Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI185810.15789/2220-7619-BCO-1858ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleBiological characteristics of the enteroaggregative escherichia coli ont:h30 18-726 (no. B-8857) strain isolated from a patient with ulcerative colitis and a new method of pcr identificationБиологическая характеристика энтероагрегативного штамма escherichia coli ont:h30 18-726 (№ в-8857), выделенного от пациента с язвенным колитом, и новый способ пцр-идентификацииhttps://orcid.org/0000-0003-3600-23777915-1758MakarovaMaria A.МакароваМария Александровна
Russian Federation

DSc (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Enteric Infections; Associate Professor, Department of Medical Microbiology

д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории кишечных инфекций ; доцент кафедры медицинской микробиологии

makmaria@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6955-10257994-1414KruglovEgor E.КругловЕгор Евгеньевич
Russian Federation

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Clinical Medicine; Researcher, Research and Testing Department

к.м.н., доцент кафедры клинической медицины ; научный сотрудник научно-исследовательского испытательного отдела

krugegr@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0989-14046721-7873KaftyrevaLidia A.КафтыреваЛидия Алексеевна
Russian Federation

DSc (Medicine), Leading Researcher, Typhoid Epidemiology Research Group; Professor, Department of Medical Microbiology

д.м.н., ведущий научный сотрудник группы эпидемиологии брюшного тифа ; ; профессор кафедры медицинской микробиологии

kaflidia@mail.ruSt. Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераMechnikov North-Western State Medical UniversityФГБОУ ВО Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. МечниковаReaviz Medical UniversityЧУ ОО ВО Медицинский университет «Реавиз»State Research and Test Institute of Military MedicineФГБУ ГНИИИ военной медицины МО РФSaint-Petersburg Pasteur InstituteФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени ПастераMechnikov North-West State Medical UniversityФГБОУ ВО Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова19092023301120231358999082812202128082023Copyright ©; 2023, Makarova M.A., Kruglov E.E., Kaftyreva L.A.Copyright ©; 2023, Макарова М.А., Круглов Е.Е., Кафтырева Л.А.2023Makarova M.A., Kruglov E.E., Kaftyreva L.A.Макарова М.А., Круглов Е.Е., Кафтырева Л.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1858

The aim of the work is to assess biological properties of the enteroaggregative Escherichia coli (EAgEC) strain isolated from the colon mucosa biopsy material from a patient with ulcerative colitis, and to develop a new method for PCR identification of E. coli strains.

Materials and methods. The study involved 46 patients with a verified ulcerative colitis. Isolation of 87 E. coli strains was carried out by using colon biopsy material obtained during a standard endoscopic procedure. The description of the biochemical bacterial properties was combined with the molecular genetic detection of virulence determinants and presence of antibiotic resistance mechanisms. Using the “AmpliSense® Escherichiose — FL” reagent kit, a screening for the presence of diarrheagenic E. coli strains was performed, which revealed the presence of a single strain of EAgEC. The methodological approach to creating a new method for strain identification was based on the search for a unique genetic sequence within the glutamate decarboxylase (gad) gene.

Results. E. coli 18-726 can be described biochemically typical to its species. The studied strain was characterized by a multiple resistance phenotype (MDR) to antibiotics, as well as a lack of sensitivity to five bacteriophages. The E. coli 18-726 strain had a unique sequence of the gene encoding the O-antigen, which differed from 188 known O-antigens (ONT) and, by the identity of the nucleotide sequence of the gene encoding the synthesis of the H-antigen, the strain belonged to the H30 serovar. Thus, the antigenic formula of strain EAgEC 18-726 was expressed as ONT:H30. The E. coli 18-726 strain contained a significant spectrum of genes that enable properties of virulence (iss, capU, aggA, aggB, aggC, aggD, aap, aar) and resistance to antibiotics (blaCTX-M-15, blaTEM-1B, aadA1, aadA5, mph(A), catB3). A new method for identifying EAgEC in chronic bowel disease is based on the polymerase chain reaction method using primers for a specific region of bacterial glutamate decarboxylase (gad) gene. Conclusion. 1) The biochemical, antigenic and molecular genetic properties of E. coli ONT:H30 18-726 strain (No. B-8857) isolated from a patient with histomorphologically diagnosed ulcerative colitis were analyzed. 2) A method for PCR identification of EAgEC strains based on the detection of a specific region within the bacterial genomic glutamate decarboxylase gene has been created and patented.

