Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI159010.15789/2220-7619-GDO-1590ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИGeographical diversity of Helicobacter pylori strains circulating in the European Part of the Russian FederationГеографическое разнообразие штаммов Helicobacter pylori, циркулирующих в европейской части РФSorokinV. M.СорокинВ. М.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Tularemia Laboratory 

Rostov-on-Don

к.б.н, старший научный сотрудник лаборатории туляремии

г. Ростов-на-Дону 

soroka53@mail.ruSvarvalA. V.СварвальА. В.
Russian Federation

Alena V. Svarval,  PhD (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Pathogenes Identification 

197101, St. Petersburg, Mira str., 14

Phone: +7 911 223-14-11 

Сварваль Алена Владимировна,  к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории идентификации патогенов 

197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, 14

Тел.: 8 911 223-14-11

alenasvar@rambler.ruVodop'janovA. S.ВодопьяновА. С.
Russian Federation

PhD (Medicine), Head of the Virology Group 

Rostov-on-Don

к.м.н., зав. группой вирусологии 

г. Ростов-на-Дону

alexvod@gmail.comPisanovR. V.ПисановР. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Head of the Laboratory for Diagnostics of Especially Dangerous Infections 

Rostov-on-Don

к.б.н., зав. лабораторией диагностики особо опасных инфекций 

г. Ростов-на-Дону

pisanov.ruslan@yandex.ruRostov-on-Don Research Institute for Plague ControlФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институтSt. Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера200920211147017062408202018032021Copyright ©; 2021, Sorokin V.M., Svarval A.V., Vodop'janov A.S., Pisanov R.V.Copyright ©; 2021, Сорокин В.М., Сварваль А.В., Водопьянов А.С., Писанов Р.В.2021Sorokin V.M., Svarval A.V., Vodop'janov A.S., Pisanov R.V.Сорокин В.М., Сварваль А.В., Водопьянов А.С., Писанов Р.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1590

The aim of the study was to identify INDEL markers and study geographical origin of regional H. pylori strains circulating in the European part of the Russian Federation. The study included 56 strains of H. pylori isolated in three regions of the Russian Federation: Saint Petersburg, Astrakhan and Rostov Regions. Genomic DNA was isolated using a set of Probe NA (DNA Technology, Russia), according to the manufacturer’s instructions. Detection of INDEL markers hp5605, hp6405, hp340, hp1390, hp3660 was performed using PCR. Clustering of the identified INDEL genotypes and building a phylogenetic tree were performed using the BioNumerics 7.6 and GrapeTree software packages. 21 strains from the GenBank database with known geographical origin were used as reference strains. In 20 strains from Saint Petersburg, 13 individual genotypes were identified, while 17 strains belong to the European cluster (hpEurope), 2 strains belong to the hspEAsia cluster and one strain belongs to the hspWAfrica cluster. The most common genotype identified in the European cluster includes six strains from Saint Petersburg and two strains from the GenBank database. For further differentiation of these strains, the VNTR typing method was used, which allowed identifying eight individual genotypes in eight strains. Fifty-six studied russian strains are represented by thirty individual genotypes, which reflects the high heterogeneity of strains circulating in the European part of the Russian Federation. The most frequent genotype is represented by two hpEurope strains, one strain from the Astrakhan region, as well as 5 and 6 strains from the Rostov Region and Saint Petersburg, respectively. The vast majority of Russian strains (52/56) belong to the hpEurope population, while two strains from Saint Petersburg are included in the hspEAsia population, and one strain from Saint Petersburg and the Astrakhan Region is included in the hspWAfrica population. Total, 77 H. pylori strains are represented by 37 individual genotypes with a high diversity index (DI = 0.95), which allows us to consider the proposed INDEL typing method as an independent method for genotyping H. pylori strains. Taking into consideration the complexity of the problem of accurately determining the geographical origin of H. pylori strains, the proposed simple and convenient method of INDEL typing of H. pylori strains, based on an available PCR method becomes very relevant and allows us to conduct an adequate primary analysis of the geographical origin of Russian H. pylori strains.

