Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI154510.15789/2220-7619-MAG-1545ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИMolecular and genetic analysis of Mycobacterium tuberculosis population in the Vologda Region with low tuberculosis incidenceМолекулярно-генетический анализ популяции Mycobacterium tuberculosis в Вологодской области — регионе с низкой заболеваемостью туберкулезомhttps://orcid.org/0000-0001-9140-8957VyazovayaА. A.ВязоваяА. А.
Russian Federation

Anna A. Vyazovaya - PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics, St. Petersburg Pasteur Institute.

197101, St. Petersburg, Mira str., 14.

Phone: +7 (812) 233-21-49

Вязовая Анна Александровна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики.

197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, 14.

Тел.: 8 (812) 233-21-49

annavyazovaya@pasteurorg.ruLebedevaI. A.ЛебедеваИ. А.
Russian Federation

Head of the Laboratory of Clinical Diagnostics, Tuberculosis Dispensary of the Vologda Region.

Vologda.

Заведующий клинико-диагностической лабораторией БУЗ ВО Вологодский областной противотуберкулезный диспансер.

Вологда.

annavyazovaya@pasteurorg.ruUshakovaN. B.УшаковаН. Б.
Russian Federation

Deputy of Chief Medical Officer, Tuberculosis Dispensary of the Vologda Region.

Vologda.

Заместитель главного врача по медицинской части.

Вологда.

annavyazovaya@pasteurorg.ruPavlovV. V.ПавловВ. В.
Russian Federation

Head Physician, Tuberculosis Dispensary of the Vologda Region.

Vologda.

Главный врач.

Вологда.

annavyazovaya@pasteurorg.ruGerasimovaA. A.ГерасимоваА. А.
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics, St. Petersburg Pasteur Institute.

St. Petersburg.

Младший научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики.

Санкт-Петербург.

annavyazovaya@pasteurorg.ruSolovievaN. S.СоловьеваН. С.
Russian Federation

PhD (Medicine), Head of the Bacteriological Laboratory, Research Institute of Phthisiopulmonology.

St. Petersburg.

Кандидат медицинских наук, заведующий бактериологической лабораторией Санкт-Петербургского.

Санкт-Петербург.

annavyazovaya@pasteurorg.ruZhuravlevV. Yu.ЖуравлевВ. Ю.
Russian Federation

PhD (Medicine), Head of the Department of the Laboratory Diagnostics, Research Institute of Phthisiopulmonology.

St. Petersburg.

Кандидат медицинских наук, руководитель отдела лабораторной диагностики Санкт-Петербургского.

Санкт-Петербург.

annavyazovaya@pasteurorg.ruNarvskayaO. V.НарвскаяО. В.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Researcher, Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics, St. Petersburg Pasteur Institute; Scientific Advisor, St. Petersburg Research Institute of Phthisiopulmonology.

St. Petersburg.

Доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; научный консультант, Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии Минздрава России.

Санкт-Петербург.

annavyazovaya@pasteurorg.ruSt. Petersburg Pasteur InstituteНИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераTuberculosis Dispensary of the Vologda RegionВологодский областной противотуберкулезный диспансерResearch Institute of PhthisiopulmonologyНИИ фтизиопульмонологии Минздрава России230620211134975051707202030122020Copyright ©; 2021, Vyazovaya А.A., Lebedeva I.A., Ushakova N.B., Pavlov V.V., Gerasimova A.A., Solovieva N.S., Zhuravlev V.Y., Narvskaya O.V.Copyright ©; 2021, Вязовая А.А., Лебедева И.А., Ушакова Н.Б., Павлов В.В., Герасимова А.А., Соловьева Н.С., Журавлев В.Ю., Нарвская О.В.2021Vyazovaya А.A., Lebedeva I.A., Ushakova N.B., Pavlov V.V., Gerasimova A.A., Solovieva N.S., Zhuravlev V.Y., Narvskaya O.V.Вязовая А.А., Лебедева И.А., Ушакова Н.Б., Павлов В.В., Герасимова А.А., Соловьева Н.С., Журавлев В.Ю., Нарвская О.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1545

The Vologda Region is characterized by a relatively calm epidemic situation for tuberculosis in Russia: the incidence rate in 2010—2018 is decreased from 45.2 to 15.8 per 100 thousand of the population (44.4 in Russia). However, the proportion of patients with multiple drug resistance (MDR) of the pathogen increased from 12.1% in 2016 to 23.7% in 2018. The aim of the study was to characterize the genetic structure of the M. tuberculosis population and identify the main genotypes associated with the primary multidrug resistance of the pathogen in the Vologda Region. A total of 82 strains of M. tuberculosis isolated in 2018 from newly diagnosed tuberculosis patients were studied. Drug susceptibility testing was performed using the standard method of absolute concentration and BACTEC MGIT 960 kit. M. tuberculosis strains were assigned to the Beijing genotype and its main subtypes based on the analysis of specific markers. The Beijing strains were subtyped by the MIRU-VNTR method (24 standard loci), calculating the Hunter-Gaston Discriminatory Index (HGDI). Other strains of the non-Beijing group were spoligotyped. The majority of the strains were of the Beijing genotype (62.2%; 51 of 82). The most numerous cluster was Central Asian/Russian (41.5%; 34 of 82 strains). The shares of the Central Asia Outbreak (CAO) subtype and cluster B0/W148 amounted to 8.5% and 7.3%, respectively. The non-Beijing strains belonged to the genetic families T (11%; 9 of 82), LAM (11%), Haarlem (6.1%), and Ural (4.9%). Among 82 M. tuberculosis isolates, 33 (40.2%) MDR strains were identified, counting 27 of the Beijing genotype, including those of the Central Asian/Russian — 18 (66.7%), B0/W148 and CAO — 4 each (14.8%) clusters. MIRU-VNTR typing of 51 Beijing strains revealed 22 profiles (HGDI = 0.852); the largest clusters were 94-32 (35.3%) and 95-32 (15.7%), which included strains Central Asian/Russian and CAO. Four strains of genotype B0/W148 belonged to cluster 100-32. The loci QUB26 (HGDI = 0.493) and MIRU26 (HGDI = 0.388) had the highest polymorphism. For the first time, a molecular genetic study carried out in the Vologda region revealed the heterogeneity of the M. tuberculosis population with strains of the Beijing genotype dominated. At the same time, the share of the associated with MDR, epidemiologically and clinically significant cluster Beijing B0/W148, well defined in Russia and abroad, was only 7.3%, which is significantly less than in other regions of the Northwestern Federal District of the Russian Federation (~19%). Concurrent, representatives of the Central Asian/Russian cluster of the Beijing genotype prevailed in the structure of genotypes and among MDR M. tuberculosis strains.

Вологодская область характеризуется относительно спокойной эпидемической ситуацией по туберкулезу в России: показатель заболеваемости туберкулезом в 2010—2018 гг. снизился с 45,2 до 15,8 на 100 тыс. населения (44,4 в Российской Федерации). Однако доля больных туберкулезом с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) возбудителя выросла с 12,1% в 2016 г. до 23,7% в 2018 г. Целью исследования была характеристика генетической структуры популяции M. tuberculosis и выявление основных генотипов, ассоциированных с первичной МЛУ возбудителя туберкулеза в Вологодской области. Изучено 82 штамма M. tuberculosis, выделенных в 2018 г. от вновь выявленных больных туберкулезом. Лекарственную чувствительность определяли стандартным методом абсолютных концентраций и с помощью BACTEC MGIT 960. Штаммы M. tuberculosis относили к генотипу Beijing и его основным подтипам, определяя специфические маркеры. Штаммы Beijing субтипировали методом MIRU-VNTR по стандартным 24 локусам, вычисляя индекс разнообразия Хантера— Гастона (HGDI). Штаммы группы non-Beijing сполиготипировали. К генотипу Beijing принадлежали 62,2% (51 из 82) штаммов. Среди штаммов Beijing наиболее многочисленным был кластер Central Asian/Russian (41,5%; 34 из 82 штаммов). Доли штаммов субтипа Central Asia Outbreak (CAO) и кластера B0/W148 составили 8,5% и 7,3% соответственно. Установлена принадлежность штаммов non-Beijing к семействам T (11%; 9 из 82), LAM (11%), Haarlem (6,1%) и Ural (4,9%). Среди 82 изолятов M. tuberculosis выявлено 33 (40,2%) МЛУ штамма, включая 27 принадлежащих к генотипу Beijing, в том числе, к кластерам Central Asian/Russian — 18 (66,7%), B0/W148 и CAO — по 4 (14,8%). MIRU-VNTR-типирование 51 штамма Beijing выявило 22 варианта профилей (HGDI = 0,852): самые многочисленные — 94-32 (35,3%) и 95-32 (15,7%) включали штаммы Central Asian/Russian и CAO; четыре штамма B0/W148 принадлежали к кластеру 100-32. Наиболее полиморфными были локусы QUB26 и MIRU26. Впервые проведенное в Вологодской области молекулярно-генетическое исследование выявило гетерогенность популяции M. tuberculosis, в которой доминировали штаммы генотипа Beijing. При этом доля известного в России и за ее пределами эпидемиологически и клинически значимого кластера Beijing B0/W148, ассоциированного с МЛУ, составила лишь 7,3%, что значительно меньше, чем в других регионах СЗФО РФ (~19%). Вместе с тем в структуре генотипов и среди МЛУ штаммов M. tuberculosis преобладали представители кластера Central Asian/Russian генотипа Beijing.

