Email this article Genetic profile of carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii strains
- Authors: Alekseeva A.E.1, Brusnigina N.F.1, Makhova M.A.1
-
Affiliations:
- I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod
- Issue: Vol 14, No 4 (2024)
- Pages: 681-689
- Section: ORIGINAL ARTICLES
- Submitted: 11.04.2024
- Accepted: 13.08.2024
- Published: 31.10.2024
- URL: https://iimmun.ru/iimm/article/view/17637
- DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-GPO-17637
- ID: 17637
Cite item
Full Text
Abstract
The purpose of the research: the molecular genetic characteristic of A. baumannii carbapenem-resistant strains, including clonal affiliation, resistome and virulome pattern analysis, description of genetic environment resistance determinants, comparative genetic analysis, and assessment of phylogenetic relationships are presented in the work. The studied A. baumannii strains belonged to sequence types ST2Pas/ST2062.2063Oxf (n = 5) and ST78Pas/ST1757Oxf (n = 2). The nucleotide sequences of the studied A. baumannii ST2Pas/ST2062.2063Oxf strains were grouped into a single cluster according to phylogenetic analysis. And the sequences of the A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains were combined with the nucleotide sequence of the A. baumannii AbCTX5 strain, isolated in France in 2015. The presence of intrinsic (OXA-51-like) and acquired carbapenemases genes was shown in A. baumannii strains. In particular, blaOXA-23 are identified in members of ST2Pas/ST2062.2063Oxf, and in A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains — blaOXA-72 as part of the plasmid DNA. The A. baumannii ST78Pas strains possessed additional extended-spectrum beta-lactamase genes. Тhe CTX-M-115 cephalosporinase gene are present in both strains, and the A. baumannii strain NNAb_2023.3 has the blaCARB-16 gene. Most A. baumannii strains are characterized by the presence of acquired genes for enzymatic modification of macrolides (mph(E), msr(E)), chloramphenicols (catB8), aminoglycosides (aadA, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aph(3')-Ia, armA). A comparative analysis showed that in A. baumannii ST2Pas/ST2062.2063Oxf strains the resistance determinants to macrolides and aminoglycosides are located in the Tn6279-like transposon, and the aminoglycosidases genes aph(3'')-Ib, aph(6)-Id are associated with the IS91-like mobile element. In A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf strains, resistance genes to aminoglycosides, macrolides, sulfonamides, and beta-lactamase genes are grouped in a region from 60 to 80 Kb long between the glmS and hutC genes. The presence of mutations in the gyrA and parC genes associated with resistance to fluoroquinolones were characterized in all A. baumannii strains. Thus, new knowledge about the genetic profile of carbapenem-resistant A. baumannii strains representing epidemically significant international clonal lineage has been obtained.
Keywords
Full Text
Введение
Представители вида Acinetobacter baumannii, характеризующиеся устойчивостью к карбапенемам, являются актуальными возбудителями инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи [20]. В 2009 г. Американским обществом инфекционистов они включены в так называемый список ESKAPE, объединяющий представителей проблемных условно-патогенных микроорганизмов — возбудителей нозокомиальных и внебольничных инфекций [6]. A. baumannii являются этиологическим агентом инфекций дыхательных путей (вентилятор-ассоциированная пневмония), системы кровотока, мочевыделительной системы, раневых поверхностей, а также центральной нервной системы [6, 7, 8, 9, 19, 20]. Согласно сведениям российской он-лайн платформы AMRmap (https://amrmap.ru) [1], в 2021 г. штаммы A. baumannii были зарегистрированы в качестве этиологических агентов инфекционных заболеваний в 8,39% случаев.
Известно, что бактерии A. baumannii обладают природной устойчивостью к антибиотикам различных классов и основными препаратами этиотропной терапии ацинетобактерной инфекции являются карбапенемы. В последние два десятилетия наблюдается увеличение частоты встречаемости клональных линий штаммов A. baumannii, характеризующихся устойчивостью к карбапенемам, что является серьезной клинической проблемой в глобальном масштабе [7, 8, 9, 19]. Многочисленные исследования последних лет показали, что наибольшее эпидемическое распространение получили карбапенем-устойчивые штаммы A. baumannii, относящиеся к нескольким определенным клональным линиям (они получили название всемирных эпидемических клонов international clones — IC) и ассоциированные с госпитальными инфекциями [9, 23]. В настоящее время выделяют девять глобальных клональных линий (IC1–IC9), среди которых доминирующими являются штаммы, относящиеся к первым трем международным клональным линиям, а абсолютное лидерство принадлежит представителям IC2 [9, 23].
