Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1242110.15789/2220-7619-PAO-12421ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticlePhylogenetic analysis of the Klebsiella pneumoniae uge gene in local microbiological monitoringФилогенетический анализ гена uge Klebsiella pneumoniae в локальном микробиологическом мониторингеhttps://orcid.org/0000-0001-8521-7652UstyuzhaninAlexander V.УстюжанинАлександр Владимирович
Russian Federation

PhD (Medicine), Leading Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник отделения иммунологии, микробиологии, патоморфологии и цитодиагностики

ust103@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0852-6766ChistyakovaGuzel N.ЧистяковаГузель Нуховна
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

доктор медицинских наук, профессор, руководитель отделения иммунологии, микробиологии, патоморфологии и цитодиагностики

7@niiomm.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4238-4642RemizovaIrina I.РемизоваИрина Ивановна
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отделения иммунологии, микробиологии, патоморфологии и цитодиагностики

remizovaii@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2834-6754MakhanyokAnna A.МаханёкАнна Алексеевна
Russian Federation

Junior Researcher, Department of Immunology, Microbiology, Pathomorphology and Cytodiagnostics

младший научный сотрудник отделения иммунологии, микробиологии, патоморфологии и цитодиагностики

makhanechek@bk.ruUral Scientific Research Institute of Maternity and Child CareФГБУ НИИ охраны материнства и детства Минздрава России01092023241020231347357420506202328082023Copyright ©; 2023, Ustyuzhanin A.V., Chistyakova G.N., Remizova I.I., Makhanyok A.A.Copyright ©; 2023, Устюжанин А.В., Чистякова Г.Н., Ремизова И.И., Маханёк А.А.2023Ustyuzhanin A.V., Chistyakova G.N., Remizova I.I., Makhanyok A.A.Устюжанин А.В., Чистякова Г.Н., Ремизова И.И., Маханёк А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/12421

The aim of the study was to evaluate the data of phylogenetically analyzed nucleotide sequences from the K. pneumoniae strain uge genes carried out in the perinatal center. Materials and methods. Fifty-six sequences of the K. pneumoniae uge gene were analyzed. The uge gene was detected by real-time PCR using DT light amplifier (Russia). Results. The rate of K. pneumoniae strains among patients of obstetric and gynecological departments in 2020–2023 averaged 1.4%. In pediatric hospitals, the isolation of K. pneumoniae strains comprised 12–14% in 2020, 2021 and 2023. In 2022, a fourfold decrease in detected K. pneumoniae strains was recorded. Phylogenetic analysis showed that the nucleotide sequences were significantly grouped into 14 clusters. The K. pneumoniae virulence factor uge gene is found in 64.3% cases. The nucleotide sequences allowed to detect heterogeneous K. pneumoniae strain population isolated from patients at the perinatal center from 2019 to 2023 analyzed by the phylogenetic method. There are clusters that combine K. pneumoniae genovariants isolated in 2019 and not replenished with new isolates, which confirms the effectiveness of ongoing anti-epidemic measures, enhanced during COVID-19 spread, excluding the transmission of an infectious agent from a source to a susceptible organism in nosocomial environment. P249Q, N279L amino acid substitutions within the uge gene were determined, which distinguish hypervirulent strains from those with a lower degree of pathogenicity. Out of five mother-child pairs, in four — nucleotide sequences of K. pneumoniae strain uge gene were genetically closer to each other than to other strains isolated from patients of the Medical Departments suggesting about a high degree of their relationship, highly likely indicating that the source of the strain for the child was the paired mother, and not the patients of the departments or the staff of the institution. In one mother-child pair, K. pneumoniae strains belonged to different clusters. The isolate obtained on 09/06/2021 from neonatal faeces (age: 7 days old) was grouped with strains isolated on 12/12/2020 from a patient in the maternity ward and in Laos in 2013 (CP035196). K. pneumoniae isolated on 06/04/2021 from the urine of a woman, was significantly grouped with strains included in cluster 13. Conclusion. An opportunity for improving local microbiological monitoring by sequencing and phylogenetic analysis of K. pneumoniae uge gene has been demonstrated. Assessment of changes in the intraspecies population pattern of HCAI pathogens is necessary for a timely and reasonable response to the deterioration of the epidemiological situation.

Цель исследования: оценить результаты филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей гена uge штаммов K. pneumoniae в перинатальном центре.

Материалы и методы. Проанализировано 56 последовательностей гена uge K. pneumoniae. Ген uge детектировали методом ПЦР в режиме реального времени на амплификаторе «ДТ лайт» (Россия).

