Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI127210.15789/2220-7619-COT-1272ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИCharacterization of toxigenic Corynebacterium diphtheriae strains isolated in RussiaХарактеристика токсигенных штаммов Corynebacterium diphtheriae, выделенных на территории Россииhttps://orcid.org/0000-0001-6316-5046BorisovaO. Yu.БорисоваО. Ю.
Russian Federation

Olga Yu. Borisova,  PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections; Professor of the Department of Microbiology and Virology 

125212, Moscow, Admiral Makarov str., 10

Phone: +7 (906) 747-64-84 (office), 8 (916) 147-19-60 (mobile) 

Борисова Ольга Юрьевна,  д.м.н., профессор, руководитель лаборатории диагностики дифтерийной и коклюшной инфекций; профессор кафедры микробиологии и вирусологии 

125212, Москва, ул. Адмирала Макарова, д. 10

Тел.: 8 (906) 747-64-84 (служебн.), 8 (916) 147-19-60 (моб.)

olgborisova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6247-6176GaduaN. T.ГадуаН. Т.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной и коклюшной инфекций 

Москва 

8nati8@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6914-3531PimenovaA. S.ПименоваА. С.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной и коклюшной инфекций  

Москва 

alenaa_85@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1377-7153ChaplinA. V.ЧаплинА. В.
Russian Federation

PhD (Medicine), Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections; Associate Professor, Department of Microbiology and Virology 

Moscow

к.м.н., научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной и коклюшной инфекций; доцент кафедры микробиологии и вирусологии 

Москва 

okolomedik@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2867-9548ChaginaI. A.ЧагинаИ. А.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Diagnostic of Diphtheria and Pertussis Infections 

Moscow

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории диагностики дифтерийной и коклюшной инфекций 

Москва 

skaller84@mail.ruUrbanY. N.УрбанЮ. Н.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Clinical Microbiology and Biotechnology 

Moscow

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории клинической микробиологии и биотехнологии 

Москва 

urbanek@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5057-4318MaksimovaN. M.МаксимоваН. М.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Head Researcher, Laboratory of Epidemiological Surveillance for Diphtheria and Pertussis 

Moscow

д.м.н., главный научный сотрудник лаборатории эпиднадзора за дифтерией и коклюшем 

Москва 

 

 

4592146@mail.ruKorzhenkovaM. P.КорженковаМ. П.
Russian Federation

PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Epidemiological Surveillance for Diphtheria and Pertussis 

Moscow

к.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории эпиднадзора за дифтерией и коклюшем 

Москва 

4592146@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6497-1795AfanasievS. S.АфанасьевС. С.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Head Researcher 

Moscow

 д.м.н., главный научный сотрудник 

Москва 

afanasievss409.4@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5488-5786KafarskayaL. I.КафарскаяЛ. И.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Department of Microbiology and Virology 

Moscow

д.м.н., профессор, зав. кафедрой микробиологии и вирусологии 

Москва 

likmed@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4061-1407AfanasyevM. S.АфанасьевМ. С.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Clinical Allergology and Immunology 

Moscow

д.м.н., профессор кафедры клинической аллергологии и иммунологии 

Москва 

mafa78@inbox.ruKrikunV. V.КрикунВ. В.
Russian Federation

Head of the Bacteriological Laboratory 

Nizhnevartovsk

зав. бактериологической лабораторией 

г. Нижневартовск 

uodb@odbhmao.ruYakuninaO. Yu.ЯкунинаО. Ю.
Russian Federation

Head of the Bacteriological Laboratory 

Novosibirsk

зав. бактериологической лабораторией 

г. Новосибирск 

olgacgie@mail.ruG.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology and MicrobiologyФБУН Московский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского РоспотребнадзораRussian National Research Medical University named after N.I. PirogovФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РоссииI.M. Sechenov First Moscow State Medical UniversityФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РоссииI.M. Sechenov First Moscow State Medical UniversityФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава РоссииNizhnevartovsk District Clinical Children’s HospitalБУ ХМАО — Югры Нижневартовская окружная клиническая детская больницаCenter of Hygiene and Epidemiology in Novosibirsk RegionФБУЗ Центр гигиены и эпидемиологии в Новосибирской области200920211146836911909201914032020Copyright ©; 2020, Borisova O.Y., Gadua N.T., Pimenova A.S., Chaplin A.V., Chagina I.A., Urban Y.N., Maksimova N.M., Korzhenkova M.P., Afanasiev S.S., Kafarskaya L.I., Afanasyev M.S., Krikun V.V., Yakunina O.Y.Copyright ©; 2020, Борисова О.Ю., Гадуа Н.Т., Пименова А.С., Чаплин А.В., Чагина И.А., Урбан Ю.Н., Максимова Н.М., Корженкова М.П., Афанасьев С.С., Кафарская Л.И., Афанасьев М.С., Крикун В.В., Якунина О.Ю.2020Borisova O.Y., Gadua N.T., Pimenova A.S., Chaplin A.V., Chagina I.A., Urban Y.N., Maksimova N.M., Korzhenkova M.P., Afanasiev S.S., Kafarskaya L.I., Afanasyev M.S., Krikun V.V., Yakunina O.Y.Борисова О.Ю., Гадуа Н.Т., Пименова А.С., Чаплин А.В., Чагина И.А., Урбан Ю.Н., Максимова Н.М., Корженкова М.П., Афанасьев С.С., Кафарская Л.И., Афанасьев М.С., Крикун В.В., Якунина О.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1272

The aim of the study was to characterize toxigenic strains of Corynebacterium diphtheriae by examining 12 toxigenic strains of C. diphtheriae isolated in Russia between January, 2017 to June, 2019. The morphological, toxigenic and biochemical properties of C. diphtheriae was studied. Genotyping of C. diphtheriae strains was performed using MLST and dtxR gene sequencing with subsequent phylogenetic analysis. Results. Toxigenic strains of C. diphtheriae were isolated in the Novosibirsk, Samara and Chelyabinsk Regions, the Khanty-Mansi Autonomous Okrug — Yugra as well as the Republic of Northern Ossetia — Alania. Among these strains, 5 were isolated from diphtheria patients (moderate disease found in one case, mild course — remaining patients) and 7 strains were isolated from bacterial carriers. In two cases C. diphtheriae from diphtheria patients were identified as ST25 sequence type, gravis variant; in one case — ST8 type, gravis variant; two cases — ST67 sequence type, mitis variant. In asymptomatic carriers of tox-positive C. diphtheriae strains they belonged to ST25 sequence type, gravis variant — in two cases, ST67 type, mitis variant — in four cases. A sequencing type was not identified in one case. All sequence types were widespread globally being presented by a large number of isolates in the PubMLST and characterized by a substantial amount of derivative sequence types. At the same time, they belonged to different clonal complexes and differed markedly from each other contributing to their reliable difference as assessed by MLST. Study of gene dtxR sequence diversity showed that all allelic variants were typical for the representatives of these sequence types. New alleles of gene dtxR were not revealed in strains examined. It was shown that non-synonymous substitution C440T leading to A147V amino acid substitution was found solely in one allele distributed in ST8, ST185, ST195 and ST451 types suggesting at late mutation. In contrast, the polymorphism C640A resulting in the amino acid substitution L214I was found not only in the same allele, but also in the basal tree branches indicating that isoleucine was in the ancestral sequence of the protein.

Цель исследования — характеристика токсигенных штаммов Corynebacterium diphtheriaе, выделенных на территории России в 2017–2019 гг. В исследование включено 12 токсигенных штаммов C. diphtheriae, выделенных в период с января 2017 г. по июнь 2019 г. Изучение штаммов С. diphtheriae проводили по культурально-морфологическим, токсигенным и биохимическим свойствам. Генотипирование штаммов C. diphtheriae осуществляли с помощью мультилокусного сиквенс-типирования (MЛСТ) и секвенирования гена dtxR с последующим проведением биоинформационного анализа. Результаты. Токсигенные штаммы С. diphtheriae были выделены в Новосибирской, Самарской и Челябинской областях, Ханты-Мансийском автономном округе — Югре и Республике Северная Осетия — Алания. Среди изученных штаммов 5 штаммов были выделены от больных дифтерией (из которых только в одном случае была средне-тяжелая форма клинического течения и в остальных — легкая форма) и 7 штаммов — от бактерионосителей. У больных дифтерией в двух случаях идентифицированы штаммы C. diphtheriae биовара gravis, принадлежащие к сиквенс-типу ST25, в одном случае — штамм биовара gravis ST8 и в двух случаях — штаммы биовара mitis ST67. У бактерионосителей токсигенных C. diphtheriae в двух случаях идентифицированы штаммы биовара gravis сиквенс-типа ST25 и в 4 случаях — штаммы биовара mitis ST67. В одном случае идентифицировать сиквенстип не удалось. Все выявленные сиквенс-типы широко распространены в мире и представлены большим количеством изолятов в базе данных PubMLST, а также характеризуются значительным количеством производных сиквенс-типов. При этом они входят в различные клональные комплексы и значительно отличаются друг от друга, что способствует их надежному различению в МЛСТ. Изучение особенностей структуры гена dtxR показало, что все выявленные аллельные варианты гена являются типичными для представителей этих сиквенс-типов, новых аллельных варианты гена dtxR у изученных штаммов не было обнаружено. Показано, что несинонимичная замена C440T с заменой аминокислоты А147V встречается в пределах только одного аллеля, характерного для представителей сиквенс-типов ST8, ST185, ST195 и ST451, что говорит о поздно произошедшей мутации. Полиморфизм C640A с заменой аминокислоты L214I присутствует не только в данном аллеле, но и в более базальных ветвях дерева, что свидетельствует об изолейцине как о предковом состоянии белка.

