., Жестков А.В., Суворова Г.Н., Мякишева Ю.В., Лямин А.В., Андреев П.С., Давыдова О.Е., Круглов Е.Е. Комплексная характеристика клинических, патоморфологических, микробиологических особенностей язвенного колита // Военно-медицинский журнал. 2019. Т. 340, № 10. С. 68–71. [Katorkin S.E., Zhestkov A.V., Suvorova G.N., Myakisheva Yu.V., Lyamin A.V., Andreev P.S., Davydova O.E., Kruglov E.E. Complex characteristics of clinical, pathological and microbiological features of ulcerative colitis. Voenno-meditsinskiy zhurnal = Military Medical Journal, 2019, vol. 340, no. 10, pp. 68–71. (In Russ.)]
  5. Макарова М.А., Круглов Е.Е., Матвеева З.Н., Зверякина Н.Н., Кафтырева Л.А. Характеристика штаммов Esсherichia coli, выделенных при остром аппендиците и хроническом язвенном колите // Проблемы медицинской микологии. 2020. Т. 22, № 4. С. 66–71. [Makarova M.A., Kruglov E.E., Matveeva Z.N., Zveryakina N.N., Kaftyreva L.A. Characteristics of Escherichia coli strains isolated in acute appendicitis and ulcerative colitis. Problemy meditsinskoi mikologii = Problems in Medical Mycology, 2020, vol. 22, no. 4, pp. 66–71. (In Russ.)] doi: 10.24412/1999-6780-2020-4-66-71
  6. Об утверждении стандарта медицинской помощи больным с язвенным колитом (при оказании специализированной помощи): Приказ Минздравсоцразвития России от 8.06.2007 № 406. [On approval of the standard of medical care for patients with ulcerative colitis (in the provision of specialized care): Order of the Ministry of Health and Social Development of Russia dated June 8, 2007 No. 406. (In Russ.)] URL: https://docs.cntd.ru/document/902048232 (31.05.2022)
  7. Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам: рекомендации Межрегиональной ассоциации по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии. Версия 2021-01. 222 с. [Assessment of microorganisms sensitivity to antimicrobial agents: Guidelines of the Interregional Association for Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. Version 2021-01. 222 p. (In Russ.)] URL: https://www.antibiotic.ru/minzdrav/category/clinical-recommendations (31.05.2022)
  8. Патент № 2758475 Российская Федерация, МПК C12Q 1/68 (2006.01). Способ выявления энтероагрегативных штаммов Escherichia coli из толстой кишки у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника: № 2020140059; заявлено 2020.12.04: опубликовано 2021.10.28 / Круглов Е.Е., Мякишева Ю.В., Викторов Д.А., Соловьев А.В., Лямин А.В., Жестков А.В., Макарова М.А., Кафтырева Л.А. Патентообладатель: Круглов Е.Е. 8 с. [Patent No. 2758475 Russian Federation, Int. Cl. C12Q 1/68 (2006.01). Method for detecting enteroaggregative Escherichia coli strains from the colon in patients with inflammatory bowel diseases. No. 2020140059; application: 2020.12.04: date of publication 2020.12.04 / Kruglov E.E., Myakisheva Yu.V., Viktorov D.A., Solovev A.V., Lyamin A.V., Zhestkov A.V., Makarova M.A., Kaftyreva L.A. Proprietor: Kruglov E.E. 8 p.]
  9. Рациональное применение бактериофагов в лечебной и противоэпидемической практике. Федеральные клинические рекомендации. М.: 2014. 39 с. [Rational use of bacteriophages in medical and anti-epidemic practice. Federal clinical guidelines. Moscow, 2014. 39 p. (In Russ.)]
  10. Суворова Г.Н., Мякишева Ю.В., Каторкин С.Е., Андреев П.С., Давыдова О.Е., Лямин А.В., Круглов Е.Е., Сухачев П.А. Гистологическая картина и микробный пейзаж при язвенном колите // Вестник новых медицинских технологий. 2018. Т. 25, № 4. С. 170–175. [Suvorova G.N., Myakisheva Yu.V., Katorkin S.E., Andreev P.S., Davydova O.E., Lyamin A.V., Kruglov E.E., Sukhachev P.A. Histology and microbic landscape with ulcerative colitis. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy = Journal of New Medical Technologies, 2018, vol. 25, no. 4, pp. 170–175. (In Russ.)] doi: 10.24411/1609-2163
  11. Язвенный колит: Клинические рекомендации. 2020. ID 193. 69 c. [Clinical guidelines «Ulcerative colitis». 2020. ID 193. 69 p. (In Russ.)] URL: https://cr.minzdravс.gov.ru/recomend/193_1 (31.05.2022)
  12. Biran D., Sura T., Otto A., Yair Y., Becher D., Ron E. Surviving serum — the E. coli iss gene (increased serum survival) of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) is required for the synthesis of group 4 capsule. Infect. Immun., 2021, vol. 89, no. 10: e00316-21. doi: 10.1128/IAI.00316-21
  13. Bolocan A.S., Callanan J., Forde A., Ross P., Hill C. Phage therapy targeting Escherichia coli-a story with no end? FEMS Microbiol. Lett., 2016, vol. 363, no. 22: fnw256. doi: 10.1093/femsle/fnw256