Цель работы — изучить биологические свойства энтероагрегативного штамма Esсherichia coli (EAgEC), выделенного из биопсийного материала слизистой оболочки толстой кишки пациента с язвенным колитом, а также разработать новый способ ПЦР-идентификации штаммов этой патогруппы.

Материалы и методы. В исследовании приняли участие 46 пациентов с верифицированным диагнозом «язвенный колит». Выделение 87 штаммов E. coli осуществлялось из биопсийного материала толстой кишки, полученного в ходе стандартной эндоскопической процедуры. Описание биохимических свойств бактерий сочеталось с молекулярно-генетическим определением детерминант вирулентности и наличием механизмов антибиотикорезистентности. С использованием набора реагентов «АмплиСенс®Эшерихиозы — FL» был проведен скрининг на наличие диареегенных штаммов E. coli, который выявил наличие одного штамма EAgEC. Методический подход по созданию нового способа идентификации штамма базировался на поиске уникальной генетической последовательности в гене глутаматдекарбоксилазы (gad).

Результаты. Штамм E. coli 18-726 по биохимическим признакам можно описать как типичный для своего вида. Изученный штамм характеризовался фенотипом множественной резистентности к антимикробным препаратам, а также отсутствием чувствительности к пяти препаратам бактериофагов. Штамм E. coli 18-726 имел уникальную последовательность гена, кодирующего О-антиген, которая отличалась от 188 известных О-антигенов (ONT), и по идентичности нуклеотидной последовательности гена, кодирующего синтез Н-антигена, принадлежал к серовару Н30. Таким образом, антигенная формула штамма EAgEC 18-726 выражалась как ONT:H30. Штамм E. coli 18-726 содержал значительный спектр генов, реализующих свойства вирулентности (iss, capU, aggA, aggВ, aggС, aggD, aap, aar) и резистентности к антибиотикам (blaCTX-М-15, blaTEM-1B, aadA1, aadA5, mph(A), catB3). Новый способ идентификации EAgEC при хронических заболеваниях кишечника базируется на методе ПЦР с применением праймеров для специфичного участка гена глутаматдекарбоксилазы (gad). Заключение. 1) Проанализированы биохимические, антигенные и молекулярно-генетические свойства штамма E. coli ONT:H30 18-726 (№ В-8857), выделенного от пациента с гистоморфологически установленным диагнозом «язвенный колит». 2) Создан и запатентован способ ПЦР-идентификации EAgEC, основанный на выявлении специфического участка гена глутаматдекарбоксилазы в геноме штаммов.