diphtheriaC. diphtheriaetoxigenic strainspatientscarriersMLSTдифтерияC. diphtheriaeтоксигенные штаммыбольныебактерионосителимультилокусное сиквенс-типирование1. Борисова О.Ю., Мазурова И.К., Чагина И.А., Пименова А.С., Донских Е.Е., Алешкин В.А. Мультилокусное секвенирование токсигенных штаммов Corynebacterium diphtheriae, выделенных в России в 2002–2012 гг. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2013. № 4. С. 17–23. [Borisova O.Yu., Mazurova I.K., Chagina I.A., Pimenova A.S., Donskikh E.E., Aleshkin V.A. Multilocus sequencing of Corynebacterium diphtheriae strains isolated in Russia in 2002–2012. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2013, no. 4, pp. 17–23. (In Russ.)]2. Корженкова М.П. Клиника дифтерии в период высокой и низкой заболеваемости // Вакцинация. Новости вакцинопрофилактики. 2006. Т. 14, № 3. С. 4–6. [Korzhenkova М.P. Clinic of diphtheria in the period of high and low morbidity. Vaktsinatsia. Novosti vaktsinoprofilaktiki = Vaccination. Vaccine Prevention News, 2006, vol. 14, no. 3, pp. 4–6. (In Russ.)]3. Корженкова М.П., Малышев Н.А., Максимова Н.М., Маркина С.С., Черкасова В.В., Шестакова О.М., Базарова М.В. Уроки дифтерии // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2011. Т. 42, № 2. С. 30–35. [Korzhenkova М.P., Мalyshev N.А., Маksimova N.М., Маrkina S.S., Cherkasova V.V., Shestakova О.М., Bazarova М.V. The lessons of diphtheria. Biopreparaty. Profilaktika, diagnostika, leсhenie = Biopreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment, 2011, vol. 42, no. 2, pp. 30–35. (In Russ.)]4. Максимова Н.М., Якимова Т.Н., Маркина С.С., Яцковский К.А., Адугюзелов С.Э. Дифтерия в России в 21 веке // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2017. Т. 16, № 5 (96). С. 4–15. [Maximova N.M., Yakimova T.N., Markina S.S., Yatskovsky K.A., Aduguzelov S.E. Diphtheria in Russia in the 21st century. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika = Epidemiology and Vaccinal Prevention, 2017, vol. 16, no. 5 (96), pp. 4–15. (In Russ.)] doi: 10.31631/2073-3046-2017-16-5-4-155. Покровский В.И., Онищенко Г.Г., Черкасский Б.Л. Эволюция инфекционных болезней в России в XX веке. Москва: Медицина, 2003. 664 с. [Pokrovsky V.I., Onischenko G.G., Cherkassky B.L. Evolution of infectious diseases in Russia in the ХХth century. Moscow: Medicine, 2003. 664 p. (In Russ.)]6. Чагина И.А., Борисова О.Ю., Кафарская Л.И., Афанасьев С.С., Алешкин В.А., Несвижский Ю.В., Афанасьев М.С., Алешкин А.В., Юсуф Е.В., Москвина Т.И., Пономарева Л.И., Караулов А.В. Состав популяции штаммов возбудителя дифтерии, циркулирующих в России // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2016. № 5. С. 50–60. [Chagina I.A., Borisova O.Yu., Kafarskaya L.I., Afanasiev S.S., Aleshkin V.A., Nesvizhsky Yu.V., Afanasiev M.S., Aleshkin A.V., Yusuf E.V., Moskvina T.I., Ponomareva L.I., Karaulov A.V. Composition of population of diphtheria causative agent strains in Russia. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2016, no. 5, pp. 50–60. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2016-5-50-607. Чагина И.А., Переварова Ю.С., Переваров В.В., Чаплин А.В., Борисова О.Ю., Кафарская Л.И., Афанасьев С.