  14. Butler D.A., Rana A.P., Krapp F., Patel S.R., Huang Y., Ozer E.A., Hauser A.R., Bulman Z.P. Optimizing aminoglycoside selection for KPC-producing Klebsiella pneumoniae with the aminoglycoside-modifying enzyme (AME) gene aac(6’)-Ib. J. Antimicrob. Chemother., 2021, vol. 76, no. 3, pp. 671–679. doi: 10.1093/jac/dkaa480
  15. Costa R.F.A., Ferrari M.L.A., Bringer M.A., Darfeuille-Michaud A., Martins F.S., Barnich N. Characterization of mucosa-associated Escherichia coli strains isolated from Crohn’s disease patients in Brazil. BMC Microbiol. 2020, vol. 20, no. 1: 178. doi: 10.1186/s12866-020-01856-x
  16. Desvaux M., Dalmasso G., Beyrouthy R., Barnich N., Delmas J., Bonnet R. Pathogenicity factors of genomic islands in intestinal and extraintestinal Escherichia coli. Front. Microbiol., 2020, vol. 25, no. 11: 2065. doi: 10.3389/fmicb.2020.02065
  17. Huang D.B., Nataro J.P., DuPont H.L., Kamat P.P., Mhatre A.D., Okhuysen P.C., Chiang T. Enteroaggregative Escherichia coli is a cause of acute diarrheal illness: a meta-analysis. Clin. Infect. Dis., 2006, vol. 43, no. 5, pp. 556–563. doi: 10.1086/505869
  18. Iablokov S.N., Klimenko N.S., Efimova D.A., Shashkova T., Novichkov P.S., Rodionov D.A., Tyakht A.V. Metabolic phenotypes as potential biomarkers for linking gut microbiome with inflammatory bowel diseases. Front. Mol. Biosci., 2021, no. 7: 603740. doi: 10.3389/fmolb.2020.603740
  19. Jenkins C. Enteroaggregative Escherichia coli. Curr. Top. Microbiol. Immunol., 2018, vol. 416, pp. 27–50. doi: 10.1007/82_2018_105
  20. Jensen B.H., Olsen K.E., Struve C., Krogfelt K.A., Petersen A.M. Epidemiology and clinical manifestations of enteroaggregative Escherichia coli. Clin. Microbiol. Rev., 2014, vol. 27, no. 3, pp. 614–630. doi: 10.1128/CMR.00112-13
  21. Moraes C., Longo J., Silva L.B., Pimenta D.C., Carvalho E., Morone M.S., da Rós N., Serrano S.M.T., Santos A.C.M., Piazza R.M.F., Barbosa A.S., Elias W.P. Surface protein dispersin of enteroaggregative Escherichia coli binds plasminogen that is converted into active plasmin. Front. Microbiol., 2020, no. 11: 1222. doi: 10.3389/fmicb.2020.01222
  22. Morin N., Santiago A., Ernst R., Guillot S., Nataro J. Characterization of the AggR regulon in enteroaggregative E. coli. Infect. Immun., 2012, vol. 81, no. 10, pp. 122–132. doi: 10.1128/IAI.00676-12
  23. Mousavifar L., Roy R. Recent development in the design of small “drug-like” and nanoscale glycomimetics against Escherichia coli infections. Drug Discov. Today, 2021, vol. 26, no. 9, pp. 2124–2137. doi: 10.1016/j.drudis.2021.02.025
  24. Nuesch-Inderbinen M.T., Hofer E., Hächler H., Beutin L., Stephan R. Characteristics of enteroaggregative Escherichia coli isolated from healthy carriers and from patients with diarrhoea. J. Med. Microbiol., 2013, vol. 62, no. 12, pp. 1828–1834. doi: 10.1099/jmm.0.065177-0
  25. Prieto A., Bernabeu M., Sánchez-Herrero J.F., Pérez-Bosque A., Miró L., Bäuerl C., Collado C., Hüttener M., Juárez A. Modulation of AggR levels reveals features of virulence regulation in enteroaggregative E. coli. Commun. Biol., 2021, vol. 4, no. 1: 1295. doi: 10.1038/s42003-021-02820-9
  26. Shaler C.R., Elhenawy W., Coombes B.K. The unique lifestyle of Crohn’s disease-associated adherent-invasive Escherichia coli. J. Mol. Biol., 2019, vol. 431, no. 16, pp. 2970–2981. doi: 10.1016/j.jmb.2019.04.023
  27. Tyakht A.V., Kostryukova E.S., Popenko A.S., Belenikin M.S., Pavlenko A.V., Larin A.K., Karpova I.Y., Selezneva O.V., Semashko T.A., Ospanova E.A., Babenko V.V., Maev I.V., Cheremushkin S.V., Kucheryavyy Y.A., Shcherbakov P.L., Grinevich V.B., Efimov O.I., Sas E.I., Abdulkhakov R.A., Abdulkhakov S.R., Lyalyukova E.A., Livzan M.A., Vlassov V.V., Sagdeev R.Z., Tsukanov V.V., Osipenko M.F., Kozlova I.V., Tkachev A.V., Sergienko V.I., Alexeev D.G., Govorun V.M. Human gut microbiota community structures in urban and rural populations in Russia. Nat. Commun., 2013, no. 4: 2469. doi: 10.1038/ncomms3469
  28. Zhang S.L., Wang S.N., Miao C.Y. Influence of microbiota on intestinal immune system in ulcerative colitis and its intervention. Front. Immunol., 2017, no. 8: 1674. doi: 10.3389/fimmu.2017.01674

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Makarova M.A., Kruglov E.E., Kaftyreva L.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies