Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI136810.15789/2220-7619-MEO-1368ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИMolecular epidemiology of multidrug resistant tuberculosis in Mongolia and Eastern Siberia: two independent dissemination processes for dominant strainsМолекулярная эпидемиология туберкулеза c множественной лекарственной устойчивостью в Монголии и Восточной Сибири: два независимых процесса распространения доминирующих штаммовhttps://orcid.org/0000-0001-7160-9700ZhdanovaS. N.ЖдановаС. Н.
Russian Federation

Svetlana N. Zhdanova - PhD, MD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Epidemic and Social Infections, Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems.

664003, Irkutsk, Timiryazeva str., 16.

Phone: +7 (395) 220-76-36; Fax: +7 (395) 220-76-36

Жданова Светлана Николаевна - доктор медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории эпидемиологически и социально значимых инфекций.

664003, Иркутск, ул. Тимирязева, 16.

Тел.: 8 (395) 220-76-36. Факс: 8 (395) 220-76-36

svetnii@mail.ruBadleevaM. V.БадлееваМ. В.
Russian Federation

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Infectious Diseases, Buryat State University.

Ulan-Ude.

Кандидат медицинских наук, доцент кафедры инфекционных болезней.

Улан-Удэ.

mbadleeva@mail.ruKhromovaP. A.ХромоваП. А.
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Epidemic and Social Infections, Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems.

664003, Irkutsk, Timiryazeva str., 16.

Младший научный сотрудник лаборатории эпидемиологически и социально значимых инфекций.

664003, Иркутск, ул. Тимирязева, 16.

OgarkovO. B.ОгарковО. Б.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Head of the Department of Epidemiology and Microbiology, Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems.

664003, Irkutsk, Timiryazeva str., 16.

Доктор медицинских наук, заведующий отделом эпидемиологии и микробиологии.

664003, Иркутск, ул. Тимирязева, 16.

obogarkov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2169-0242OrlovaE. A.ОрловаЕ. А.
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Epidemic and Social Infections, Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems.

664003, Irkutsk, Timiryazeva str., 16.

Младший научный сотрудник лаборатории эпидемиологически и социально значимых инфекций.

664003, Иркутск, ул. Тимирязева, 16.

elizaveta.a.orlova@gmail.comScientific Centre for Family Health and Human Reproduction ProblemsНаучный центр проблем здоровья семьи и репродукции человекаBuryat State UniversityБурятский государственный университет240320211123373483001202026052020Copyright ©; 2020, Zhdanova S.N., Badleeva M.V., Khromova P.A., Ogarkov O.B., Orlova E.A.Copyright ©; 2020, Жданова С.Н., Бадлеева М.В., Хромова П.А., Огарков О.Б., Орлова Е.А.2020Zhdanova S.N., Badleeva M.V., Khromova P.A., Ogarkov O.B., Orlova E.A.Жданова С.Н., Бадлеева М.В., Хромова П.А., Огарков О.Б., Орлова Е.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1368