Результаты. Частота встречаемости штаммов K. pneumoniae среди пациентов отделений акушерско-гинекологического профиля составила в среднем 1,4% в 2020–2023 гг. В стационарах педиатрического профиля выделение штаммов в диапазоне 12–14% регистрируется в 2020, 2021 и 2023 гг. В 2022 г. зарегистрировано четырехкратное снижение выявления штаммов K. pneumoniae. Филогенетический анализ показал, что нуклеотидные последовательности достоверно сгруппировались в 14 кластеров. Ген фактора вирулентности K. pneumoniae uge регистрируется в 64,3%. Популяция выделенных от пациентов перинатального центра с 2019 по 2023 гг. штаммов K. pneumoniae, нуклеотидные последовательности которых проанализированы филогенетическим методом, является гетерогенной. Существуют кластеры, объединяющие геноварианты бактерий, выделенные в 2019 г., и не пополнившиеся новыми изолятами, что подтверждает эффективность проводимых противоэпидемических мероприятий, усиленных в период распространения новой коронавирусной инфекции, исключающих передачу инфекционного агента от источника восприимчивому организму во внутрибольничной среде. Определены аминокислотные замены в гене uge P249Q, N279L, отличающие гипервирулентные штаммы от тех, которые имеют меньшую степень патогенности. В четырех из пяти пар мать-ребенок нуклеотидные последовательности гена uge штаммов K. pneumoniae были генетически более близки друг другу и отличались от выделенных из биологического материала пациентов отделений, что свидетельствует о высокой степени их родства и с большой долей вероятности указывает на то, что источником штамма для ребенка явилась его мать, а не пациенты отделений или персонал учреждения. В одной паре мать–ребенок штаммы K. pneumoniae принадлежали разным кластерам. Изолят, выделенный 06.09.2021 г. из фекалий новорожденного ребенка (7 суток), группировался со штаммами, выделенными от пациентки родового отделения 12.12.2020 г. и в Лаосе в 2013 г. (CP035196). K. pneumoniae, выделенная 04.06.2021 г. из мочи женщины, достоверно группировалась со штаммами, вошедшими в 13 кластер.

Вывод. Продемонстрирована возможность совершенствования локального микробиологического мониторинга методами секвенирования и филогенетического анализа гена uge K. pneumoniae. Оценка изменения внутривидовой популяционной структуры возбудителей ИСМП необходима для своевременного и обоснованного реагирования на ухудшение эпидемиологической ситуации.