Escherichia coliEAgECulcerative colitisPCRvirulenceantibiotic resistanceEscherichia coliEAgECязвенный колитПЦРвирулентностьантибиотикорезистентностьБаранцевич Е.П., Баранцевич Н.Е. Применение MALDI-ToF масс-спектрометрии в клинической микробиологии // Трансляционная медицина. 2014. № 3. С. 23–28. [Barantsevich E.P., Barantsevich N.E. MALDI-ToF mass spectrometry in clinical microbiology. Translyatsionnaya meditsina = Translational Medicine, 2014, no. 3, pp. 23–28. (In Russ.)] doi: 10.18705/2311-4495-2014-0-3-23-28Галстян Г.М., Гапонова Т.В., Жибурт Е.Б., Балашова Е.Н., Берковский А.Л., Быстрых О.А., Купряшов А.А., Оловникова Н.И., Ошоров А.В., Рыбка М.М., Троицкая В.В., Буланов А.Ю., Журавель С.В., Лубнин А.Ю., Мазурок В.А., Недомолкин С.В., Певцов Д.Э., Рогачевский О.В., Салимов Э.Л., Трахтман П.Е., Чжао А.В., Шерстнев Ф.С., Савченко В.Г. Клиническое использование криопреципитата // Гематология и трансфузиология. 2020. Т. 65, № 1. С. 87–114. [Galstyan G.M., Gaponova T.V., Zhiburt E.B., Balashova E.N., Berkovskiy A.L., Bystrykh O.A., Kupryashov A.A., Olovnikova N.I., Oshorov A.V., Rybka M.M., Troitskaya V.V., Bulanov A.Yu., Zhuravel S.V., Lubnin A.Yu., Mazurok V.A., Nedomolkin S.V., Pevtcov D.E., Rogachevskiy O.V., Salimov E.L., Trakhtman P.E., Chzhao A.V., Sherstnev F.S., Savchenko V.G. Clinical guidelines for cryoprecipitate transfusions. Gematologiya i transfuziologiya = Russian Journal of Hematology and Transfusiology, 2020, vol. 65, no. 1, pp. 87–114. (In Russ.)] doi: 10.35754/0234-5730-2020-65-1-87-114Егорова С.А., Кафтырева Л.А., Липская Л.В., Коноваленко И.Б., Пясетская М.Ф., Курчикова Т.С., Ведерникова Н.Б., Морозова О.Т., Смирнова М.В., Попенко Л.Н., Любушкина М.И., Савочкина Ю.А., Макарова М.А., Сужаева Л.В., Останкова Ю.В., Иванова М.Н., Павелкович А.М., Наабер П., Сепп Э., Кыльялг С., Мицюлявичене И., Балоде А. Штаммы энтеробактерий, продуцирующие бета-лактамазы расширенного спектра и металло-β-лактамазу ndm-1, выделенные в стационарах в странах Балтийского региона // Инфекция и иммунитет. 2013. Т. 3, № 1. С. 29–36. [Egorova S.A., Kaftyreva L.A., Lipskaya L.V., Konovalenko I.B., Pyasetskaya M.F., Kurchikova T.S., Vedernikova N.B., Morozova O.T., Smirnova M.V., Popenko L.N., Lyubushkina M.I., Savochkina Yu.A., Makarova M.A., Suzhaeva L.V., Ostankova Yu.V., Ivanova M.N., Pavelkovich A.M., Naaber P., Sepp E., Kyl’yalg S., Mitsyulyavichene I., Balode A. Enterobacteriacae, producing ESBLs and metallo-β-lactamase NDM-1, isolated in hospitals of Baltic region countries. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2013, vol. 3, no. 1, pp. 29–36 (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2013-1-29-36Каторкин С.Е., Жестков А.В., Суворова Г.Н., Мякишева Ю.В., Лямин А.В., Андреев П.С., Давыдова О.Е., Круглов Е.Е. Комплексная характеристика клинических, патоморфологических, микробиологических особенностей язвенного колита // Военно-медицинский журнал. 2019. Т. 340, № 10. С. 68–71. [Katorkin S.E., Zhestkov A.V., Suvorova G.N., Myakisheva Yu.V., Lyamin A.V., Andreev P.S., Davydova O.E., Kruglov E.E. Complex characteristics of clinical, pathological and microbiological features of ulcerative colitis. Voenno-meditsinskiy zhurnal = Military Medical Journal, 2019, vol. 340, no. 10, pp. 68–71. (In Russ.)]Макарова М.А., Круглов Е.Е., Матвеева З.Н., Зверякина Н.Н., Кафтырева Л.А. Характеристика штаммов Esсherichia coli, выделенных при остром аппендиците и хроническом язвенном колите // Проблемы медицинской микологии. 