Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI174410.15789/2220-7619-GPO-1744ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleGenetic polymorphisms of helicobacter pylori clinical isolates in St. Petersburg, RussiaГеномный полиморфизм клинических изолятов helicobacter pylori в Санкт-Петербурге, Россияhttps://orcid.org/0000-0001-9340-4132SvarvalA. V.СварвальА. В.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Researcher, Head of the Pathogens Identification Laboratory

к.м.н., старший научный сотрудник, зав. лабораторией идентификации патогенов

alena.svarval@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3199-8689StarkovaDaria A.СтарковаДарья Андреевна
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher of the Pathogens Identification Laboratory, Researcher of the Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории идентификации патогенов, научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики

dariastarkova13@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7661-3725FermanR. S.ФерманР. С.
Russian Federation

Junior Researcher, Pathogens Identification Laboratory

младший научный сотрудник лаборатории идентификации патогенов

laborimmun@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0830-5808NarvskayaO. V.НарвскаяО. В.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Researcher, Laboratory of Molecular Epidemiology and Evolutionary Genetics, Academic Adviser

д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики, научный консультант

onarvskaya@gmail.comSt. Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераSt. Petersburg State Research Institute of Phthisiopulmonology of the Ministry of Health of RussiaФГБУ СПб НИИ фтизиопульмонологии Минздрава РФ12042022130520221223153220306202122012022Copyright ©; 2022, Svarval A.V., Starkova D.A., Ferman R.S., Narvskaya O.V.Copyright ©; 2022, Сварваль А.В., Старкова Д.А., Ферман Р.С., Нарвская О.В.2022Svarval A.V., Starkova D.A., Ferman R.S., Narvskaya O.V.Сварваль А.В., Старкова Д.А., Ферман Р.С., Нарвская О.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1744

Introduction. Helicobacter pylori was proved to be the principal causative agent of gastroduodenal disorders in human. Although Russian Federation is among the countries with a high prevalence of H. pylori infection (60–90%), currently there is a very limited number of studies evaluating H. pylori genotypes in Russia. Objective. Based on the assessment of virulence-associated cagA, oipA, and vacA genes, our study was aimed to determine H. pylori genotypes associated with the clinical outcomes in patients with H. pylori infection in St. Petersburg, Northwest Russia. Materials and methods. Using PCR for the detection of cagA, oipA, and vacA s, m, i allelic variants, we analyzed 61 H. pylori isolates isolated and cultured from biopsies collected during endoscopy of patients with chronic gastritis (G), duodenal ulcer (DU), and gastric cancer (GC). Results. The genetic diversity of H. pylori clinical isolates has been revealed (HGDI 0.88): 41 (67%) of 61 H. pylori isolates were cagA-positive, 38 (62%) — oipA-positive. The proportions of cagA+ isolates differed in patients with G (56.7%) and DU (80.9%) (p = 0.06). The s, m, and i allelic variants of the vacA gene were detected in all strains, although the vacA s1 allele was significantly dominant in patients with DU (95.2%) rather than with G (64.9%) (p = 0.01). The vacA alleles m1 and i1 in the isolates from patients with G and DU were found in almost equal proportions: 45.9% and 42.8% for m1 allele, 45.9% and 47.6% for i1 allele, respectively. Seven isolates (11.5%) were positive for different mixed combinations of vacA alleles s, m, and i. Noteworthy, all vacA s2 strains were cagA-negative and had the m2 allele. OipA+ strains were found in almost equal proportions in patients with G (62.2%) and DU (57.1%) (p = 0.71). All three cagA- and oipA-positive isolates from patients with GC carried vacA s1/m1/i1 alleles. Different combinations of virulence-associated determinants constituted 17 genetic profiles. The most common combined genotype cagA+/oipA+/vacA s1/m1/i1 comprised 18 (29.5%) H. pylori isolates. Conclusion. We have determined predominant genotypes in the H. pylori population in the Northwest of Russia. The significant association between vacA s1 genotype of the pathogen and clinical manifestations of H. pylori infection has been established in our study.