Mongolia and Russia are among the countries with the high tuberculosis (TB) burden. The prevalence of tuberculosis, including multidrug-resistant tuberculosis (MDR), in Eastern Siberia bordering Mongolia is significantly higher than in the European part of Russia. In addition, unlike Mongolia, Eastern Siberia is characterized by a high prevalence of HIV infection. The cross-border spread of socially significant infections in these countries seems to occur due to their wide-range cooperation and cultural exchange. Whereas the HIV infection has no epidemiological significance for Mongolia at the moment, tuberculosis, however, has a similar prevalence on both sides of the border. The aim was to evaluate the cross-border MDR M. tuberculosis distribution in Mongolia and Eastern Siberia by using molecular genetic data. Materials and methods. A total of 1045 M. tuberculosis strains isolated in Mongolia (291) and the three regions of Eastern Siberia (754) were studied by using the MIRU-VNTR-24 loci genotyping. The CC2/W148 and CC1 subtypes were identified by the specific deletion in the kdpD gene and SNP in the pks17 gene at position 1887060, respectively. Phylogenetic analysis of MIRU-VNTR patterns was carried out by generating UPGMA tree and maximum likelihood tree. Results. The Beijing genotype was found in 75.3% (219/291) and 69.0% (520/754) from Mongolian and East Siberian collection, respectively. Common minor genotypes were LAM (11.0% and 15.1%), T (10.3% and 4.5%), and Haarlem (1.4% and 2.4%) found in Mongolia and Eastern Siberia, respectively. The genotypes S (1.3%) and Ural (5.0%) were found solely in the Russia-derived samples. The main epidemic Beijing subtypes in each country belonged to different clonal complexes (CC): the majority of Mongolian Beijing strains displayed profiles 342-32, 3819-32, 1773-32 MLVA types and belonged to the CC4 subtype; Russian Beijing strains mainly belonged to the CC1 (43.7% — 227/520) and CC2/W148 (34.8% — 181/520) subtypes. The MDR level and distribution patterns differed significantly between Mongolia and Eastern Siberia. Modeling of Beijing strain expansion evidences about extremely subtle contribution of the M. tuberculosis cross-border transmission between Mongolia and Russia. The phylogenetic reconstruction of Beijing CC4 subtype evolution in Mongolia suggests that its distribution is primarily associated with China and other countries of the Western Pacific Region. Three main phylogenetic branches of CC4 subtype were traced, which probably spread throughout Mongolia in the 11—12th centuries. It may be assumed that spreading of the epidemic Beijing CC4 subtype might occur in two stages: early period — emergence of ancestral CC4 variants in Mongolia or their introduction from China (they are homologous to the strains preserved in the Chinese population), later period — dissemination due to the active exchange of M. tuberculosis with countries of Southeast Asia, but not Russia. Conclusion. Using MIRU-VNTR-24 genotyping as well as classification according to specific single nucleotide polymorphisms specific to certain Beijing subtypes, it allowed to describe separate patterns of the epidemic variants spread in Mongolia and Russia. It has been demonstrated that emergence and spread of MDR-TB in Mongolia are entirely iatrogenic in nature, while the epidemic subtypes of the Beijing genotype (subtypes CC1 and CC2/W148) contribute markedly into the MDR-TB spreading in Eastern Siberia.