Использование полногеномного секвенирования позволяет получить расширенную молекулярно-характеристику карбапенем-устойчивых штаммов A. baumannii, определить их клональную принадлежность, охарактеризовать структуру резистома и вирулома, изучить генетическое окружение детерминант устойчивости, провести сравнительный генетический анализ, определить филогенетические связи.
Материалы и методы
Объектом исследования являлись семь карбапенемустойчивых штаммов A. baumannii, полученных от пациентов, находящихся на стационарном лечении в медицинских организациях г. Нижнего Новгорода. Антибиотикограмма штаммов A. baumannii представлена в табл. 1.
Таблица 1. Антибиотикограмма штаммов A. baumannii
Table 1. A. baumannii strain antibiogram
Антибактериальный препарат Antibiotic agents | Штамм A. baumannii A. baumannii strain | ||||||
NNAb_1 | NNAb_2022.1 | NNAb_2023.1 | NNAb_2023.2 | NNAb_2023.3 | NNAb_2023.4 | NNAb_2023.5 | |
Амикацин/Amikacin | R | R | R | R | R | R | R |
Гентамицин/Gentamicin | R | R | R | R | R | R | R |
Тобрамицин/Tobramycin | R | R | R | R | R | R | R |
Ципрофлоксацин/Ciprofloxacin | R | R | R | R | R | R | R |
Левофлоксацин/Levofloxacin | R | R | R | R | R | R | R |
Имипенем/Imipenem | R | R | R | R | R | R | R |
Меропенем/Meropenem | R | R | R | R | R | R | R |
Дорипенем/Doripenem | R | R | R | R | R | R | R |
Триметоприм/сульфаметоксазол Trimethoprim/sulfamethoxazole | R | R | R | R | R | R | R |
Полимиксин Е (колистин) Polymyxin E (colistin) | S | S | S | S | S | S | S |
Для выделения ДНК использовали набор «АмплиПрайм ДНКсорб-В» (ЦНИИЭ Роспотребнадзора, Россия). Подготовку ДНК-библиотеки для секвенирования осуществляли с использованием набора ShotGun «SG GM» (Raissol, Россия) и комплекта индексированных праймеров для двойного баркодирования (Raissol, Россия). Секвенирование проводили на приборах «iSeq 100» (Illumina, США) и «GenoLab M» (GeneMind Biosciences Co., Китай). Выравнивание и cборку нуклеотидных последовательностей de novo осуществляли с использованием web-сервиса Assembly (https://www.bv-brc.org/app/Assembly2) и программного обеспечения SPAdes версия v3.13.0. Аннотирование геномных последовательностей штаммов A. baumannii проводили с использованием сервиса Prokaryotic Genome Annotation Pipeline (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/annotation_prok). С помощью сервисов базы данных Acinetobacter baumannii typing database (https://pubmlst.org/bigsdb?db = pubmlst_abaumannii_seqdef) осуществляли типирование штаммов по схеме MLST. Для поиска детерминант патогенности и резистентности использовали поисковые сервисы базы данных Virulence Factor of Pathogenic Bacteria (http://www.mgc.ac.cn/VFs) и Resistance Gene Identifier (https://card.mcmaster.ca/analyze/rgi). Определение мобильных элементов, ассоциированных с детерминантами резистентности, осуществляли с помощью web-сервисов IS-finder (https://www-is.biotoul.fr) и VRprofile2 (https://tool2-mml.sjtu.edu.cn/VRprofile/home.php). C использованием сервиса BLASTN проводили поиск гомологичных нуклеотидных последовательностей.
Web-сервис REALPHY (https://realphy.unibas.ch/realphy) использовали для выравнивания нуклеотидных последовательностей геномов штаммов A. baumannii. Построение дендрограмм проводили с помощью программы MEGA 7.0.26 [17] алгоритм Neighbor joining с бутсрап поддержкой 100 повторов.
Результаты
Общая структура генома исследуемых штаммов A. baumannii, полученная в результате биоинформатического анализа результатов полногеномного секвенирования, представлена в табл. 2.