Введение. Helicobacter pylori — основной возбудитель гастродуоденальных заболеваний человека. Несмотря на то что Российская Федерация относится к числу стран с высоким уровнем распространенности инфекции H. pylori (60–90%), в настоящее время довольно ограниченное количество исследований посвящено генетическому разнообразию H. pylori в России. Цель — на основании оценки генов вирулентности cagA, oipA и vacA изучить геномный полиморфизм клинических изолятов H. pylori, полученных от различных групп больных на территории Санкт-Петербурга, Россия. Материалы и методы. Изучен 61 штамм H. pylori, выделенных от пациентов с хроническим гастритом (ХГ), язвой двенадцатиперстной кишки (ЯДК) и раком желудка (РЖ). Стандартный метод ПЦР использовали для детекции генов cagA, oipA и аллельных вариантов гена vacA (s, m, i). Результаты. Установлена генетическая неоднородность 61 штамма H. pylori (HGDI 0.88): 41 (67%) штамм был cagA-позитивным, 38 (62%) были oipA-позитивными. Доли cagA+ штаммов различались у пациентов с ХГ (56,7%) и ЯДК (80,9%) (p = 0,06). Ген vасА в различных s-, m-, i-аллельных вариантах выявлен у всех штаммов. Доля штаммов аллельного варианта vacA s1 существенно превалировала у пациентов с ЯДК (95,2%) по сравнению с больными ХГ (64,9%) (p = 0,01). Аллели vacA m1 и i1 у штаммов от пациентов с ХГ и ЯДК были обнаружены почти в равных пропорциях: 45,9 и 42,8% для аллеля m1, 45,9 и 47,6% для аллеля i1 соответственно. Семь штаммов (11,5%) имели смешанные s, m и i генотипы. Все штаммы аллеля vacA s2 являлись cagA-негативными и несли аллель m2. Штаммы оipA+ практически в равных долях были обнаружены у больных ХГ (62,2%) и ЯДК (57,1%) (р = 0,71). Все три штамма от пациентов с РЖ являлись cagA- и oipA-позитивными и несли аллели vacA s1/m1/i1. Анализ результатов генотипирования позволил выявить 17 вариантов профилей (комбинированных генотипов). Наиболее распространенный комбинированный генотип cagA+/oipA+/vacA s1/m1/i1 включал 18 (29,5%) штаммов H. pylori. Выводы. В результате анализа геномного полиморфизма клинических изолятов H. pylori, выделенных от больных хеликобактериозом, были выявлены доминирующие генотипы популяции H. pylori в Санкт-Петербурге, Россия. Установлена связь генотипа vacA s1 возбудителя с клиническими проявлениями инфекции H. pylori.