2020. Т. 22, № 4. С. 66–71. [Makarova M.A., Kruglov E.E., Matveeva Z.N., Zveryakina N.N., Kaftyreva L.A. Characteristics of Escherichia coli strains isolated in acute appendicitis and ulcerative colitis. Problemy meditsinskoi mikologii = Problems in Medical Mycology, 2020, vol. 22, no. 4, pp. 66–71. (In Russ.)] doi: 10.24412/1999-6780-2020-4-66-71Об утверждении стандарта медицинской помощи больным с язвенным колитом (при оказании специализированной помощи): Приказ Минздравсоцразвития России от 8.06.2007 № 406. [On approval of the standard of medical care for patients with ulcerative colitis (in the provision of specialized care): Order of the Ministry of Health and Social Development of Russia dated June 8, 2007 No. 406. (In Russ.)] URL: https://docs.cntd.ru/document/902048232 (31.05.2022)Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам: рекомендации Межрегиональной ассоциации по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии. Версия 2021-01. 222 с. [Assessment of microorganisms sensitivity to antimicrobial agents: Guidelines of the Interregional Association for Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. Version 2021-01. 222 p. (In Russ.)] URL: https://www.antibiotic.ru/minzdrav/category/clinical-recommendations (31.05.2022)Патент № 2758475 Российская Федерация, МПК C12Q 1/68 (2006.01). Способ выявления энтероагрегативных штаммов Escherichia coli из толстой кишки у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника: № 2020140059; заявлено 2020.12.04: опубликовано 2021.10.28 / Круглов Е.Е., Мякишева Ю.В., Викторов Д.А., Соловьев А.В., Лямин А.В., Жестков А.В., Макарова М.А., Кафтырева Л.А. Патентообладатель: Круглов Е.Е. 8 с. [Patent No. 2758475 Russian Federation, Int. Cl. C12Q 1/68 (2006.01). Method for detecting enteroaggregative Escherichia coli strains from the colon in patients with inflammatory bowel diseases. No. 2020140059; application: 2020.12.04: date of publication 2020.12.04 / Kruglov E.E., Myakisheva Yu.V., Viktorov D.A., Solovev A.V., Lyamin A.V., Zhestkov A.V., Makarova M.A., Kaftyreva L.A. Proprietor: Kruglov E.E. 8 p.]Рациональное применение бактериофагов в лечебной и противоэпидемической практике. Федеральные клинические рекомендации. М.: 2014. 39 с. [Rational use of bacteriophages in medical and anti-epidemic practice. Federal clinical guidelines. Moscow, 2014. 39 p. (In Russ.)]Суворова Г.Н., Мякишева Ю.В., Каторкин С.Е., Андреев П.С., Давыдова О.Е., Лямин А.В., Круглов Е.Е., Сухачев П.А. Гистологическая картина и микробный пейзаж при язвенном колите // Вестник новых медицинских технологий. 2018. Т. 25, № 4. С. 170–175. [Suvorova G.N., Myakisheva Yu.V., Katorkin S.E., Andreev P.S., Davydova O.E., Lyamin A.V., Kruglov E.E., Sukhachev P.A. Histology and microbic landscape with ulcerative colitis. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy = Journal of New Medical Technologies, 2018, vol. 25, no. 4, pp. 170–175. (In Russ.)] doi: 10.24411/1609-2163Язвенный колит: Клинические рекомендации. 2020. ID 193. 69 c. [Clinical guidelines «Ulcerative colitis». 2020. ID 193. 69 p. (In Russ.)] URL: https://cr.minzdravс.gov.ru/recomend/193_1 (31.05.2022)Biran D., Sura T., Otto A., Yair Y., Becher D., Ron E. Surviving serum — the E. coli iss gene (increased serum survival) of extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) is required for the synthesis of group 4 capsule. Infect. Immun., 2021, vol. 89, no. 10: e00316-21. doi: 10.1128/IAI.00316-21Bolocan A.S., Callanan J., Forde A., Ross P., Hill C. Phage therapy targeting Escherichia coli-a story with no end? FEMS Microbiol. Lett., 2016, vol. 363, no. 22: fnw256. doi: 10.1093/femsle/fnw256Butler D.A., Rana A.P., Krapp F., Patel S.R., Huang Y., Ozer E.A., Hauser A.R., Bulman Z.P. Optimizing aminoglycoside selection for KPC-producing Klebsiella pneumoniae with the aminoglycoside-modifying enzyme (AME) gene aac(6’)-Ib. J. Antimicrob. Chemother., 2021, vol. 76, no. 3, pp. 671–679. doi: 10.1093/jac/dkaa480Costa R.F.A., Ferrari M.L.A., Bringer M.A., Darfeuille-Michaud A., Martins F.S., Barnich N. Characterization of mucosa-associated Escherichia coli strains isolated from Crohn’s disease patients in Brazil. BMC Microbiol. 