Таблица 2. Общая структура генома штаммов A. baumannii
Table 2. Genome pattern of A. baumannii strains
Показатели Feature | Штамм A. baumannii A. baumannii strain | ||||||
NNAb_1 | NNAb_2022.1 | NNAb_2023.1 | NNAb_2023.2 | NNAb_2023.3 | NNAb_2023.4 | NNAb_2023.5 | |
Размер генома, тыс. п.н. Genome size, kb | 4 008 | 4 012 | 3 878 | 3 955 | 3 993 | 4 030 | 3 978 |
Количество белок-кодирующих последовательностей Number of protein-coding sequences | 3 849 | 3 841 | 3 663 | 3 777 | 3 756 | 3 863 | 3 765 |
Количество тРНК Number of tRNA | 58 | 55 | 80 | 74 | 67 | 68 | 72 |
Количество рРНК Number of rRNA | 3 | 3 | 6 | 4 | 4 | 4 | 5 |
Количество профагов Number of prophages | 5 | 5 | 5 | 4 | 7 | 6 | 6 |
Плазмида, тыс. п.н. Plasmid, kb | 11 | 15 | 11 | 11 | 15 | 14 | 11 |
64,4 | 62,5 | ||||||
Сиквенс-тип (схема Pasteur/схема Oxford) Sequence type (Pasteur scheme/Oxford scheme) | 2/2062,2063 | 78/1757 | 2/2062,2063 | 2/2062,2063 | 78/1757 | 2/2062,2063 | 2/2062,2063 |
Международная клональная линия International clonal lineage (IC) | 2 | 6 | 2 | 2 | 6 | 2 | 2 |
KL-тип KL-type | 235 | 130 | 235 | – | 130 | 235 | 235 |
OCL-тип OCL-type | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
В результате типирования по схемам МLST установлено, что два штамма принадлежат сиквенс-типу (ST) 78Pas (схема Pasteur) [9] и 1757Oxf (схема Oxford) [4]. Другие пять штаммов по схеме Pasteur принадлежат ST2, а по схеме Oxford одновременно принадлежат двум ST (2062, 2063), поскольку в геноме обнаружились две копии гена gdhB, кодирующего дегидрогеназу В, с разными аллельными вариантами.
Проведен филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей генома штаммов A. baumannii, принадлежащих генотипу ST2Pas/ST2062,2063Oxf (рис. 1А). Установлено, что все исследуемые штаммы группируются в один кластер с высокой степенью поддержки, в который входит также штамм, выделенный от больного в г. Нижний Новгород в 2022 г. На соседней ветке располагаются штаммы, выделенные в Москве в 2019–2018 гг. [12].
Рисунок 1. Филогенетическое дерево, построенное по алгоритму Neighbor joining, на основе анализа нуклеотидных последовательностей генома штаммов A. baumannii, принадлежащих ST2Pas/ST2062,2063Oxf (A) и ST78Pas/CC944Oxf (Б)
Дендрограмма нуклеотидных последовательностей штаммов A. baumannii ST78Pas и клонального комплекса (CC) 944Oxf представлена на рис. 1Б. Согласно полученным данным, исследуемые штаммы A. baumannii образуют единый кластер со штаммом A. baumannii AbCTX5 (CP060505.1), выделенным во Франции в 2015 г. [22] и относящимся к ST78Pas/1757Oxf.
С использованием сервиса BLASTN у исследуемых штаммов A. baumannii были определены контиги, принадлежащие плазмидной ДНК. Так, у всех исследуемых штаммов A. baumannii присутствуют последовательности pAB120-подобной (CP031446.1) плазмиды, у двух штаммов A. baumannii выявлены последовательности второй pACICU2-подобной (CP031382.1) плазмиды. Согласно схеме типирования плазмид A. baumannii, предложенной Bertini A. и соавт., 2010 [13], данные плазмиды относятся к типам GR2 и GR6 соответственно.
Структуры CRISPR отсутствовали у всех исследуемых штаммов A. baumannii, что является характерной особенностью бактерий данного вида. Так, исследования Yadav G. и соавт. [27] показали, что последовательностями CRISPR могут обладать около 14% штаммов A. baumannii.
В табл. 3 представлены генетические маркеры резистентности, выявленные в структуре генома исследуемых штаммов A. baumannii. Согласно полученным результатам, все штаммы A. baumannii обладают собственными генами бета-лактамаз, относящихся к группе ADC-цефалоспориназ, а также ОXA-51-подобных карбапенемаз.
