Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI82510.15789/2220-7619-2018-4-441-446MOLECULAR BASES OF EPIDEMIOLOGY, DIAGNOSTICS, PREVENTION AND TREATMENT OF INFECTIOUS DISEASESМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ЭПИДЕМИОЛОГИИ, ДИАГНОСТИКИ, ПРОФИЛАКТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ АКТУАЛЬНЫХ ИНФЕКЦИЙGENETIC DIVERSITY OF MYCOBACTERIUM AVIUM subsp. HOMINISSUIS STRAINS ISOLATED IN ITALY BASED ON VNTR LOCI ANALYSISГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ШТАММОВ MYCOBACTERIUM AVIUM subsp. HOMINISSUIS, ВЫДЕЛЕННЫХ В ИТАЛИИ, НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЛОКУСОВ VNTRMenichiniM.МеникиниМ.
Italy

Junior Researcher, Department of Translational Research

младший научный сотрудник отдела трансляционных исследований и новых технологий в медицине и хирургии

GenuaF.ДженуаФ.
Italy

Junior Researcher, Department of Translational Research

младший научный сотрудник отдела трансляционных исследований и новых технологий в медицине и хирургии

LariN.ЛариН.
Italy

Graduate Technician, Department of Translational Research

технический специалист отдела трансляционных исследований и новых технологий в медицине и хирургии

RindiL.РиндиЛ.
Italy

PhD, Department of Translational Research

Via San Zeno, 35/39, 56127 Phone: +39 050 2213688. Fax: +39 050 2213682

профессор отдела трансляционных исследованийи новых технологий в медицине и хирургии

Виа Сан Зено, 35/39, 56127

Тел.: +39 050 2213688. Факс: +39 050 2213682

laura.rindi@med.unipi.itUniversità di Pisa, PisaУниверситет Пизы, г. Пиза301220188444144614122018Copyright ©; 2018, Menichini M., Genua F., Lari N., Rindi L.Copyright ©; 2018, Меникини М., Дженуа Ф., Лари Н., Ринди Л.2018Menichini M., Genua F., Lari N., Rindi L.Меникини М., Дженуа Ф., Лари Н., Ринди Л.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/825

Abstract. Background. Mycobacterium avium subsp. hominissuis (MAH) is an important pathogen responsible for most of the human-associated nontuberculous mycobacteria infections. Over the past few decades the incidence of MAH infections is increasing in Italy, as in many countries worldwide. The present study is aimed to elucidate the genetic characteristics of MAH strains isolated from human patients using VNTR typing and to show the genetic relatedness among them. Methods. The genetic diversity of 108 human isolates of MAH was determined by VNTR analysis targeting 8 loci, coded 32, 292, X3, 25, 3, 7, 10 and 47. Results. The VNTR analysis revealed 25 distinct VNTR patterns; of these, 13 patterns were unique, while 12 patterns were shared by 2 or more isolates, thus yielding 12 clusters including a total of 95 isolates. The discriminatory power of our VNTR analysis yielded an HGDI of 0.990, indicating that VNTR typing has an excellent discriminatory power. No association of a particular VNTR pattern with a particular clinical feature, such as the disseminated, pulmonary or extrapulmonary type of infection, was observed. Minimum spanning tree analysis showed that 21 VNTR patterns, occurring either as clustered or unique isolates, differed from the nearest one for one allelic variation. Conclusions. The results obtained through the VNTR analysis showed that most MAH strains displayed a close genetic relationship. This high phylogenetic proximity of the VNTR loci over a long time period supports the concept that the MAH genotype is highly homogeneous in our geographical area, suggesting the hypothesis of the presence of possible sources of infection and transmission pathways at the local level.

