Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI202210.15789/2220-7619-MGC-2022SHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationMolecular genetic characteristics of Vibrio cholerae nono1/nono139 strain, the causative agent of a new case of acute intestinal infection in Rostov-on-DonМолекулярно-генетическая характеристика штамма Vibrio cholerae nono1/nono139 — возбудителя нового случая острой кишечной инфекции в Ростове-на-Донуhttps://orcid.org/0000-0002-9216-777766033680323091-5680MonakhovaElena V.МонаховаЕлена Владимировна
Russian Federation

PhD, MD (Biology), Senior Researcher, Head Researcher, Department of Microbiology of Cholera and Other Acute Intestinal Infections

д.б.н., старший научный сотрудник, главный научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

monakhova_ev@antiplague.ruKruglikovV. D.КругликовВ. Д.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Head of the Department of Microbiology of Cholera and Other Acute Intestinal Infections

д.м.н., начальник отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

kruglikov_vd@antiplague.ruVodop'yanovA. S.ВодопьяновА. С.
Russian Federation

PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Molecular Biology of Natural Focal and Zoonotic Infections

к.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии природно-очаговых и зоонозных инфекций

vodopyanov_as@antiplague.ruSelyanskayaN. A.СелянскаяН. А.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Researcher, Department of Microbiology of Cholera and Other Acute Intestinal Infections

к.м.н., старший научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

selyanskaya_na@antiplague.ruEzhovaM. I.ЕжоваМ. И.
Russian Federation

Researcher, Department of Microbiology of Cholera and Other Acute Intestinal Infections

научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

mari-ezho@yandex.ruNoskovA. K.НосковА. К.
Russian Federation

PhD (Medicine), Director

к.м.н., директор

noskov-epid@mail.ruRostov-on-Don Research Anti-Plague InstituteФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора2211202230122022126115611620109202221112022Copyright ©; 2022, Monakhova E. ., Kruglikov V.D., Vodop'yanov A.S., Selyanskaya N.A., Ezhova M.I., Noskov A.K.Copyright ©; 2022, Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Селянская Н.А., Ежова М.И., Носков А.К.2022Monakhova E. ., Kruglikov V.D., Vodop'yanov A.S., Selyanskaya N.A., Ezhova M.I., Noskov A.K.Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Селянская Н.А., Ежова М.И., Носков А.К.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/2022

During more than 50 years, a heterogeneous population of Vibrio cholerae non-O1/non-O139 (NAGs) exists in Rostov region of Russia, whose representatives periodically cause acute human intestinal infections; the last case was registered in 2018. In 2022, a sick child was again revealed in Rostov, from whom 2 NAG subcultures were isolated. Aim of the study: bioinformatics analysis of whole genome sequences (WGSs) of the 2022 clinical NAG isolates, genetic determinants of pathogenicity factors and relevant products. Materials and methods. Isolation, identification of cultures, as well as antibiotic sensitivity were carried out according to the MUK 4.2.3745-22. SNP analysis of WGSs obtained on the MiSeq Illumina platform were analyzed by means of designed software; BioEdit 7.2.5, Vector NTI Advance 11 package, CARD database were used to identify and analyze genes and relevant deduced products. Results. The isolated cultures with identical phenotypic features, PCR-genotypes and results of SNP analysis, were identified as a non-toxigenic NAG. The agent showed sensitivity to chloramphenicol, ceftriaxone, streptomycin, gentamicin, nalidixic acid, ciprofloxacin, ampicillin, amikacin and intermediate resistance to tetracycline, doxycycline, furazolidon and co-trimoxazole. WGSs lacked CTX and preCTX prophages, pathogenicity island VPI, thermostable and cholix toxin genes, pandemic islands VSP-I and VSP-II. The determinants of the type 6 secretion system (T6SS) were not presented completely, which evidenced in favor of the loss of its functionality. An intact T3SS cluster was revealed, which was adjacent to the nan-nag region of the VPI-2 pathogenicity island in the absence of the proximal and distal parts of the latter. Other determinants of pathogenicity factors were revealed: RTX cluster responsible for synthesis of MARTX cytotoxin, genes for hemolysin HlyA, cytotonic toxin Cef, several serine and metalloproteases. The nucleotide compositions of most determinants differed from the prototypes, but their putative products preserved characteristic active domains. The adhesive activity might be provided by mannose-insensitive MSHA-like pili, since the msh-cluster included all the genes necessary for their production, as well as flagella, as both clusters responsible for their assembling were 99% identical to the prototype. From antibiotic resistance determinants only β-lactamase VarG gene was found. Conclusion. The NAG strain examined here contains a sufficient set of intact virulence-associated genetic determinants, expression of which could contribute to the development of the disease.