Таблица 3. Генетические маркеры устойчивости штаммов A. baumannii
Table 3. Resistance genetic markers in A. baumannii strains
Штамм Strain | Детерминанты устойчивости/Determinants of resistance | ||||
собственные/natural | приобретенные/acquired | Мутации в хромосомных генах Mutations in chromosomal genes | |||
модификация АБ AB modification | системы эффлюкса efflux systems | модификация АБ AB modification | системы эффлюкса efflux systems | ||
NNAb_1 | blaADC-30, blaOXA-66, ant(3'')-IIс | Семейство RND — adeACFGHIJKLNR; Семейство MATE — pmpM; Семейство MFS — amvA, abaFQ; Семейство ABC — soxR; Семейство SMR — abeS | blaOXA-23 aadA, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aph(3')-Ia, mph(E), msr(E), armA, sul1, sul2, catB8, arr-2 | сmlA5 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) |
NNAb_2022.1 | blaADC-152, blaOXA-90, ant(3'')-IIс | blaOXA-72, blaCTX-M-115, mph(E), msr(E), armA, sul1 | qacEdelta1 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) | |
NNAb_2023.1 | blaADC-30, blaOXA-66, ant(3'')-IIс | blaOXA-23, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aadA1, mph(E), msr(E), armA, sul1, sul2, catB8, arr-2 | сmlA5, qacEdelta1 | ||
NNAb_2023.2 | blaADC-30, blaOXA-66, ant(3'')-IIс | blaOXA-23, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aadA1, mph(E), msr(E), armA, sul1, sul2, catB8, arr-2 | сmlA5, qacEdelta1 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) | |
NNAb_2023.3 | blaADC-152, blaOXA-90, ant(3'')-IIс | blaOXA-72, blaCTX-M-115, blaCARB-16, aac(6')-Ian, aph(3')-Ia, aadA5, mph(E), msr(E), armA, sul1 | cmlA5, floR, qacEdelta1 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) | |
NNAb_2023.4 | blaADC-30, blaOXA-66, ant(3'')-IIс | blaOXA-23, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aadA1, mph(E), msr(E), armA, sul1, sul2, catB8, arr-2 | cmlA5, qacEdelta1 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) | |
NNAb_2023.5 | blaADC-30, blaOXA-66, ant(3'')-IIс | blaOXA-23, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aadA1, mph(E), msr(E), armA, sul1, sul2, catB8, arr-2 | cmlA5, qacEdelta1 | gyrA (S83I), parC (S84L, V104I, D105E) | |
Примечание. АБ — антибактериальный препарат.
Note. AB is an antibiotic.
Для исследуемых штаммов A. baumannii характерно наличие приобретенных генов бета-лактамаз и ферментов, связанных с модификацией макролидов (mph(E), msr(E)), хлорамфениколов (catB8), аминогликозидов (aadA, aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, aac(6')-Ib, aph(3')-Ia, armA), сульфаниламидов (sul1, sul2).
С помощью сервисов VRprofile2 и BLAST у исследуемых штаммов A. baumannii, принадлежащих ST2Pas, определены нуклеотидные последовательности, несущие гены антибиотикорезистентности, которые являются высокогомологичными последовательности композитного транспозона Tn6279 (KT317075.1) [15]. Также установлено, что у штаммов A. baumannii сиквенс-типа 2 гены aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, sul2 ассоциированы с IS91-подобным мобильным элементом, относящимся к группе ISCR2 (aph(3'')-Ib→aph(6)-Id→ISCR2→sul2). Кассетную организацию также имеют гены cmlA5 и arr2, которые расположены в составе короткого контига. Следует отметить, что у представителей A. baumannii ST2Pas детерминанты резистентности в структуре плазмидной ДНК выявлены не были.
У штаммов A. baumannii ST78Pas гены устойчивости макролидам, аминогликозидам, сульфаниламидам также ассоциированы с мобильными инсерционными элементами и образуют следующую генетическую структуру: mph(E)→msr(E)→ISEc29→armA→∆IS5→IS91-like→ sul1→qacE∆1, у штамма A. baumannii NNAb_2023.3 после гена qacE∆1 присутствует дополнительно ген аминогликозидазы aadA5. В структуре резистома штаммов A. baumannii ST78Pas определен ген blaCTX-M-115, перед которым расположены последовательности ISKpn26 и ∆ISEcp1. У штамма A. baumannii NNAb_2023.3 в нуклеотидной последовательности генома также присутствует ген blaCARB-16. Последний расположен в составе короткого контига, в последовательности которого мобильные элементы отсутствуют.
Анализ структуры плазмидной ДНК штаммов A. baumannii ST78Pas показал наличие гена карбапенемазы blaOXA-72.
У всех исследуемых штаммов A. baumannii выявлены мутации в генах gyrA и parC, ассоциированных с устойчивостью к фторхинолонам.
В структуре вирулома штаммов A. baumannii определены гены, кодирующие белки системы секреции II (gspDEFK) и VI типов (vgrG/tssI, clpV/tssH, tssM); белки, участвующие в синтезе липополисахарида (lpxABCD, lpsB), пилей IV типа (кластер генов pil), фимбрий Csu и Ata-адгезина. Среди факторов инвазии определены гены фосфолипаз С и D, гены белка-сидерофора ацинетобактина (basD, bauA, basB) и системы захвата железа HemO. Также выявлены детерминанты, ответственные за биопленкообразование (pgaAB, bap).