Резюме. Mycobacterium avium subsp. hominissuis является наиболее актуальным возбудителем микобактериоза человека. За последние несколько десятилетий в Италии заболеваемость микобактериозом M. avium subsp. hominissuis растет, как и во многих странах мира. Целью исследования была молекулярно-генетическая характеристика и оценка генетического родства штаммов M. avium subsp. hominissuis, выделенных от больных микобактериозом в Италии, с использованием VNTR (variable number of tandem repeats)-типирования. Аллельный полиморфизм 108 штаммов M. avium subsp. hominissuis оценивали методом VNTR-типирования по 8 локусам — 32, 292, X3, 25, 3, 7, 10 и 47. С помощью VNTR-типирования было выявлено 25 вариантов VNTRтипов; из них 13 профилей были уникальными, а 12 профилей представлены кластерами (включающими 2 и более изолятов), в состав которых входило 95 изолятов. Дискриминирующая способность VNTRтипирования (индекс Хантера–Гастона, Hunter Gaston discriminatory index) составила 0.990, что указывает на высокую дискриминирующую способность использованной схемы VNTR. Связи между профилем VNTR и клинической формой микобактериоза (генерализованная, легочная или внелегочная) не обнаружено. Анализ минимального связывающего дерева профилей VNTR показал, что 21 VNTR-тип (как уникальные изоляты, так и кластеры двух и более изолятов) входили в единый клональный комплекс в котором соседние узлы различались по одному локусу. Полученные результаты VNTR-типирования выявили близкое родство изученных штаммов M. avium subsp. hominissuis. Высокий уровень филогенетического родства по локусам VNTR для штаммов, выделенных в течение длительного периода, подтверждает концепцию о том, что M. avium subsp. hominissuis очень гомогенен в нашей географической области в Италии, что, в свою очередь, подкрепляет гипотезу о наличии возможных источников инфекции и путей ее передачи на местном уровне.