В Ростовской области России более 50 лет существует гетерогенная популяция холерных вибрионов неО1/неО139 (НАГ-вибрионов), представители которой периодически вызывают у людей острые кишечные инфекции; последний случай зарегистрирован в 2018 г., а 2022 г. в Ростове был снова выявлен больной ребенок, от которого выделили 2 субкультуры НАГ-вибриона. Цель исследования: биоинформационный анализ полногеномных сиквенсов (WGSs) выделенного в 2022 г. клинического штамма НАГ-вибриона, генетических детерминант факторов патогенности и продуктов их трансляции in silico. Материалы и методы. Выделение, идентификацию культур, определение антибиотикочуствительности осуществляли согласно МУК 4.2.3745-22, SNP-анализ WGSs, полученных на платформе MiSeq Illumina, — с помощью авторского программного обеспечения, для идентификации и анализа генов и продуктов их трансляции использовали программы BioEdit 7.2.5, Vector NTI Advance 11, базу данных CARD. Результаты. Выделенные культуры, идентичные по фенотипическим признакам и ПЦР-генотипам, результатам SNP-анализа, были идентифицированы как нетоксигенный НАГ-вибрион. Возбудитель проявлял чувствительность к левомицетину, цефтриаксону, стрептомицину, гентамицину, налидиксовой кислоте, ципрофлоксацину, ампициллину, амикацину и промежуточную устойчивость к тетрациклину, доксициклину, фуразолидону, ко-тримоксазолу. В WGSs отсутствовали профаги CTX, preCTX, остров патогенности VPI, гены термостабильного и cholix-токсинов, острова пандемичности VSP-I и VSP-II. Детерминанты системы секреции 6 типа (T6SS) были представлены не в полном составе, что свидетельствовало в пользу утраты ее функциональности. Выявлен интактный кластер T3SS, к которому прилегала область nan-nag острова патогенности VPI-2 при отсутствии проксимальной и дистальной частей последнего. Обнаружены кластер RTX, ответственный за синтез цитотоксина MARTX, гены гемолизина HlyA, цитотонического токсина Cef, нескольких сериновых и металлопротеаз. Большинство детерминант отличались по нуклеотидному составу от прототипов, но их продукты сохраняли характерные активные домены. Адгезивную активность могли обеспечивать не чувствительные к маннозе MSHA-подобные пили, поскольку msh-кластер содержал все необходимые для их продукции гены, а также жгутики, оба ответственных за их образование кластера были на 99% идентичны прототипу. Из детерминант антибиотикорезистентности выявлен только ген β-лактамазы VarG. Заключение. Исследуемый штамм НАГ-вибриона содержит достаточное количество интактных детерминант факторов патогенности, экспрессия которых могла внести свой вклад в развитие заболевания.