Нуклеотидные последовательности генома исследуемых штаммов A. baumannii депонированы в базу данных GenBank (NCBI) под номерами JAVVDE000000000.1, JAVVDF000000000.1, JAVVDG000000000.1, JAVVDH000000000.1, JAVVDI000000000.1, JAZBGN000000000.1
Обсуждение
Согласно полученным нами данным, все исследуемые штаммы A. baumannii принадлежат к международным клональным линиям IC2 и IC6. Известно, что штаммы IC2 занимают доминирующее положение среди карбапенем-устойчивых штаммов A. baumannii во всем мире, их распространение приходится на конец 70-х гг. XX в. [23]. Необходимо отметить, что исследуемые штаммы A. baumannii согласно схеме Oxford принадлежат сиквенс-типу 2062,2063. Штаммы ST2062,2063 впервые были выявлены в 2014 г. в Непале, затем Таиланде, Индии и в 2018 г. в России [12]. Представители данного генотипа встречаются редко: так, в базе данных PubMLST имеется информация лишь о 15 штаммах из 6804, принадлежащих ST2Pas (на февраль 2024 г.). По данным Mayanskiy N. и соавт. [18] в 2017 г. в России наиболее часто встречались представители клональной группы 92 по схеме Oxford. Клональная линия IC6, к которой принадлежат представители ST78Pas, относится к числу недавно появившихся. Так, штамм A. baumannii ST78Pas впервые был выявлен в 2006 г. в Италии [13], затем представители данного генотипа были обнаружены в США, Бразилии [11], Франции [22] и России [18, 24]. Согласно схеме Oxford, исследуемые штаммы A. baumannii относятся к ST1757. На февраль 2024 г. в базе данных PubMLST имеется информация только о двух штаммах данного сиквенс-типа, выделенных во Франции (2015 г.) и в России (г. Казань, 2017). Согласно анализу eRURST сиквенс-тип 1757Oxf входит в состав клонального комплекса (СС), образуемого ST944. Показано, что штаммы ST78Pas/СС944Oxf занимают второе ранговое место по распространенности на территории России [2, 3]. С использованием сервиса Kaptive установлено, что по ОС-локусу все штаммы A. baumannii принадлежат геногруппе 1, к которой относятся большинство полирезистентных штаммов A. baumannii, при этом по K-локусу, штаммы разделились на геногруппы 130 и 235, не являющиеся широко распространенными по данным литературы [12, 26].
Анализ структуры вирулома исследуемых штаммов A. baumannii показал отсутствие существенных различий, что согласуется с данными литературы, полученными при проведении крупномасштабных исследований [12, 26].
Структура резистома исследуемых штаммов A. baumannii ST2Pas содержит набор детерминант устойчивости, характерный для представителей данной клональной линии [2, 3, 12, 16, 20, 26]. Так, установлено, что последовательности, несущие гены aph(3')-Ia, armA, mph(E), msr(E), aaсA4, aadA1, catB8, sul1, qacE∆1, являются высокогомологичными последовательности транспозона Tn6279, впервые описанного у штаммов A. baumannii A071 и A. baumannii A091 [15]. В структуру данного композитного транспозона входит последовательность Tn6020-подобного транспозона, несущего aph(3')-Ia, и Tn1548-подобного транспозона с генами armA, msr(E), mph(E) и генами aaсA4, aadA1, catB8, sul1, qacE∆1 в составе интегрона первого класса. У исследуемых штаммов длина Tn6279-подобного участка короче на 2409 п.н. и отсутствует последовательность ISAba24.
Установлено, что у исследуемых штаммов A. baumannii ST2Pas гены aph(3'')-Ib, aph(6)-Id, sul2 сгруппированы и ассоциированы с IS91-подобным мобильным элементом, относящимся к группе ISCR2. Известно, что данная генетическая структура входит в состав транспозона Tn6172, который может быть локализован в плазмиде pA297-3 (KU744946.1) [14]. При сравнительном анализе определено, что у исследуемых штаммов A. baumannii участок с генами аминогликозидаз идентичен последовательности Tn6172 лишь на 65%, так как отсутствует участок, несущий ISAba1 и кластер генов tni. Совместная локализация генов cmlA5 и arr2 часто встречается у штаммов A. baumannii. В первую очередь, данные гены у штаммов A. baumannii обнаруживаются в составе интегрона 1-го класса [10, 21], который может быть локализован, как в структуре плазмидной ДНК (pVB82_1, pPM194229_1 и др.), так и входить в состав композитного транспозона, например Tn1548-like-2 [15].