Цель исследования — выявление INDEL-маркеров и изучение географического происхождения региональных штаммов H. pylori, циркулирующих в европейской части РФ. В исследование включены 56 штаммов H. pylori, выделенные в трех регионах РФ: Санкт-Петербурге, Астраханской и Ростовской области. Геномную ДНК выделяли с использованием набора «Проба НК» (ДНК-Технология, Россия) согласно инструкции производителя. Выявление INDEL-маркеров hp5605, hp6405, hp340, hp1390, hp3660 проводили с помощью ПЦР. Кластеризацию выявленных INDEL-генотипов и построение филогенетического дерева проводили с помощью пакета программ BioNumerics 7.6 и GrapeTree. В качестве референтных штаммов использовали 21 штамм из базы данных GenBank с известным географическим происхождением. У 20 штаммов из Санкт-Петербурга выявлено 13 индивидуальных генотипов, при этом 17 штаммов относятся к европейскому кластеру (hpEurope), 2 штамма к кластеру hspEAsia и один штамм — к кластеру hspWAfrica. Самый распространенный генотип, выявленный в европейском кластере, включает в себя шесть штаммов из Санкт-Петербурга и два штамма из базы данных GenBank. Для дальнейшей дифференциации этих штаммов применен метод VNTR-типирования, позволивший выявить у восьми штаммов восемь индивидуальных генотипов. Пятьдесят шесть изученных российских штаммов представлены тридцатью индивидуальными генотипами, что отражает высокую гетерогенность штаммов, циркулирующих на территории европейской части РФ. Наиболее частый генотип представлен двумя штаммами hpEurope, одним штаммом из Астраханского региона, а также 5 и 6 штаммами из Ростовской области и Санкт-Петербурга соответственно. Подавляющее большинство российских штаммов (52/56) относится к популяции hpEurope, тогда как два штамма из Санкт-Петербурга входят в популяцию hspEAsia и по одному штамму из Санкт-Петербурга и Астраханской области — в популяцию hspWAfrica. Всего 77 штаммов H. pylori представлены 37 индивидуальными генотипами с высоким индексом разнообразия (DI = 0,95), что позволяет рассматривать предлагаемый метод INDEL-типирования в качестве самостоятельного для генотипирования штаммов H. pylori. Учитывая сложность проблемы точного определения географического происхождения штаммов H. pylori, весьма актуальным становится предлагаемый нами простой и удобный метод INDEL-типирования штаммов H. pylori, основанный на доступном методе ПЦР и позволяющий проводить адекватный первичный анализ географического происхождения российских штаммов H. pylori.