Mycobacterium aviumpopulation structureItalyVNTR locimycobacteriosisMycobacterium aviumструктура популяцииИталиялокусы VNTRмикобактериозThis work was financially supported by the University of Pisa, grant “Fondi di Ateneo, 2016”.This work was financially supported by the University of Pisa, grant “Fondi di Ateneo, 2016”.1. Griffith D.E., Aksamit T., Brown-Elliott B.A., Catanzaro A., Daley C., Gordin F., Holland S.M., Horsburgh R., Huitt G., Iademarco M.F., Iseman M., Olivier K., Ruoss S., von Reyn C.F., Wallace R.J. Jr, Winthrop K. An official ATS/IDSA statement: diagnosis, treatment, and prevention of nontuberculous mycobacterial diseases. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2007, vol. 175, pp. 367–416. doi: 10.1164/rccm.200604-571ST2. Hunter P.R., Gaston M.A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson’s index of diversity. J. Clin. Microbiol., 1988, vol. 26, pp. 2465–2466.3. Ichikawa K., van Ingen J., Koh W.J., Wagner D., Salfinger M., Inagaki T., Uchiya K.I., Nakagawa T., Ogawa K., Yamada K., Yagi T. Genetic diversity of clinical Mycobacterium avium subsp. hominissuis and Mycobacterium intracellulare isolates causing pulmonary diseases recovered from different geographical regions. Infect. Genet. Evol., 2015, vol. 36, pp. 250–255. doi: 10.1016/j.meegid.2015.09.0294. Imperiale B.R., Moyano R.D., Di Giulio A.B., Romero M.A., Alvarado Pinedo M.F., Santangelo M.P., Traveria G.E., Morbillo N.S., Romano M.I. Genetic diversity of Mycobacterium avium complex strains isolated in Argentina by MIRU-VNTR. Epidemiol. Infect., 2017, vol. 145, pp. 1382–1391. doi: 10.1017/S09502688170001395. Inagaki T., Nishimori K., Yagi T., Ichikawa K., Moriyama M., Nakagawa T., Shibayama T., Uchiya K., Nikai T., Ogawa K. Comparison of a variable-number tandem-repeat (VNTR) method for typing Mycobacterium avium with mycobacterial interspersed repetitive-unit-VNTR and IS1245 restriction fragment length polymorphism typing. J. Clin. Microbiol., 2009, vol. 47, pp. 2156–2164. doi: 10.1128/JCM.02373-086. Iwamoto T., Nakajima C., Nishiuchi Y., Kato T., Yoshida S., Nakanishi N., Tamaru A., Tamura Y., Suzuki Y., Nasu M. Genetic diversity of Mycobacterium avium subsp. hominissuis strains isolated from humans, pigs, and human living environment. Infect. Genet. Evol., 2012, vol. 12, pp. 846–852. doi: 10.1016/j.meegid.2011.06.0187. Kalvisa A., Tsirogiannis C., Silamikelis I., Skenders G., Broka L., Zirnitis A., Jansone I., Ranka R. MIRU-VNTR genotype diversity and indications of homoplasy in M. avium strains isolated from humans and slaughter pigs in Latvia. Infect. Genet. Evol., 2016, vol. 43, pp. 15–21. doi: 10.1016/j.meegid.2016.05.0138. Muwonge A., Oloya J., Kankya C., Nielsen S., Godfroid J., Skjerve E., Djønne B., Johansen T.B. Molecular characterization of Mycobacterium avium subspecies hominissuis isolated from humans, cattle and pigs in the Uganda cattle corridor using VNTR analysis. Infect. Genet. Evol., 2014, vol. 21, pp. 184–191. doi: 10.1016/j.meegid.2013.11.0129. Nishiuchi Y., Iwamoto T., Maruyama F. Infection sources of a common non-tuberculous mycobacterial pathogen, Mycobacterium avium complex. Front. Med., 2017, vol. 4: 27. doi: 10.3389/fmed.2017.0002710. Pate M., Kušar D., Zolnir-Dovč M., Ocepek M. MIRU-VNTR typing of Mycobacterium avium in animals and humans: heterogeneity of Mycobacterium avium subsp. hominissuis versus homogeneity of Mycobacterium avium subsp. avium strains. Res. Vet. Sci., 2011, vol. 91, pp. 376–381. doi: 10.1016/j.rvsc.2010.10.00111. Prevots D.R., Marras T.K. Epidemiology of human pulmonary infection with nontuberculous mycobacteria: a review. Clin. Chest Med., 2015, vol. 36, pp. 13–34. doi: 10.1016/j.ccm.2014.10.00212. Radomski N., Thibault V.C., Karoui C., de Cruz K., Cochard T., Gutiérrez C., Supply P., Biet F., Boschiroli M.L. Determination of genotypic diversity of Mycobacterium avium subspecies from human and animal origins by mycobacterial interspersed repetitive-unit-variable-number tandem-repeat and IS1311 restriction fragment length polymorphism typing methods. J. Clin. Microbiol., 2010, vol. 48, pp. 1026–1034. doi: 10.1128/JCM.01869-0913. Rindi L., Garzelli C. Genetic diversity and phylogeny of Mycobacterium avium. Infect. Genet. Evol., 2014, vol. 21, pp. 375–383. doi: 10.1016/j.meegid.2013.12.00714. Rindi L., Garzelli C. Increase in non-tubercolous mycobacteria isolated from humans in Tuscany, Italy, from 2004 to 2014. BMC Infect. Dis., 2016, vol. 16: 44. doi: 10.1186/s12879-016-1380-y15. Selander R.K., Caugant D.A., Ochman H., Musser J.M., Gilmour M.N., Whittam T.S. Methods of multilocus enzyme electrophoresis for bacterial population genetics and systematics. Appl. Environ. Microbiol., 1986, vol. 51, pp. 873–884.16. Shin S.J., Lee B.S., Koh W.J., Manning E.J., Anklam K., Sreevatsan S., Lambrecht R.S., Collins M.T. Efficient differentiation of Mycobacterium avium complex species and subspecies by use of five-target multiplex PCR. J. Clin. Microbiol., 2010, vol. 48, pp. 4057–4062. doi: 10.1128/JCM.00904-1017. Thibault V.C., Grayon M., Boschiroli M.L., Hubbans C., Overduin P., Stevenson K., Gutierrez M.C., Supply P., Biet F. New variable number tandem-repeat markers for typing Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis and M. avium strains: comparison with IS900 and IS1245 restriction fragment length polymorphism typing. J. Clin. Microbiol., 2007, vol. 45, pp. 2404–2410. doi: 10.1128/JCM.00476-0718. Tirkkonen T., Pakarinen J., Rintala E., Ali-Vehmas T., Marttila H., Peltoniemi O.A., Mäkinen J. Comparison of variable-number tandem-repeat markers typing and IS1245 restriction fragment length polymorphism fingerprinting of Mycobacterium avium subsp. hominissuis from human and porcine origins. Acta Vet. Scand., 2010, vol. 52: 21. doi: 10.1186/1751-0147-52-2119. Tortoli E. Clinical manifestation of nontuberculous mycobacteria infections. Clin. Microbiol. Infect., 2009, vol. 15, pp. 906–910. doi: 10.1111/j.1469-0691.2009.03014.x20. Turenne C.Y., Wallace R. Jr, Behr M.A. Mycobacterium avium in the postgenomic era. Clin. Microbiol. Rev., 2007, vol. 20, pp. 205–229. doi: 10.1128/CMR.00036-0621. Yano H., Iwamoto T., Nishiuchi Y., Nakajima C., Starkova D.A., Mokrousov I., Narvskaya O., Yoshida S., Arikawa K., Nakanishi N., Osaki K., Nakagawa I., Ato M., Suzuki Y., Maruyama F. Population structure and local adaptation of MAC lung disease agent Mycobacterium avium subsp. hominissuis. Genome Biol. Evol., 2017, vol. 9, pp. 2403–2417. doi: 10.1093/gbe/evx183