Резистом исследуемых штаммов A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf характеризуется набором детерминант схожим с описанными ранее штаммами, принадлежащими IC-6, которые были выявлены и в Бразильском регионе Амазонки [11], во Франции [22] и на территории России [2, 3, 18]. Для всех штаммов данного сиквенс-типа характерно наличие генов blaCTX-M-115 и blaOXA-72, последний находится в составе плазмиды, размер которой может варьировать от 7 до 20 тыс. п.н [25]. Сравнительный анализ плазмидной нуклеотидной последовательности исследуемых штаммов показал почти 100% совпадение с последовательностью плазмиды pAbCTX5 (CP092029.1), выявленной в филогенетически близком штамме A. baumannii AbCTX5 (CP060505.1). У штаммов A. baumannii NNAb_2022.1 и NNAb_2023.3 перед геном blaCTX-M-115 расположен ISKpn26, встроившийся в последовательность ISEcp1. Аналогичное генетическое окружение гена blaCTX-M-115 было выявлено у штаммов A. baumannii в исследованиях Vuillemenot J.B. и соавт. [25], а также в данной работе было показано, что штаммы A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf характеризовались наличием гена blaCARB-16 в отличие от штаммов A. baumannii ST78Pas/ST944Oxf, которые обладали геном blaTEM-1 [18]. Vuillemenot и соавт. [25] установлено, что у большинства штаммов A. baumannii гены резистентности сгруппированы на участках длиной от 19 до 80 тыс. п.н. между генами glmS и hutC [25]. Так, у штаммов A. baumannii AbCTX4 и AbCTX5 генотипа ST78Pas/ST1757Oxf данный участок имеет длину 80 тыс. п.н., в котором расположены гены устойчивости к аминогликозидам, макролидам, сульфаниламидам, гены бета-лактамаз CARB-16 и CTX-M-115. Сравнительный анализ показал высокий уровень идентичности нуклеотидных последовательностей исследуемых штаммов A. baumannii ST78Pas/ST1757Oxf (более 90%) с последовательностью данного участка штамма A. baumannii AbCTX5 (рис. 2, III обложка). Однако у штамма NNAb_2021.1 последовательность участка оказалась более короткой (около 60 тыс. п.н.), поскольку отсутствует фрагмент, несущий гены aac(6')-Ian, floR, blaCARB-16, sul2.
Рисунок 2. Выравнивание нуклеотидных последовательностей штаммов A. baumannii NNAb_2023.3 (A) и NNAb_2022.1 (Б) относительно последовательности участка генома штамма A. baumannii AbCTX5 (CP060505.1) длиной 83 257 п.н. (1796552–1879809), несущего детерминанты антибиотикорезистентности
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований получены сведения о генетическом профиле штаммов A. baumannii, принадлежащих IC2 и IC6. Все исследуемые штаммы A. baumannii характеризовались сходной структурой вирулома, однако в структуре резистома были выявлены различия как между штаммами разных сиквенс-типов, так и принадлежащих к одному сиквенс-типу. Показано широкое разнообразие мобильных элементов, участвующих в распространении генов лекарственной устойчивости. Полученные данные способствуют расширению представлений о молекулярно-генетических характеристиках штаммов A. baumannii — представителях международных эпидемически значимых клональных линий.
Благодарности
Выражаем благодарность старшему научному сотруднику лаборатории микробиологии ФБУН Нижегородского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной, Роспотребнадзора, д.м.н. Гординской Наталье Александровне за помощь в подборе штаммов Acinetobacter baumannii.
About the authors
Anna E. Alekseeva
I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod
Author for correspondence.
Email: a.e.alexeeva79@mail.ru
PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens
Россия, Nizhny NovgorodN. F. Brusnigina
I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod
Email: a.e.alexeeva79@mail.ru
PhD (Medicine), Associate Professor, Head of the Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens
Россия, Nizhny NovgorodM. A. Makhova
I.N. Blokhina Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of Nizhny Novgorod
Email: a.e.alexeeva79@mail.ru
PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Metagenomics and Molecular Indication of Pathogens
Россия, Nizhny NovgorodReferences