Helicobacter pyloricagA genevacA geneoipA genegastritisduodenal ulcergastric cancervirulence determinantsgenomic polymorphismHelicobacter pyloriген cagAген vacAген oipAгастритязва двенадцатиперстной кишкирак желудкагены вирулентностигеномный полиморфизмАхтереева А.Р., Давидюк Ю.Н., Файзуллина Р.А., Ивановская К.А., Сафин А.Г., Сафина Д.Д., Абдулхаков С.Р. Распространенность генотипов Helicobacter pylori у пациентов с гастродуоденальной патологией в Казани // Казанский медицинский журнал. 2017. Т. 98, № 5. C. 723–728. [Akhtereeva A.R., Davidyuk Y.N., Faizullina R.A., Ivanovskaya K.A., Safin A.G., Safina D.D., Abdulkhakov S.R. Prevalence of Helicobacter pylori genotypes in patients with gastroduodenal pathology in Kazan. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal = Kazan Medical Journal, 2017, vol. 98, no. 5, pp. 723–728. (In Russ.)] doi: 10.17750/KMJ2017-723Сорокин В.М., Писанов Р.В., Водопьянов А.С., Голубкина Е.В., Березняк Е.А. Сравнительный анализ генотипов штаммов Helicobacter pylori в Ростовской и Астраханской области // Медицинский вестник Юга России. 2018. Т. 9, № 4. С. 81–86. [Sorokin V.M., Pisanov R.V., Vodop’janov A.S., Golubkina E.V., Bereznjak E.A. Comparative analysis of genotypes of Helicobacter pylori strains in the Rostov and Astrakhan regions. Medicinskij vestnik Yuga Rossii = Medical Herald of the South of Russia, 2018, vol. 9, no. 4, pp. 81–86. (In Russ.)] doi: 10.21886/2219-8075-2018-9-4-81-86Щанова Н.О., Прохорова Л.В. Возможности повышения эффективности эрадикации Helicobacter pylori у больных язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2016. № 2. С. 11–18. [Schanova N.O., Prokhorova L.V. Improvement of Helicobacter pylori eradication efficacy at stomach and duodenum peptic ulcers. Rossiiskii zhurnal gastroenterologii, gepatologii, koloproktologii = Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology, 2016, no. 2, pp. 11–18. (In Russ.)]Almeida N., Donato M.M., Romãozinho J.M., Luxo C., Cardoso O., Cipriano M.A., Marinho C., Fernandes A., Sofia C. Correlation of Helicobacter pylori genotypes with gastric histopathology in the central region of a South-European country. Dig. Dis. Sci., 2015, vol. 60, no. 1, pp. 74–85. doi: 10.1007/s10620-014-3319-8Atherton J.C., Cao P., Peek R.M., Tummuru M.K., Blaser M.J., Cover T.L. Mosaicism in vacuolating cytotoxin alleles of Helicobacter pylori. Association of specific vacA types with cytotoxin production and peptic ulceration. J. Biol. Chem., 1995, vol. 270, pp. 17771–17777. doi: 10.1074/jbc.270.30.17771Braga L.L.B.C., Batista M.H.R., de Azevedo O.G.R., da Silva Costa K.C., Gomes A.D., Rocha G.A., Queiroz D.M.M. OipA “on” status of Helicobacter pylori is associated with gastric cancer in North-Eastern Brazil. BMC Cancer, 2019, vol. 19, no. 1: 48. doi: 10.1186/s12885-018-5249-xChiarini A., Calà C., Bonura C., Gullo A., Giuliana G., Peralta S., D’Arpa F., Giammanco A. Prevalence of virulence-associated genotypes of Helicobacter pylori and correlation with severity of gastric pathology in patients from western Sicily, Italy. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 2009, vol. 28, pp. 437–446. doi: 10.1007/s10096-008-0644-xDa Costa D.M., Pereira Edos S., Rabenhorst S.H. What exists beyond cagA and vacA? Helicobacter pylori genes in gastric diseases. World J. Gastroenterol., 2015, vol. 21, no. 37, pp. 10563–10572. doi: 10.3748/wjg.v21.i37.10563De Brito B.B., da Silva F.A.F., Soares A.S., Pereira V.A., Santos M.L.C., Sampaio M.M., Neves P.H.M., de Melo F.F. Pathogenesis and clinical management of Helicobacter pylori gastric infection. World. J. Gastroenterol., 2019, vol. 25, no. 37, pp. 5578–5589. doi: 10.3748/wjg.v25.i37.5578Diab M., Shemis M., Gamal D., El-Shenawy A., El-Ghannam M., El-Sherbini E. Helicobacter pylori Western cagA genotype in Egyptian patients with upper gastrointestinal disease. EJMHG, 2018, vol. 19, no. 4, pp. 297–300. doi: 10.1016/j.ejmhg.2018.06.003Foegeding N.J., Caston R.R., McClain M.S., Ohi M.D., Cover T.L. An overview of Helicobacter pylori VacA toxin biology. Toxins (Basel), 2016, vol. 8, no. 6: e173. doi: 10.3390/toxins8060173Heikkinen M., Mayo K., Mégraud F., Vornanen M., Marin S., Pikkarainen P., Julkunen R. Association of CagA-positive and CagA-negative Helicobacter pylori strains with patients’ symptoms and gastritis in primary care patients with functional upper abdominal complaints. Scand. J. Gastroenterol., 1998, vol. 33, no. 1, pp. 31–38. doi: 10.1080/00365529850166176Imkamp F., Lauener F.N., Pohl D., Lehours P., Vale F.F., Jehanne Q., Zbinden R., Keller P.M., Wagner K. Rapid characterization of virulence determinants in Helicobacter pylori isolated from non-atrophic gastritis patients by next-generation sequencing. J. Clin. Med., 2019, vol. 8, no. 7: 1030. doi: 10.3390/jcm8071030Inagaki