Introduction. Here, we present a study of 33 Klebsiella pneumoniae strains isolated in Rostov-on-Don in 2021–2023 from patients with community-acquired pneumonia. The bacterial strains were analyzed according to the traits known to be linked to hypervirulence. The aim of the study was to compare of the strains by analyzing phenotypic (siderophore activity, hypermucoviscosity, bacteriophage sensitivity) and genotypic (presence of plasmids, siderophore genes, and rmpA and rmpA2 genes) properties. Materials and methods. Assessment of bacteriophage sensitivity, hypermucoviscosity using “string test”, siderophore activity on chrome azurol S containing plates, high-molecular weight plasmids content, and whole-genome sequencing. Results. Sequencing of 11 strains differing in mucoviscosity allowed to establish that all hypermucoviscous strains contained the rmpA gene, whereas the rmpA2 gene was either absent or contained single nucleotide insertions or deletions, leading to a reading frame shift. The same mutations in rmpA2 were observed in non-mucoviscous strains, all of which lacked the rmpA gene. The strains differed by the presence of four siderophore clusters, the number of which did not correlate with the siderophore activity. The lack of rmpA and salmochelin biosynthesis genes but presence of its receptor gene in the non-mucoviscous strains suggest that they have deletions, leading to the loss of the hypermucoviscous phenotype. A study of 33 strains showed that they were able to dissociate, forming dark and light colonies, which were observed in both hypermucoviscous and non-hypermucoviscous strains. In dark but not light clones obtained from hypermucoviscous strains, this property was preserved. In contrast, both clone variants of non-hypermucoviscous strains retained this property. An analysis of different clones of 17 strains showed that dark vs light clones had reduced siderophore activity and bacteriophage sensitivity. The clone genomes did not differ in the siderophore clusters, but rmpA was revealed only in the dark clones of hypermucoviscous strains. In non-mucoviscous strains, this gene was not found in both clones, whereas differences in siderophore activity and bacteriophage sensitivity were preserved. Conclusion. K. pneumoniae hypermucoviscosity phenotype is associated with the presence of at least the rmpA, while intact rmpA2 is not required. The differences in the colony morphology, clone siderophore activity, and bacteriophage sensitivity are not related to rmpA and rmpA2, but rather result from an unknown yet mechanism.
Введение. В статье представлено исследование 33 штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных в Ростове-на-Дону в 2021–2023 гг. от пациентов с внебольничной пневмонией. Штаммы были проанализированы в соответствии с признаками, которые, как известно, связаны с гипервирулентностью. Проведено сравнение штаммов по фенотипическим (сидерофорная активность, гипермукоидность, чувствительность к бактериофагу) и генотипическим (плазмидный профиль, наличие генов сидерофоров и rmpA и rmpA2) свойствам. Материалы и методы. При проведении исследования были использованы следующие методы: определение чувствительности к бактериофагу, гипермукоидности с помощью «стринг-теста», сидерофорной активности на среде, содержащей хромазурол S, содержания плазмид и полногеномное секвенирование. Результаты. Секвенирование 11 штаммов, различающихся по мукоидности, показало, что все гипермукоидные штаммы содержали rmpA, в то время как rmpA2 либо отсутствовал, либо содержал одиночные инсерции или делеции нуклеотидов, что приводило к сдвигу рамки считывания. Те же мутации в гене rmpA2 наблюдались у немукоидных штаммов, у них отсутствовал rmpA. Штаммы отличались по набору из четырех сидерофорных кластеров, количество которых не коррелировало с сидерофорной активностью. Отсутствие у штаммов, не обладающих гипермукоидностью, rmpA и генов биосинтеза салмохелина при сохранении гена его рецептора указывает на наличие делеций, приводящих к потере гипермукоидности. Исследование 33 штаммов показало, что они способны диссоциировать, образуя колонии двух типов: темные и светлые, которые наблюдались как у гипермукоидных, так и у немукоидных штаммов. Темные клоны гипермукоидных штаммов это свойство сохраняли, в то время как светлые клоны его утрачивали. Оба варианта немукоидных штаммов сохраняли свойство немукоидности. Анализ разных 17 штаммов показал, что их темные клоны обладали сниженной сидерофорной активностью и чувствительностью к бактериофагу по сравнению со светлыми. Геномы разных клонов не отличались по сидерофорным кластерам, но rmpA был обнаружен только в темных клонах гипермукоидных штаммов. У немукоидных штаммов этот ген отсутствовал в обоих клонах, в то время как различия в сидерофорной активности и чувствительности к бактериофагу сохранялись. Заключение. Гипермукоидность K. pneumoniae связана с наличием rmpA, в то время как rmpA2 не является обязательным. Различия клонов по морфологии колоний, сидерофорной активности и чувствительности к бактериофагу не связаны с rmpA/rmpA2, а скорее обусловлены пока неизвестным механизмом.