- Кузьменков А.Ю., Виноградова А.Г., Трушин И.В., Эйдельштейн М.В., Авраменко А.А., Дехнич А.В., Козлов Р.С. AMRmap – система мониторинга антибиотикорезистентности в России // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2021. Т. 23, № 2. С. 198–204. [Kuzmenkov A.Yu., Vinogradova A.G., Trushin I.V., Edelstein M.V., Avramenko A.A., Dekhnich A.V., Kozlov R.S. AMRmap – antibiotic resistance surveillance system in Russia. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2021, vol. 23, no. 2, pp. 198–204. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2021.2.198-204
- Садеева З.З., Новикова И.Е., Алябьева Н.М., Лазарева А.В., Комягина Т.М., Карасева О.В., Вершинина М.Г., Фисенко А.П. Acinetobacter baumannii при инфекциях кровотока и центральной нервной системы у детей в отделениях реанимации и интенсивной терапии: молекулярно- генетическая характеристика и клиническая значимость // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 2. C. 289–301. [Sadeeva Z.Z., Novikova I.E., Alyabyeva N.M., Lazareva A.V., Komyagina T.M., Karaseva O.V., Vershinina M.G., Fisenko A.P. Acinetobacter baumannii in blood-borne and central nervous system infections in intensive care unit children: molecular and genetic characteristics and clinical significance. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 2, pp. 289–301. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-ABI-2091
- Шек Е.А., Сухорукова М.В., Эйдельштейн М.В., Склеенова Е.Ю., Иванчик Н.В., Шайдуллина Э.Р., Кузьменков А.Ю., Дехнич А.В., Козлов Р.С., Семенова Н.В., Слепакова С.А., Шепотайлова Н.В., Стребкова В.В., Рыбина Н.А., Яранцева Н.З., Перевалова Е.Ю., Розанова С.М., Наговицина С.Г., Молдовану М.Г., Насыбуллова З.З. Антибиотикорезистентность, продукция карбапенемаз и генотипы нозокомиальных штаммов Acinetobacter spp. в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования «МАРАФОН 2015–2016» // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019. Т. 21, № 2. С. 171–180. [Shek E.A., Sukhorukova M.V., Edelstein M.V., Skleenova E.Yu., Ivanchik N.V., Shajdullina E.R., Mikotina A.V., Kuzmenkov A.Yu., Dekhnich A.V., Kozlov R.S., Semyonova N.V., Slepakova S.A., Shepotajlova N.V., Strebkova V.V., Rybina N.A., Yaranceva N.Z., Perevalova E.Yu., Rozanova S.M., Nagovicina S.G., Moldovanu M.G., Nasybullova Z.Z. Antimicrobial resistance, carbapenemase production, and genotypes of nosocomial Acinetobacter spp. isolates in Russia: results of multicenter epidemiological study “MARATHON 2015–2016”. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2019, vol. 21, no. 2, pp. 171–180. (In Russ.)] doi: 10.36488/cmac.2019.2.171-180
- Bartual S.G., Seifert H., Hippler C., Luzon M.A., Wisplinghoff H., Rodríguez-Valera F. Development of a multilocus sequence typing scheme for characterization of clinical isolates of Acinetobacter baumannii. J. Clin. Microbiol., 2005, vol. 43, no. 9, pp. 4382–4390. doi: 10.1128/JCM.43.9.4382-4390.2005
- Bertini A., Poirel L., Mugnier P.D., Villa L., Nordmann P., Carattoli A. Characterization and PCR-based replicon typing of resistance plasmids in Acinetobacter baumannii. Antimicrob. Agents Chemother. 2010, vol. 54, no. 10, pp. 4168–4177. doi: 10.1128/AAC.00542-10
- Boucher H.W., Talbot G.H., Bradley J.S., Edwards J.E., Gilbert D., Rice L.B., Scheld M., Spellberg B., Bartlett J. Bad bugs, no drugs: no ESKAPE! An update from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis., 2009, vol. 48, no. 8, pp. 1–12. doi: 10.1086/595011
- Chakravarty B. Genetic mechanisms of antibiotic resistance and virulence in Acinetobacter baumannii: background, challenges and future prospects. Mol. Biol. Rep. 2020, vol. 47, no. 5, pp. 4037–4046. doi: 10.1007/s11033-020-05389-4
- Dehbanipour R., Ghalavand Z. Acinetobacter baumannii: Pathogenesis, virulence factors, novel therapeutic options and mechanisms of resistance to antimicrobial agents with emphasis on tigecycline. J. Clin. Pharm. Ther., 2022, vol. 47, no. 11, pp. 1875–1884. doi: 10.1111/jcpt.13787
- Diancourt L., Passet V., Nemec A., Dijkshoorn L., Brisse S. The population structure of Acinetobacter baumannii: expanding multiresistant clones from an ancestral susceptible genetic pool. PLoS One, 2010, vol. 5, iss. 4: e10034. doi: 10.1371/journal.pone.0010034