Helicobacter pyloriPCRINDELMST dendrogramVNTR typinggeographical originHelicobacter pyloriПЦРINDELMST-дендрограммаVNTR-типированиегеографическое происхождение1. Момыналиев К.Т., Челышева В.В., Акопиан Т.А., Селезнева О.В., Линц Б., Ахтман М., Говорун В.М. Популяционная идентификация российских изолятов Helicobacter pylori // Генетика. 2005. Т. 41, № 10. С. 1434–1437. [Momynaliev K.T., Chelysheva V.V., Akopian T.A., Selezneva O.V., Lints B., Akhtman M., Govorun V.M. Population identification of Russian Helicobacter pylori isolates. Genetika = Genetics, 2005, vol. 41, no. 10, pp. 1434–1437. (In Russ.)]2. Патент RU 2688434C1. Российская Федерация, МПК C12Q 1/68 (2006.01), C12N 15/10 (2006.01), G01N 33/53 (2006.01), A61K 39/02 (2006.01). Способ дифференциации штаммов Helicobacter pylori путем молекулярно-генетического типирования: № 2011154058/10; заявлено 28.12.2011: опубликовано: 20.05.2013 / Сорокин В.М., Писанов Р.В. Патентообладатель: ФКУЗ «Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский противочумный институт» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. 7 с. [Patent No. 2688434C1 Russian Federation, Int. Cl. C12Q 1/68 (2006.01), C12N 15/10 (2006.01), G01N 33/53 (2006.01), A61K 39/02 (2006.01). Method for differentiation of strains Helicobacter pylori by multilocal VNTR-typing: No. 2011154058/10; application: 2011.12.28: date of publication 2013.05.20 / Sorokin V.M., Pisanov R.V. Proprietors: Federal’noe kazennoe uchrezhdenie zdravookhranenija “Rostovskij-na-Donu ordena Trudovogo Krasnogo Znameni nauchnoissledovatel’skij protivochumnyj institut” Federal’noj sluzhby po nadzoru v sfere zashchity prav potrebitelej i blagopoluchija cheloveka. 7 p.]3. Achtman M., Azuma T., Berg D.E., Ito Y., Morelli G., Pan Z.J., Suerbaum S., Thompson S.A., van der Ende A., van Doorn L.J. Recombination and clonal groupings within Helicobacter pylori from different geographical regions. Mol. Microbiol., 1999, vol. 32, pp. 459–470. doi: 10.1046/j.1365-2958.1999.01382.x4. Björkholm B., Sjölund M., Falk P.G., Berg O.G., Engstrand L., Andersson D.I. Mutation frequency and biological cost of antibiotic resistance in Helicobacter pylori. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, vol. 98, pp. 14607–14612. doi: 10.1073/pnas.2415172985. Delport W., Cunningham M., Olivier B., Preisig O., Van Der Merwe S.W. A population genetics pedigree perspective on the transmission of Helicobacter pylori. Genetics, 2006, vol. 174, pp. 2107–2118. doi: 10.1534/genetics.106.0577036. Devi S.M., Ahmed I., Francalacci P., Hussain M.A., Akhter Y., Alvi A., Sechi L.A., Mégraud F., Ahmed N. Ancestral European roots of Helicobacter pylori in India. BMC genomics, 2007, vol. 8, no. 1: 184. doi: 10.1186/1471-2164-8-1847. Eppinger M., Baar C., Linz B., Raddatz G., Lanz C., Keller H., Morelli G., Gressmann H., Achtman M., Schuster S.C. Who ate whom? Adaptive Helicobacter genomic changes that accompanied a host jump from early humans to large felines. PLoS Genet., 2006, vol. 2, no. 7: e120. doi: 10.1371/journal.pgen.0020120.eor8. Falush D., Kraft C., Taylor N.S., Correa P., Fox J.G., Achtman M., Suerbaum S. Recombination and mutation during long-term gastric colonization by Helicobacter pylori: estimates of clock rates, recombination size, and minimal age. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, vol. 98, no. 26, pp. 15056–15061. doi: 10.1073/pnas.2513960989. Falush D., Wirth T., Linz B., Pritchard J.K., Stephens M., Kidd M., Blaser M.J., Graham D.Y., Vacher S., Perez-Perez G.I., Yamaoka Y. Traces of human migrations in Helicobacter pylori populations. Science, 2003, vol. 299, no. 5612, pp. 1582–1585. doi: 10.1126/science.108085710. Go M.F., Kapur V., Graham D.Y., Musser J.M. Population genetic analysis of Helicobacter pylori by multilocus enzyme electrophoresis: extensive allelic diversity and recombinational population structure. J. Bacteriol., 1996, vol. 178, pp. 3934–3938. doi: 10.1128/jb.178.13.3934-3938.199611. Guo C., Liao Y., Li Y., Duan J., Guo Y., Wu Y., Cui Y. Genotyping analysis of Helicobacter pylori using multiplelocus variable-number tandem-repeats analysis in five regions of China and Japan. BMC Microbiol., 2011, vol. 11: 197. doi: 10.1186/1471-2180-11-19712. Han S.R., Zschausch H.C., Meyer H.G., Schneider T., Loos M., Bhakdi S., Maeurer M.J. Helicobacter pylori: clonal population structure and restricted transmission within families revealed by molecular typing. J. Clin. Microbiol., 2000, vol. 38, pp. 3646– 3651. doi: 10.1128/JCM.38.10.3646-3651.200013. Kang J., Blaser M.J. Bacterial populations as perfect gases: genomic integrity and diversification tensions in Helicobacter pylori. Nat. Rev. Microbiol., 2006, vol. 4, pp. 826–836. doi: 10.1038/nrmicro152814. Kersulyte D., Chalkauskas H., Berg D.E. Emergence of recombinant strains of Helicobacter