Mycobacterium tuberculosismultiple drug resistancespoligotypingMIRU-VNTRBeijing genotypecluster Central Asian/ Russiancluster B0/W148Mycobacterium tuberculosisмножественная лекарственная устойчивостьсполиготипированиеMIRU-VNTRгенотип Beijingкластер Central Asian/Russianкластер B0/W148Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ № 19-15-00028.1. Военнопленные в СССР. 1936—1956. Том 6. Лагеря для военнопленных НКВД-МВД СССР (1939—1956) / под ред. М.М. Загорулько. Волгоград, 2013. 766с.2. Вязовая А.А., Ахмедова Г.М., Соловьева Н.С., Герасимова А.А., Старкова Д.А., Туркин Е.Н., Журавлев В.Ю., Нарвская О.В., Мокроусов И.В. Молекулярная эпидемиология туберкулеза в Калининградской области России: 10 лет спустя // Инфекция и иммунитет. 2017. Т. 7, № 4. С. 367—374. doi: 10.15789/2220-7619-2017-4-367-3743. Вязовая А.А., Соловьева Н.С., Сунчалина Т.В., Мокроусов И.В., Журавлев В.Ю., Нарвская О.В. Характеристика популяции Mycobacterium tuberculosis в Республике Карелия // Туберкулез и болезни легких. 2016. № 8. С. 48-53. doi: 10.21292/2075-1230-2016-94-8-48-534. 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. doi: 10.36233/0372-9311-2017-6-88-945. Ресурсы и деятельность противотуберкулезных организаций Российской Федерации в 2017-2018 гг. (статистические материалы). М.: РИО ЦНИИОИЗ, 2019. 101 с.6. Синьков В.В., Огарков О.Б., Савилов Е.Д. Реконструкция эпидемической истории «пекинского генотипа» Mycobacterium tuberculosis в России и странах бывшего СССР по результатам сполиготипирования // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2011. № 3. С. 25-29.7. Умпелева Т.В., Кравченко М.А., Еремеева Н.И., Вязовая А.А., Нарвская О.В. Молекулярно-генетическая характеристика штаммов Mycobacterium tuberculosis, циркулирующих на территории Уральского региона России // Инфекция и иммунитет. 2013. Т. 3, № 1. C. 21—28. doi: 10.15789/2220-7619-2013-1-21-288. Merker M., Barbier M., Cox H., Rasigade J.P., Feuerriegel S., Kohl T.A., Diel R., Borrell S., Gagneux S., Nikolayevskyy V., Andres S., Nubel U., Supply P., Wirth T., Niemann S. Compensatory evolution drives multidrug-resistant tuberculosis in Central Asia. eLife, 2018, no. 7: e38200. doi: 10.7554/eLife.382009. 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. the 3rd, Bonnet M., Borroni E., Campos-Herrero I., Wirth T. Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis Beijing lineage. Nature Genetics, 2015, vol. 47, no. 3, pp. 242—249. doi: 10.1038/ng.319510. Mokrousov I., Ly H.M., Otten T., Lan N.N., Vyshnevskyi B., Hoffner S., Narvskaya O. Origin and primary dispersal of the Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype: clues from human phylogeography. Genome Res., 2005, vol. 15, no. 10, pp. 1357— 1364. doi: 10.1101/gr.384060511. Narvskaya O., Mokrousov I., Otten T., Vishnevsky B. Molecular markers: application for studies of Mycobacterium tuberculosis population in Russia. In: Trends in DNA Fingerprinting Research. Ed. by M.M. Read. New York: Nova Science Publishers, 2005, pp. 111-125.12. 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, vol. 57, no. 7: e00215-19. doi: 10.1128/JCM.00215-1913. Umpeleva T., Belousova K., Golubeva L., Boteva T., Morozova I., Vyazovaya A., Mokrousov I., Eremeeva N., Vakhrusheva D. Molecular characteristics of Mycobacterium tuberculosis in the “closed” Russian town with limited population migration. Infect. Genet. Evol., 2020, no. 79: 104174. doi: 10.1016/j.meegid.2020.10417414. Vyazovaya A., Mokrousov I., Solovieva N., Mushkin A., Manicheva O., Vishnevsky B., Zhuravlev V., Narvskaya O. Tuberculous spondylitis in Russia and prominent role of multidrug-resistant clone Mycobacterium tuberculosis Beijing B0/W148. Antimicrob. Agents Chemother., 2015, vol. 59, no. 4, pp. 2349-2357. doi: 10.1128/AAC.04221-1415. Vyazovaya A., Proshina E., Gerasimova A., Avadenii I., Solovieva N., Zhuravlev V., Narvskaya O., Mokrousov I. Increased transmissibility of Russian successful strain Beijing B0/W148 of Mycobacterium tuberculosis: Indirect clues from history and demographics. Tuberculosis (Edinb.), 2020, vol. 122: 101937. doi: 10.1016/j.tube.2020.101937