Монголия и Россия входят в группу стран с высоким бременем туберкулеза (ТБ). На территориях Восточной Сибири, граничащих с Монголией, распространенность ТБ, в том числе с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ), значительно превышает аналогичные показатели в европейской части России. В отличие от Монголии для территорий Восточной Сибири характерна высокая распространенность ВИЧ-инфекции. Широкое сотрудничество и культурный обмен между странами не исключает возможности трансграничной передачи M. tuberculosis. Если ВИЧ-инфекция не имеет эпидемиологического значения для Монголии в настоящий момент, то ТБ по обе стороны границы имеет схожую распространенность. Цель: оценка трансграничного распространения M. tuberculosis c множественной лекарственной устойчивостью в Монголии и регионах Восточной Сибири по молекулярно-генетическим данным. Материалы и методы. Методом MIRU-VNTR по 24 локусам проведено исследование 1045 штаммов M. tuberculosis, выделенных на территории Монголии (291) и трех регионов Восточной Сибири (754). Субтип CC2/W148 идентифицировали по наличию специфической делеции в гене kdpD, субтип СС1 — по SNP в гене pks17 в позиции 1887060. Филогенетический анализ полученных MIRU-VNTR паттернов проведен путем построения древ UPGMA и максимального правдоподобия. Результаты. Генотип Beijing присутствовал в 75,3% (219/291) коллекции из Монголии и 69,0% (520/754) — из Восточносибирских регионов России. Общими минорными являются генотипы LAM (11,0 и 15,1%), T (10,3 и 4,5%) и Haarlem (1,4 и 2,4%) соответственно в Монголии и Восточной Сибири. Только в российской выборке обнаружены генотипы S (1,3%) и Ural (5,0%). Основные эпидемические субтипы Beijing каждой из стран относились к разным клональным комплексам (СС): монгольские штаммы Beijing в превалирующем количестве имели профили 342-32, 3819-32, 177332 MLVA типов и относились к субтипу СС4; российские штаммы Beijing в основном принадлежали к субтипам СС1 (43,7% — 227/520) и CC2/W148 (34,8% — 181/520). Уровень и модели распространения МЛУ штаммов значительно отличались в Монголии и Восточной Сибири. Моделирование диссеминации эпидемических вариантов возбудителя свидетельствует о крайне незначительном вкладе явления трансграничной передачи M. tuberculosis между Монголией и Россией. Филогенетическая реконструкция эволюции субтипа CC4 генотипа Beijing в Монголии позволяет предположить, что его распространение связано в первую очередь с Китаем и другими странами Западно-Тихоокеанского региона. Прослеживаются три основных филогенетических ветви субтипа CC4, вероятно, получивших распространение на территории Монголии в XI—XII веках. Можно предполагать, что распространение эпидемического субтипа CC4 генотипа Beijing происходило в две стадии: ранняя — возникновение предковых вариантов СС4 в Монголии или занос их из Китая (они гомологичны сохранившимся в китайской популяции штаммам), поздняя — распространение за счет активного обмена M. tuberculosis со странами Юго-Восточной Азии, но не России. Заключение. Используя генотипирование MIRU-VNTR-24 и классификацию по специфическим однонуклеотидным полиморфизмам, характерным для отдельных субтипов генотипа Beijing, были описаны обособленные друг от друга закономерности распространения эпидемических вариантов возбудителя в Монголии и России. Было продемонстрировано, что возникновение и распространение ТБ с МЛУ в Монголии носит исключительно ятрогенный характер, в то время как на исследуемых территориях России значительный вклад в распространение ТБ с МЛУ вносят эпидемические субтипы генотипа Beijing (субтипы СС1 и CC2/W148).