С., Алешкин В.А. Полиморфизм гена dtxR у современных штаммов Corynebacterium diphtheriaе // Вестник Российского государственного медицинского университета. 2017. № 1. С. 34–41. [Chagina I.A., Perevarova Yu.S., Perevarov V.V., Chaplin A.V., Borisova O.Yu., Kafarskaia L.I., Afanasiev S.S., Aleshkin V.A. Polymorphism of the dtxR gene in the currently existing strains of Corynebacterium diphtheriae. Vestnik Rossiiskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta = Bulletin of Russian State Medical University, 2017, no. 1, pp. 34–41. (In Russ.)] doi: 10.24075/brsmu.2017-01-038. Якимова Т.Н., Маркина С.С., Максимова Н.М. Эпидситуация по дифтерии в России и в субъектах Российской Федерации с 2005–2011 гг. // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2012. Т. 87, № 5–1. С. 151–154. [Yakimova T.N., Markina S.S., Maksimova N.M. Epidemiological situation of diphtheria in Russia and in the regions of the Russian Federation since 2005 to 2011. Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of East Siberian scientific center of Siberian Branch of Russian Academy of Medical Sciences, 2012, vol. 87, no. 5–1, pp. 151–154. (In Russ.)]9. Berger A., Meinel D.M., Schaffer A., Ziegler R., Pitteroff J., Konrad R., Sing A. A case of pharyngeal diphtheria in Germany, June 2015. Infection, 2016, vol. 44, no. 5, pp. 673–675. doi: 10.1007/s15010-016-0882-210. Both L., Collins S., de Zoysa A., White J., Mandal S., Efstratiou A. Molecular and epidemiological review of toxigenic diphtheria infections in England between 2007 and 2013. J. Clin. Microbiol., 2015, vol. 53, no. 2, pp. 567–572. doi: 10.1128/JCM.03398-1411. Faulkner A., Bozio C.H., Acosta A., Tiwari T.S.P. Diphtheria. In: Manual for the surveillance of vaccine-preventable diseases. CDC. URL: https://www.cdc.gov/vaccines/pubs/surv-manual/chpt01-dip.html (10.08.2019)12. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol., 2018, vol. 35, no. 6, pp. 1547–1549. doi: 10.1093/molbev/msy09613. Li L., Stoeckert C.J., Roos D.S. OrthoMCL: identification of ortholog groups for eukaryotic genomes. Genome Res., 2003, vol. 13, no. 9, pp. 2178–2189. doi: 10.1101/gr.122450314. Nakao H., Mazurova I.K., Glushkevich T., Popovic T. Analysis of heterogeneity of Corynebacterium diphtheriae toxin gene, tox, and its regulatory element, dtxR, by direct sequencing. Res. Microbiol., 1997, vol. 148, no. 1, pp. 45–54. doi: 10.1016/S0923-2508(97)81899-215. Nascimento M., Sousa A., Ramirez M., Francisco A.P., Carrico J.A., Vaz C. PHYLOViZ 2.0: providing scalable data integration and visualization for multiple phylogenetic inference methods. Bioinformatics, 2017, vol. 33, no. 1, pp. 128–129. doi: 10.1093/bioinformatics/btw58216. PAHO, WHO. Epidemiological update: Diphtheria. 15 November 2017. Washington, D.C.: PAHO/WHO, 2017. 2 p.17. Skogmar S., Tham J. Severe diphtheria with neurologic and myocardial involvement in a Swedish patient: a case report. BMC Infect. Dis., 2018, vol. 18, no. 1, p. 359. doi: 10.1186/s12879-018-3264-918. WHO. Review of the epidemiology of diphtheria — 2000–2016. URL: https://www.who.int/immunization/sage/meetings/2017/april/presentations_background_docs/en (10.08.2019)