pylori during human infection. Mol. Microbiol., 1999, vol. 31, pp. 31–43. doi: 10.1046/j.1365-2958.1999.01140.x15. Kivi M., Tindberg Y., Sörberg M., Casswall T.H., Befrits R., Hellström P.M., Bengtsson C., Engstrand L., Granström M. Concordance of Helicobacter pylori strains within families. J. Clin. Microbiol., 2003, vol. 41, no. 12, pp. 5604–5608. doi: 10.1128/jcm.41.12.5604-5608.200316. Lamichhane B., Wise M.J., Chua E.G., Marshall B.J., Tay C.Y. A novel taxon selection method, aimed at minimizing recombination, clarifies the discovery of a new sub-population of Helicobacter pylori from Australia. Evol. Appl., 2020, vol. 13, no. 2, pp. 278–289. doi: 10.1111/eva.1286417. Linz B., Balloux F., Moodley Y., Manica A., Liu H., Roumagnac P., Falush D., Stamer C., Prugnolle F., van der Merwe S.W., Yamaoka Y. An African origin for the intimate association between humans and Helicobacter pylori. Nature, 2007, vol. 445, no. 7130, pp. 915–918. doi: 10.1038/nature0556218. Marshall B.J., Armstrong J.A., McGechie D.B., Glancy R.J. Attempt to fulfil Koch’s postulates for pyloric Campylobacter. Med. J. Aust., 1985, vol. 142, pp. 436–439.19. Marshall B.J., Warren J.R. Unidentified curved bacilli in the stomach of patients with gastritis and peptic ulceration. Lancet, 1984, vol. 1, pp. 1311–1315. doi: 10.1016/s0140-6736(84)91816-620. Moodley Y., Linz B. Helicobacter pylori sequences reflect past human migrations. Genome Dyn., 2009, vol. 6, pp. 62–74. doi: 10.1159/00023576321. Moodley Y., Linz B., Yamaoka Y., Windsor H.M., Breurec S., Wu J.Y., Maady A., Bernhöft S., Thiberge J.M., Phuanukoonnon S., Jobb G. The peopling of the Pacific from a bacterial perspective. Science, 2009, vol. 323, no. 5913, pp. 527–530. doi: 10.1126/science.116608322. Raymond J., Thiberge J.M., Chevalier C., Kalach N., Bergeret M., Labigne A., Dauga C. Genetic and transmission analysis of Helicobacter pylori strains within a family. Emerg. Infect. Dis., 2004, vol. 10, no. 10, pp. 1816–1821. doi: 10.3201/eid1010.04004223. Salaun L., Audibert C., Le Lay G., Burucoa C., Fauchere J.L., Picard B. Panmictic structure of Helicobacter pylori demonstrated by the comparative study of six genetic markers. FEMS Microbiol. Lett., 1998, vol. 161, pp. 231–239. doi: 10.1111/j.1574-6968.1998.tb12953.x24. Schuster S.C., Wittekindt N.E., Linz B. Molecular mechanisms of host-adaptation in Helicobacter. In: Helicobacter pylori: molecular genetics and cellular biology. Ed. by Yamaoka Y. Wymondham: Horizon Scientific Press, 2008, pp. 193–204.25. Sorokin V., Pisanov R., Golubkina E., Bereznyak E., Prozorova L. Comparative multiple-locus variablenumber tandem repeat analysis of Helicobacter pylori Isolates from South of Russia. IJMB, 2017, vol. 2, no. 3, pp. 135–138. doi: 10.11648.j.ijmb.20170203.1526. Sorokin V.M., Pisanov R.V., Vodop’janov A.S. Improvement of multiple-locus VNTR analysis typing scheme for Helicobacter pylori. Asian J. Biochem. Genet. Mol. Biol., 2018, vol. 1, no. 4, pp. 1–7.27. Sorokin V.M., Pisanov R.V., Vodop’janov A.S., Golubkina E.V. New tool for phylogenetic analysis of Helicobacter pylori. WJARR, 2020, vol. 6, no. 2, pp. 60–67. doi: 10.30574/wjarr.2020.6.2.012828. Suerbaum S., Smith J.M., Bapumia K., Morelli G., Smith N.H., Kunstmann E., Dyrek I., Achtman M. Free recombination within Helicobacter pylori. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, vol. 95, no. 21, pp. 12619–12624. doi: 10.1073/pnas.95.21.1261929. Taylor N.S., Fox J.G., Akopyants N.S., Berg D.E., Thompson N., Shames B., Yan L., Fontham E., Janney F., Hunter F.M. Longterm colonization with single and multiple strains of Helicobacter pylori assessed by DNA fingerprinting. J. Clin. Microbiol., 1995, vol. 33, no. 4, pp. 918–923. doi: 10.1128/JCM.33.4.918-923.199530. Tindberg Y., Bengtsson C., Granath F., Blennow M., Nyren O., Granstrom M. Helicobacter pylori infection in Swedish school children: lack of evidence of child-to-child transmission outside the family. Gastroenterology, 2001, vol. 121, pp. 310–316. doi: 10.1053/gast.2001.2628231. Tsang A.K.L., Lee H.H., Yiu S.M., Lau S.K., Woo P.C. Failure of phylogeny inferred from multilocus sequence typing to represent bacterial phylogeny. Sci. Rep., 2017, vol. 7, no. 1: 4536. doi: 10.1038/s41598-017-04707-432. Vale F.F., Nunes A., Oleastro M., Gomes J.P., Sampaio D.A., Rocha R., Vítor J.M., Engstrand L., Pascoe B., Berthenet E., Sheppard S.K. Genomic structure and insertion sites of Helicobacter pylori prophages from various geographical origins. Sci. Rep., 2017, vol. 7: 42471. doi: 10.1038/srep4247133. Zhou Z., Alikhan N.F., Sergeant M.J., Luhmann N., Vaz C., Francisco A.P., Carriço J.A., Achtman M. GrapeTree: visualization of core genomic relationships among 100,000 bacterial pathogens. Genome Res., 2018, vol. 28, no. 9, pp. 1395–1404. doi: 10.1101/gr.232397.117