Mycobacterium tuberculosisgenotypeBeijingMDRMongoliaEastern SiberiaMycobacterium tuberculosis, генотип, Beijing, МЛУ, Монголия, Восточная СибирьАвторы выражают благодарность Дуламин Нямхуу, доктору медицинских наук, оказавшему всемерное содействие в получении микробиологического и информационного материала из Национального центра инфекционных заболеваний (Улан-Батор, Монголия).1. Бадлеева М.В., Жданова С.Н., Баасансурэн Э., Огарков О.Б., Эрдэнэгэрэл Н., Орлова Е.А., Оюунтуяа Т., Савилов Е.Д., Буянхишиг Б., Пунцаг Б., Нямхуу Д. Молекулярно-генетические особенности туберкулеза в Монголии и граничащих с ней регионах России // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2017. Т. 16, № 5 (96). С. 53—57.2. Жданова С.Н., Огарков О.Б., Лац А.А., Зарбуев А.Н., Бадлеева М.В., Унтанова Л.С., Савилов Е.Д. Выявление убикви-тарных и эндемичных генотипов Mycobacterium tuberculosis на территории Республики Бурятии // Молекулярная генетика, вирусология и микробиология. 2014. № 2. С. 12—16.3. Жданова С.Н., Огарков О.Б., Синьков В.В., Хромова П.А., Орлова Е.А., Кощеев М.Е., Савилов Е.Д. Эпидемиологическое обоснование распространения основных клонов генотипа Beijing Mycobacterium tuberculosis в Иркутской области // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017. № 6. С. 88—94.4. Микова О.Е., Жданова С.Н., Сергевнин В.И., Огарков О.Б., Сармометов Е.В., Варецкая Т.А., Новицкая О.Н., Хромова П.А., Савилов Е.Д., Кощеев М.Е., Шмагин Д.В. Высокая распространенность генотипа B0/W148 Mycobacterium tuberculosis у больных ВИЧ-инфекцией, сочетанной с туберкулезом, в Пермском крае и Иркутской области // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2016. Т. 1, № 5 (111). С. 142—145.5. Buyankhishig B., Naranbat N., Mitarai S., Rieder H.L. Nationwide survey of anti-tuberculosis drug resistance in Mongolia. IJTLD, 2011, vol. 15, no. 9,pp. 1201-1205. doi: 10.5588/ijtld.10.05946. Dobler C.C., Korver S., Batbayar O., Nyamdulam B., Oyuntsetseg S., Tsolmon B., Surmaajav B., Bayarjargal B., Marais B.J. Multidrug-resistant tuberculosis in patients for whom first-line treatment failed, Mongolia, 2010-2011. Emerg. Infect. Dis., 2015, vol. 21, no. 8, pp. 1451-1454. doi: 10.5588/ijtld.15.03617. Eurasian Patent No. 032489 Russian Federation, Int. Cl. C12N 15/11 (2006.01). Oligonucleotide primers, fluorescent DNA probes and method for detecting Mycobacterium tuberculosis clonal complex 2-W148 of the Beijing genotype in clinical samples: No. 201700085; application 2017.02.03: date of publication 2019.06.28 / Ogarkov O.B., Sinkov V.V., Zhdanova S.N., Rychkova L.V. Proprietors: Federalnoe gosudarstvennoe nauchnoe uchrezhdenie “Nauchnyj centr problem zdorov'ja sem'i i reprodukcii cheloveka”. 10 p. (In Russ.).8. European Concerted Action on new Generation Genetic Markers and Techniques for the Epidemiology and Control of Tuberculosis Beijing/W genotype Mycobacterium tuberculosis and drug resistance. Emerg. Infect. Dis., 2006, vol. 12, no. 5, pp. 736-743. doi: 10.3201/eid1205.0504009. Ganzaya S., Naranbat N., Bissell K., Zachariah R. Countrywide audit of multidrug-resistant tuberculosis and treatment outcomes in Mongolia. Public Health Action, 2013, vol. 21, no. 3 (4), pp. 333-336. doi: 10.5588/pha.13.005210. Gurjav U., Burneebaatar B., Narmandakh E., Tumenbayar O., Ochirbat B., Hill-Cawthorne G.A., Marais B.J., Sintchenko V. Spatiotemporal evidence for cross-border spread of MDR-TB along the Trans-Siberian Railway line. Int. J. Tuberc. Lung Dis., 2015, vol. 19, no. 11, pp. 1376-1382. doi: 10.5588/ijtld.15.036111. Gurjav U., Erkhembayar B., Burneebaatar B., Narmandakh E., Tumenbayar O., Hill-Cawthorne G.A., Marais B.J., Sintchenko V. Transmission of multi-drug resistant tuberculosis in Mongolia is driven by Beijing strains of Mycobacterium tuberculosis resistant to all first-line drugs. Tuberculosis, 2016, vol. 101, pp. 49-53. doi: 