2020, vol. 20, no. 1: 178. doi: 10.1186/s12866-020-01856-xDesvaux M., Dalmasso G., Beyrouthy R., Barnich N., Delmas J., Bonnet R. Pathogenicity factors of genomic islands in intestinal and extraintestinal Escherichia coli. Front. Microbiol., 2020, vol. 25, no. 11: 2065. doi: 10.3389/fmicb.2020.02065Huang D.B., Nataro J.P., DuPont H.L., Kamat P.P., Mhatre A.D., Okhuysen P.C., Chiang T. Enteroaggregative Escherichia coli is a cause of acute diarrheal illness: a meta-analysis. Clin. Infect. Dis., 2006, vol. 43, no. 5, pp. 556–563. doi: 10.1086/505869Iablokov S.N., Klimenko N.S., Efimova D.A., Shashkova T., Novichkov P.S., Rodionov D.A., Tyakht A.V. Metabolic phenotypes as potential biomarkers for linking gut microbiome with inflammatory bowel diseases. Front. Mol. Biosci., 2021, no. 7: 603740. doi: 10.3389/fmolb.2020.603740Jenkins C. Enteroaggregative Escherichia coli. Curr. Top. Microbiol. Immunol., 2018, vol. 416, pp. 27–50. doi: 10.1007/82_2018_105Jensen B.H., Olsen K.E., Struve C., Krogfelt K.A., Petersen A.M. Epidemiology and clinical manifestations of enteroaggregative Escherichia coli. Clin. Microbiol. Rev., 2014, vol. 27, no. 3, pp. 614–630. doi: 10.1128/CMR.00112-13Moraes C., Longo J., Silva L.B., Pimenta D.C., Carvalho E., Morone M.S., da Rós N., Serrano S.M.T., Santos A.C.M., Piazza R.M.F., Barbosa A.S., Elias W.P. Surface protein dispersin of enteroaggregative Escherichia coli binds plasminogen that is converted into active plasmin. Front. Microbiol., 2020, no. 11: 1222. doi: 10.3389/fmicb.2020.01222Morin N., Santiago A., Ernst R., Guillot S., Nataro J. Characterization of the AggR regulon in enteroaggregative E. coli. Infect. Immun., 2012, vol. 81, no. 10, pp. 122–132. doi: 10.1128/IAI.00676-12Mousavifar L., Roy R. Recent development in the design of small “drug-like” and nanoscale glycomimetics against Escherichia coli infections. Drug Discov. Today, 2021, vol. 26, no. 9, pp. 2124–2137. doi: 10.1016/j.drudis.2021.02.025Nuesch-Inderbinen M.T., Hofer E., Hächler H., Beutin L., Stephan R. Characteristics of enteroaggregative Escherichia coli isolated from healthy carriers and from patients with diarrhoea. J. Med. Microbiol., 2013, vol. 62, no. 12, pp. 1828–1834. doi: 10.1099/jmm.0.065177-0Prieto A., Bernabeu M., Sánchez-Herrero J.F., Pérez-Bosque A., Miró L., Bäuerl C., Collado C., Hüttener M., Juárez A. Modulation of AggR levels reveals features of virulence regulation in enteroaggregative E. coli. Commun. Biol., 2021, vol. 4, no. 1: 1295. doi: 10.1038/s42003-021-02820-9Shaler C.R., Elhenawy W., Coombes B.K. The unique lifestyle of Crohn’s disease-associated adherent-invasive Escherichia coli. J. Mol. Biol., 2019, vol. 431, no. 16, pp. 2970–2981. doi: 10.1016/j.jmb.2019.04.023Tyakht A.V., Kostryukova E.S., Popenko A.S., Belenikin M.S., Pavlenko A.V., Larin A.K., Karpova I.Y., Selezneva O.V., Semashko T.A., Ospanova E.A., Babenko V.V., Maev I.V., Cheremushkin S.V., Kucheryavyy Y.A., Shcherbakov P.L., Grinevich V.B., Efimov O.I., Sas E.I., Abdulkhakov R.A., Abdulkhakov S.R., Lyalyukova E.A., Livzan M.A., Vlassov V.V., Sagdeev R.Z., Tsukanov V.V., Osipenko M.F., Kozlova I.V., Tkachev A.V., Sergienko V.I., Alexeev D.G., Govorun V.M. Human gut microbiota community structures in urban and rural populations in Russia. Nat. Commun., 2013, no. 4: 2469. doi: 10.1038/ncomms3469Zhang S.L., Wang S.N., Miao C.Y. Influence of microbiota on intestinal immune system in ulcerative colitis and its intervention. Front. Immunol., 2017, no. 8: 1674. doi: 10.3389/fimmu.2017.01674