sequencingphylogenetic analysisuge geneKlebsiella pneumoniaemonitoringneonatologyepidemiologyсеквенированиефилогенетический анализген ugeKlebsiella pneumoniaeмониторингнеонатологияэпидемиологияАгеевец В.А., Агеевец И.В., Сидоренко С.В. Конвергенция множественной резистентности и гипервирулентности у Klebsiella pneumoniae // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. C. 450–460. [Ageevets V.A., Ageevets I.V., Sidorenko S.V. Convergence of multiple resistance and hypervirulence in Klebsiella pneumoniae. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 450–460. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-COM-1825Козлова Н.С., Баранцевич Н.Е., Баранцевич Е.П. Чувствительность к антибиотикам штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных в многопрофильном стационаре // Инфекция и иммунитет. 2018. Т. 8, № 1. С. 79–84. [Kozlova N.S., Barantsevich N.E., Barantsevich E.P. Susceptibility to antibiotics in Klebsiella pneumoniae strains isolated in a multidisciplinary medical centre. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2018, vol. 8, no. 1, pp. 79–84. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2018-1-79-84Краева Л.А., Кунилова Е.С., Бургасова О.А., Хамдулаева Г.Н., Данилова Е.М., Беспалова Г.И. Значение факторов патогенности некоторых видов стрептококков и клебсиелл при определении их этиологической роли в развитии воспалительных процессов респираторного тракта // Инфекция и иммунитет. 2020. Т. 10, № 1. С. 121–128. [Kraeva L.A., Kunilova E.S., Burgasova O.A., Hamdulaeva G.N., Danilova E.M., Bespalova G.I. The importance of pathogenicity factors of some Streptococcus spp. and Klebsiella spp. in determining their etiological role in the inflammatory processes of the respiratory tract. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2020, vol. 10, no. 1, pp. 121–128. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-TIO-1339Устюжанин А.В., Чистякова Г.Н., Ремизова И.И. Филогенетический анализ родства штаммов Klebsiella pneumoniae по генам uge и fim // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. Т. 97, № 6. С. 556–563. [Ustyuzhanin A.V., Chistyakova G.N., Remizova I.I. The relatedness of Klebsiella pneumoniae strains based on phylogenetic analysis of uge and fim genes. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2020, vol. 97, no. 6, pp. 556–563. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2020-97-6-6Ballén V., Gabasa Y., Ratia C., Ortega R., Tejero M., Soto S. antibiotic resistance and virulence profiles of Klebsiella pneumoniae strains isolated from different clinical sources. Front. Cell Infect. Microbiol., 2021, vol. 11: 738223. doi: 10.3389/fcimb.2021.738223Fursova N.K., Astashkin E.I., Gabrielyan N.I., Novikova T.S., Fedyukina G.N., Kubanova M.K., Esenova N.M., Sharapchenko S.O., Volozhantsev N.V. Emergence of five genetic lines ST39[NDM-1, ST13OXA-48, ST3346OXA-48, ST39CTX-M-14, and novel ST3551OXA-48 of multidrug-resistant clinical Klebsiella pneumoniae in Russia. Microb. Drug Resist., 2020, vol. 26, no. 8, pp. 924–933. doi: 10.1089/mdr.2019.0289Hasani A., Soltani E., Ahangarzadeh Rezaee M., Pirzadeh T., Ahangar Oskouee M., Hasani A., Gholizadeh P., Noie Oskouie A., Binesh E. Serotyping of Klebsiella pneumoniae and its relation with capsule-associated virulence genes, antimicrobial resistance pattern, and clinical infections: a descriptive study in medical practice. Infect. Drug Resist., 2020, vol. 13, pp. 1971–1980. doi: 10.2147/IDR.S243984Mobasseri G., Thong K.L., Rajasekaram G., Teh C.S.J. Molecular characterization of extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae from a Malaysian hospital. Braz. J. Microbiol., 2020, vol. 51, no. 1, pp. 189–195. doi: 10.1007/s42770-019-00208-wNimnoi P., Pongsilp N. Identification, characterization, and virulence gene expression of marine enterobacteria in the upper gulf of Thailand. Microorganisms., 2022, vol. 10, no. 3: 511. doi: 10.3390/microorganisms10030511Osama D.M., Zaki B.M., Khalaf W.S., Mohamed M.Y.A., Tawfick M.M., Amin H.M. Occurrence and molecular study of hypermucoviscous/hypervirulence trait in gut commensal K. pneumoniae from healthy subjects. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 3: 704. doi: 10.3390/microorganisms11030704Pruss A., Kwiatkowski P., Masiuk H., Bilska I., Giedrys-Kalemba S., Dołęgowska B. Epidemiological analysis of extended-spectrum β-lactamase-producing Klebsiella pneumoniae outbreak in a neonatal clinic in Poland. Antibiotics (Basel), 2022, vol. 12, no. 1: 50. doi: 10.3390/antibiotics12010050Remya P.A., Shanthi M., Sekar U. Characterisation of virulence genes associated with pathogenicity in Klebsiella pneumoniae. Indian J. Med. Microbiol., 2019, vol. 37, no. 2, pp. 210–218. doi: 10.4103/ijmm.IJMM_19_157Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1977, vol. 74, no. 12, pp. 5463–5467. doi: 10.1073/pnas.74.12.5463Su S., Zhang J., Zhao Y., Yu L., Wang Y., Wang Y., Bao M., Fu Y., Li C., Zhang X. Outbreak of KPC-2 carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae ST76 and carbapenem-resistant K2 Hypervirulent Klebsiella pneumoniae ST375 strains in Northeast China: molecular and virulent characteristics. BMC Infect. Dis., 2020, vol. 20, no. 1: 472. doi: 10.1186/s12879-020-05143-yTamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol., 2013, vol. 30, no. 12, pp. 2725–2729 doi: 10.1093/molbev/mst197.Tanni A.A., Hasan M.M., Sultana N., Ahmed W., Mannan A. Prevalence and molecular characterization of antibiotic resistance and associated genes in Klebsiella pneumoniae isolates: a clinical observational study in different hospitals in Chattogram, Bangladesh. PLoS One, 2021, vol. 16, no. 9: e0257419. doi: 10.1371/journal.pone.0257419Vargas J.M., Moreno Mochi M.P., Nuñez J.M., Cáceres M., Mochi S., Del Campo Moreno R., Jure M.A. Virulence factors and clinical patterns of multiple-clone hypermucoviscous KPC-2 producing K. pneumoniae. Heliyon, 2019, vol. 5, no. 6: e01829. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e01829Xu T., Wu X., Cao H., Pei T., Zhou Y., Yang Y., Yang Z. The characteristics of multilocus sequence typing, virulence genes and drug resistance of Klebsiella pneumoniae isolated from cattle in Northern Jiangsu, China. Animals (Basel), 2022, vol. 12, no. 19: 2627. doi: 10.3390/ani12192627