10.1016/j.tube.2016.07.01012. Merker M., Blin C., Mona S., Duforet-Frebourg N., Lecher S., Willery E., Blum M.G., Rusch-Gerdes S., Mokrousov I., Aleksic E., Allix-Beguec C., Antierens A., Augustynowicz-Kopec E., Ballif M., Barletta F., Beck H.P., Barry C.E. 3rd, Bonnet M., Borroni E., Campos-Herrero I., Cirillo D., Cox H., Crowe S., Crudu V., Diel R., Drobniewski F., Fauville-Dufaux M., Gagneux S., Ghebremichael S., Hanekom M., Hoffner S., Jiao W.W., Kalon S., Kohl T.A., Kontsevaya I., I.illebtck T., Maeda S., Nikolayevskyy V., Rasmussen M., Rastogi N., Samper S., Sanchez-Padilla E., Savic B., Shamputa I.C., Shen A., Sng L.H., Stakenas P., Toit K., Varaine F., Vukovic D., Wahl C., Warren R., Supply P., Niemann S., Wirth T. Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis Beijing lineage. Nat. Genet., 2015, vol. 47, no. 3, pp. 242-249. doi: 10.1038/ng.319513. Mokrousov I. Mycobacterium tuberculosis phylogeography in the context of human migration and pathogen's pathobiology: Insights from Beijing and Ural families. Tuberculosis (Edinb.), 2015, vol. 95, no. 1, pp. 167-176. doi: 10.1016/j.tube.2015.02.03114. National Statistical Office of Mongolia. Socio-Economic situation of Mongolia: monthly bulletin of statistics. Ulaanbaatar, 2019. URL: http://1212.mn/BookLibraryDownload.ashx?url=Bulletin_2019_09_eng.pdf&ln=En (17.12.2019)15. Ogarkov O., Mokrousov I., Sinkov V., Zhdanova S., Antipina S., Savilov E. “Lethal” combination of Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype and human CD209 -336G allele in Russian male population. Infect. Genet. Evol., 2012, vol. 12, no. 4, pp. 732736. doi: 10.1016/j.meegid.2011.10.00516. Reed M.B., Pichler V.K., McIntosh F., Mattia A., Fallow A., Masala S., Domenech P., Zwerling A., Thibert L., Menzies D., Schwartzman K., Behr M.A. Major Mycobacterium tuberculosis lineages associate with patient country of origin. J. Clin. Microbiol., 2009, vol. 47, no. 4, pp. 1119-1128. doi: 10.1128/JCM.02142-0817. Rendell N.L., Bekhbat S., Ganbaatar G., Dorjravdan M., Pai M., Dobler C.C. Implementation of the Xpert MTB/RIF assay for tuberculosis in Mongolia: a qualitative exploration of barriers and enablers. Peer J., 2017, 14 (5): e3567. doi: 10.7717/peerj.356718. Supply P., Allix C., Lesjean S., Cardoso-Oelemann M., Rusch-Gerdes S., Willery E., Savine E., de Haas P., van Deutekom H., Roring S., Bifani P., Kurepina N., Kreiswirth B., Sola C., Rastogi N., Vatin V., Gutierrez M.C., Fauville M., Niemann S., Skuce R., Kremer K., Locht C., van Soolingen D. Proposal for standardization of optimized mycobacterial interspersed repetitive unit-variable-number tandem repeat typing of Mycobacterium tuberculosis. J. Clin. Microbiol., 2006, vol. 44, no. 12, pp. 44984510. doi: 10.1128/JCM.01392-0619. Shitikov E., Kolchenko S., Mokrousov I., Bespyatykh J., Ischenko D., Ilina E., Govorun V. Evolutionary pathway analysis and unified classification of East Asian lineage of Mycobacterium tuberculosis. Sci. Rep., 2017, vol. 23, no. 7 (1): e9227. doi: 10.1038/s41598-017-10018-520. Shitikov E., Vyazovaya A., Malakhova M., Guliaev A., Bespyatykh J., Proshina E., Pasechnik O., Mokrousov I. Simple assay for detection of the Central Asia outbreak clade of the Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype. J. Clin. Microbiol., 2019, no. 57: 00215-19. doi: 10.1128/JCM.00215-1921. WHO. Mongolia — Tuberculosis profile. 2018. Geneva: WHO, 2018. URL: https://extranet.who.int/sree/Reports?op=Replet&name=%2FWHO_HQ_Reports%2FG2%2FPROD%2FEXT%2FTBCountryProfile&ISO2=MN&LAN=EN&outtype=html (17.12.2019)22. Yin Q.Q., Liu H.C., Jiao W.W., Li Q.J., Han R., Tian J.L., Liu Z.G., Zhao X.Q., Li Y.J., Wan K.L., Shen A.D., Mokrousov I. Evolutionary history and ongoing transmission of phylogenetic sublineages of Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype in China. Sci. Rep., 2016, vol. 6: e34353 doi: 10.1038/srep34353