Vibrio cholerae nonO1/nonO139 (NAGs)acute intestinal infectionspathogenicity factorsantibiotic susceptibilitywhole genome sequencingbioinformatics analysisхолерные вибрионы нeО1/неО139 (НАГ-вибрионы)острые кишечные инфекциифакторы патогенностиантибиотикочувствительностьполногеномное секвенированиебиоинформационный анализАрхангельская И.В., Кругликов В.Д., Левченко Д.А., Монахова Е.В., Непомнящая Н.Б., Подойницына О.А., Ежова М.И. Клинические штаммы холерных вибрионов неО1/неО139 серогрупп в России: динамика выделения, серологическая принадлежность, генетические особенности // Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2021. Т. 11, № 1. С. 52–56. [Arkhangelskaya I.V., Kruglikov V.D., Levchenko D.A., Monakhova E.V., Nepomnyaschaya N.B., Podoinitsyna O.A., Ezhova M.I. Clinical strains of Vibrio cholerae nonO1/ nonO139 serogroups in Russia: isolation dynamics, serological belonging, genetic features. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni. Aktual’nye voprosy = Epidemiology and Infectious Diseases. Current Items, vol. 11, no. 1, pp. 52–54. (In Russ.)] doi: 10.18565/epidem.2021.11.1.52-6Архангельская И.В., Непомнящая Н.Б., Монахова Е.В., Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Кругликов В.Д. Генетическая неоднородность популяции Vibrio choleraе nonO1/non O139, циркулирующих в Ростовской области // Здоровье населения и среда обитания. 2015. № 3 (264). С. 25–28. [Arkhangelskaya I.V., Nepomnyaschaya N.B., Monakhova E.V., Vodopyanov A.S., Vodopyanov S.О., Kruglikov V.D. Genetic diversity of the population of Vibrio cholerae non-O1/non-O139 circulating in Rostov region. Zdorov’e naseleniya i sreda obitaniya = Public Health and Life Environment, 2015, no. 3 (264), pp. 25–28. (In Russ.)]Бардахчьян Э.А., Монахова Е.В., Харланова Н.Г., Саямов С.Р., Писанов Р.В. Ультраструктурные изменения тонкой кишки мышей-сосунков, вызванные действием гемагглютинин/протеазы холерных вибрионов // Бюллетень экпериментальной биологии и медицины. 2008. Т. 145, № 4. С. 475–480. [Bardakchian E.A., Monakhova E.V., Kharlanova N.G., Sayamov S.R., Pisanov R.V. Ultrastructural changes in the small intestine of suckling mice, caused by Vibrio cholerae hemagglutinin/protease. Byulleten’ ekperimental’noi biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2008, vol. 145, no. 4, pp. 475–480. (In Russ.)]Водопьянов А.С., Писанов Р.В., Водопьянов С.О., Мишанькин Б.Н., Олейников И.П., Кругликов В.Д., Титова С.В. Молекулярная эпидемиология Vibrio cholerae — разработка алгоритма анализа данных полногеномного секвенирования // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2016, № 3. С. 146–152. [Vodopyanov A.S., Pisanov R.V., Vodopyanov S.O., Mishankin B.N., Oleynikov I.P., Kruglikov V.D., Titova S.V. Molecular epidemiology of Vibrio cholerae — development of the algorithm for data analysis of whole genome sequencing. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni = Epidemiology and Infectious Diseases, 2016, vol. 21, no. 3, pp. 146–152. (In Russ.)] doi: 10.17816/EID40917Заднова С.П., Плеханов Н.А., Кульшань Т.А., Швиденко И.Г., Крицкий А.А. Система секреции шестого типа Vibrio cholerae // Проблемы особо опасных инфекций. 2022. № 2. С. 27–35. [Zadnova S.P., Plekhanov N.A., Kul’shan’ T.A., Shvidenko I.G., Kritsky A.A. Vibrio cholerae secretion system of the type VI. Problemy osobo opasnykh infektsii = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2022, no. 2, pp. 27–35. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2022-2-27-35Методы лабораторной диагностики холеры: Методические указания МУК 4.2.3745-22. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2022. [Methods of laboratory diagnosis of cholera: Guidelines MUK 4.2.2218-07. Moscow: Federal Center for Hygiene and Epidemiology of Rospotrebnadzor, 2022. (In Russ.)]Монахова Е.В., Архангельская И.В. Холерные вибрионы неО1/неО139 серогрупп в этиологии острых кишечных инфекций: современная ситуация в России и в мире // Проблемы особо опасных инфекций. 2016. № 2. С. 14–23. [Monakhova E.V., Arkhangelskaya I.V. Cholera vibrios of nonO1/nonO139 serogroups in etiology of acute intestinal infections: current situation in Russia and around the world. Problemy osobo opasnykh infektsii = Problems of Particularly Dangerous Infections, 2016, no. 2, pp. 14–23. (In Russ.)] doi: 10.21055/0370-1069-2016-2-14-23Селянская Н.А., Веркина Л.М., Березняк Е.А., Титова С.В., Железняк Н.Г., Архангельская И.В. Сравнительная оценка антибиотикорезистентности штаммов V. cholerae nonО1/nonО139, выделенных от людей в Ростовской области в разные годы // Эпидемиология и инфекционные болезни. 2015. Т. 20, № 3. С. 32–35. [Selyanskaya N.А., Verkina L.М., Bereznyak Е.А., Titova S.V., Zheleznyak N.G., Arkhangelskaya I.V. Comparative study of antibiotic resistance of V. cholerae nonО1/nonО139 strains isolated from humans in the Rostov region in various years. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni = Epidemiology and Infectious Diseases, 2015, vol. 20, no. 3, pp. 32–35. (In Russ.)] doi: 10.17816/EID40875Almagro-Moreno S., Boyd E.F. Sialic acid catabolism confers a competitive advantage to pathogenic Vibrio cholerae in the mouse intestine. Infect. Immun., 2009, vol. 77, no. 9, pp. 3807–3816. doi: 10.1128/IAI.00279-09Chen Y., Johnson J.A., Pusch G.D., Morris J.G. Jr., Stine O.C. The genome of non-O1 Vibrio cholerae NRT36S demonstrates the presence of pathogenic mechanisms that are distinct from those of O1 Vibrio cholerae. Infect. Immun., 2007, vol. 75, no. 5, pp. 2645–2647. doi: 10.1128/IAI.01317-06Monakhova E.V., Arkhangelskaya I.V., Titova S.V., Pisanov R.V. MSHA-like pili of non-toxigenic Vibrio choleraе strains. Problems of Particularly Dangerous Infections, 2019, no. 3, pp. 52–57. doi: 10.21055/0370-1069-2019-3-75-80Mondal A., Tapader R., Chatterjee N.S., Ghosh A., Sinha R., Koley H., Saha D.R., Chakrabarti M.K., Wai S.N., Pal A. Cytotoxic and inflammatory responses induced by outer membrane vesicle-associated biologically active proteases from Vibrio cholerae. Infect. Immun., 2016, vol. 84, no. 5, pp. 1478–1490. doi: 10.1128/IAI.01365-15Shin O.S., Tam V.C., Suzuki M., Ritchie J.M., Bronson R.T., Waldor M.K., Mekalanos J.J. Type III secretion is essential for the rapidly fatal diarrheal disease caused by non-O1, non-O139 Vibrio cholerae. mBio, 2011, vol. 2, pp. e00106–e00111. doi: 10.1128/mBio.00106-11Utada A.S., Bennett R.R., Fong J.C.N., Gibiansky M.L., Yildiz F.H., Golestanian R., Wong G.C.L. Vibrio cholerae use pili and flagella synergistically to effect motility switching and conditional surface attachment. Nat. Commun., 2014, vol. 5: 4913. doi: 10.1038/ncomms5913Zeb S., Shah M.A., Yasir M., Awan H.M., Prommeenate P., Klanchui A., Wren B.W., Thomson N., Bokhari H. Type III secretion system confers enhanced virulence in clinical non-O1/non-O139 Vibrio cholerae. Microb. Pathog., 2019, vol. 135: 103645. doi: 10.1016/j.micpath.2019.103645