T., Nishiumi S., Ito Y., Yamakawa A., Yamazaki Y., Yoshida M., Azuma T. Associations between cagA, vacA, and the clinical outcomes of Helicobacter pylori infections in Okinawa, Japan. Kobe J. Med. Sci., 2017, vol. 63, no. 2, pp. 58–67.Kamogawa-Schifter Y., Yamaoka Y., Uchida T., Beer A., Tribl B., Schöniger-Hekele M., Trauner M., Dolak W. Prevalence of Helicobacter pylori and its CagA subtypes in gastric cancer and duodenal ulcer at an Austrian tertiary referral center over 25 years. PLoS One, 2018, vol. 13, no. 5: e0197695. doi: 10.1371/journal.pone.0197695Liu J., He C., Chen M., Wang Z., Xing C., Yuan Y. Association of presence/absence and on/off patterns of Helicobacter pylori oipA gene with peptic ulcer disease and gastric cancer risks: a meta-analysis. BMC Infect. Dis., 2013, 13: 555. doi: 10.1186/1471-2334-13-555Miehlke S., Kirsch C., Agha-Amiri K., Günther T., Lehn N., Malfertheiner P., Stolte M., Ehninger G., Bayerdörffer E. The Helicobacter pylori vacA s1, m1 genotype and cagA is associated with gastric carcinoma in Germany. Int. J. Cancer, 2000, vol. 87, no. 3, pp. 322–327.Momynaliev K., Smirnova O., Kudryavtseva L., Govorun V. Helicobacter pylori genotypes in Russia. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 2003, vol. 22, no. 9, pp. 573–574. doi: 10.1007/s10096-003-0987-2Muhsen K., Sinnereich R., Beer-Davidson G., Nassar H., Abu Ahmed W., Cohen D., Kark J.D. Correlates of infection with Helicobacter pylori positive and negative cytotoxin-associated gene A phenotypes among Arab and Jewish residents of Jerusalem. Epidemiol. Infect., 2019, vol. 147: e276. doi: 10.1017/S0950268819001456Mukhopadhyay A.K., Kersulyte D., Jeong J.Y., Datta S., Ito Y., Chowdhury A., Santra A., Bhattacharya S.K., Azuma T., Nair G.B., Berg D.E. Distinctiveness of genotypes of Helicobacter pylori in Calcutta, India. J. Bacteriol., 2000, vol. 182, no. 11, pp. 3219–3227. doi: 10.1128/jb.182.11.3219-3227.2000Nguyen L.T., Uchida T., Murakami K., Fujioka T., Moriyama M. Helicobacter pylori virulence and the diversity of gastric cancer in Asia. J. Med. Microbiol., 2008, vol. 57, no. 12, pp. 1445–1453. doi: 10.1099/jmm.0.2008/003160-0Rahman M., Mukhopadhyay A.K., Nahar S., Datta S., Ahmad M.M., Sarker S., Masud I.M., Engstrand L., Albert M.J., Nair G.B., Berg D.E. DNA-level characterization of Helicobacter pylori strains from patients with overt disease and with benign infections in Bangladesh. J. Clin. Microbiol., 2003, vol. 41, no. 5, pp. 2008–2014. doi: 10.1128/jcm.41.5.2008-2014.2003Rhead J.L., Letley D.P., Mohammadi M., Hussein N., Mohagheghi M.A., Eshagh Hosseini M., Atherton J.C. A new Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin determinant, the intermediate region, is associated with gastric cancer. Gastroenterology, 2007, vol. 133, no. 3, pp. 926–936. doi: 10.1053/j.gastro.2007.06.056Tanih N.F., McMillan M., Naidoo N., Ndip L.M., Weaver L.T., Ndip R.N. Prevalence of Helicobacter pylori vacA, cagA and iceA genotypes in South African patients with upper gastrointestinal diseases. Acta Trop., 2010, vol. 116, no. 1, pp. 68–73. doi: 10.1016/ j.actatropica.2010.05.011Tsukanov V.V., Butorin N.N., Maady A.S., Shtygasheva O.V., Amelchugova O.S., Tonkikh J.L., Fassan M., Rugge M. Helicobacter pylori infection, intestinal metaplasia, and gastric cancer risk in Eastern Siberia. Helicobacter, 2011, vol. 16, no. 2, pp. 107–112. doi: 10.1111/j.1523-5378.2011.00827.xTumurru M.K., Cover T.L., Blaser M.J. Cloning and expression of a high-molecular mass major antigen of Helicobacter pylori: evidence of linkage to cytotoxin production. Infect. Immun., 1993, vol. 61, pp. 1799–1809.Uchida T., Miftahussurur M., Pittayanon R., Vilaichone R.K., Wisedopas N., Ratanachu-Ek T., Kishida T., Moriyama M., Yamaoka Y., Mahachai V. Helicobacter pylori Infection in Thailand: A Nationwide Study of the CagA Phenotype. PLoS One, 2015, vol. 10, no. 9: e0136775. doi: 10.1371/journal.pone.0136775Van Doorn L.J., Figueiredo C., Mégraud F., Pena S., Midolo P., Queiroz D.M., Carneiro F., Vanderborght B., Pegado M.D., Sanna R., De Boer W., Schneeberger P.M., Correa P., Ng E.K., Atherton J., Blaser M.J., Quint W.G. Geographic distribution of vacA allelic types of Helicobacter pylori. Gastroenter., 1999, vol. 116, no. 4, pp. 823–830. doi: 10.1016/s0016-5085(99)70065-xVersalovic J., Koeuth T., Lupski J.R. Distribution of repetitive DNA sequences in Eubacteria and application to fingerprinting of bacterial genomes. Nucleic Acids Res., 1991, vol. 19, pp. 6823–6831. doi: 10.1093/nar/19.24.6823Yamaoka Y., Kodama T., Gutierrez O., Kim J.G., Kashima K., Graham D.Y. Relationship between Helicobacter pylori iceA, cagA, and vacA status and clinical outcome: studies in four different countries. J. Clin. Microbiol., 1999, vol. 37, pp. 2274–2279.