- Firoozeh F., Ghorbani M., Zibaei M., Badmasti F., Farid M., Omidinia N., Bakhshi F. Characterization of class 1 integrons in metallo-β-lactamase-producing Acinetobacter baumannii isolates from hospital environment. BMC Res. Notes, 2023, vol. 16, no. 1: 365. doi: 10.1186/s13104-023-06646-y
- Fonseca É.L., Caldart R.V., Freitas F.S., Morgado S.M., Rocha L.T., Dos Santos R.C., Vicente A.C.P. Emergence of extensively drug-resistant international clone IC-6 Acinetobacter baumannii carrying blaOXA-72 and blaCTX-M-115 in the Brazilian Amazon region. J. Glob. Antimicrob. Resist., 2020, vol. 20, pp. 18–21. doi: 10.1016/j.jgar.2019.06.014
- Fursova N.K., Fursov M.V., Astashkin E.I., Fursova A.D., Novikova T.S., Kislichkina A.A., Sizova A.A., Fedyukina G.N., Savin I.A., Ershova O.N. Multidrug-resistant and extensively drug-resistant Acinetobacter baumannii causing nosocomial meningitis in the neurological intensive care unit. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 8: 2020. doi: 10.3390/microorganisms11082020
- Giannouli M., Cuccurullo S., Crivaro V., Di Popolo A., Bernardo M., Tomasone F., Amato G., Brisse S., Triassi M., Utili R., Zarrilli R. Molecular epidemiology of multidrug-resistant Acinetobacter baumannii in a tertiary care hospital in Naples, Italy, shows the emergence of a novel epidemic clone. J. Clin. Microbiol., 2010, vol. 48, no. 4, pp. 1223–1230. doi: 10.1128/JCM.02263-09
- Hamidian M., Ambrose S.J., Hall R.M. A large conjugative Acinetobacter baumannii plasmid carrying the sul2 sulphonamide and strAB streptomycin resistance genes. Plasmid, 2016, vol. 87–88, pp. 43–50. doi: 10.1016/j.plasmid.2016.09.001
- Karah N., Dwibedi C.K., Sjöström K., Edquist P., Johansson A., Wai S.N., Uhlin B.E. Novel aminoglycoside resistance transposons and transposon-derived circular forms detected in carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii clinical isolates. Antimicrob. Agents Chemother., 2016, vol. 60, no. 3, pp. 1801–1818. doi: 10.1128/AAC.02143-15
- Khongfak S., Thummeepak R., Leungtongkam U., Tasanapak K., Thanwisai A., Sitthisak S. Insights into mobile genetic elements and the role of conjugative plasmid in transferring aminoglycoside resistance in extensively drug-resistant Acinetobacter baumannii AB329. Peer J., 2022, vol. 10: e13718. doi: 10.7717/peerj.13718
- Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets. Mol. Biol. Evol., 2016, vol. 33, no. 7, pp. 1870–1874. doi: 10.1093/molbev/msw054
- Mayanskiy N., Chebotar I., Alyabieva N., Kryzhanovskaya O., Savinova T., Turenok A., Bocharova Y., Lazareva A., Polikarpova S., Karaseva O. Emergence of the uncommon clone ST944/ST78 carrying bla(OXA-40-like) and bla(CTX-M-like) genes among carbapenem-nonsusceptible Acinetobacter baumannii in Moscow, Russia. Microb. Drug Resist., 2017, vol. 23, no. 7, pp. 864–870. doi: 10.1089/mdr.2016.030
- Morris F.C., Dexter C., Kostoulias X., Uddin M.I., Peleg A.Y. The mechanisms of disease caused by Acinetobacter baumannii. Front. Microbiol., 2019, no. 10: 1601. doi: 10.3389/fmicb.2019.01601
- Nguyen M., Joshi S.G. Carbapenem resistance in Acinetobacter baumannii, and their importance in hospital-acquired infections: a scientific review. J. Appl. Microbiol., 2021, vol. 131, no. 6, pp. 2715–2738. doi: 10.1111/jam.15130
- Nikibakhsh M., Firoozeh F., Badmasti F., Kabir K., Zibaei M. Molecular study of metallo-β-lactamases and integrons in Acinetobacter baumannii isolates from burn patients. BMC Infect. Dis., 2021, vol. 21, no. 1: 782. doi: 10.1186/s12879-021-06513-w
- Pfeifer Y., Hunfeld K.P., Borgmann S., Maneg D., Blobner W., Werner G., Higgins P.G. Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii ST78 with OXA-72 carbapenemase and ESBL gene blaCTX-M-115. J. Antimicrob. Chemother., 2016, vol. 71, no. 5, pp. 1426–1428. doi: 10.1093/jac/dkv462
- Shelenkov A., Akimkin V., Mikhaylova Y. International clones of high risk of Acinetobacter Baumannii-definitions, history, properties and perspectives. Microorganisms, 2023, vol. 11, no. 8: 2115. doi: 10.3390/microorganisms11082115
- Shelenkov A., Petrova L., Zamyatin M., Mikhaylova Y., Akimkin V. Diversity of international high-risk clones of Acinetobacter baumannii revealed in a Russian Multidisciplinary Medical Center during 2017–2019. Antibiotics, 2021, vol. 10, no. 8: 1009. doi: 10.3390/antibiotics10081009
- Vuillemenot JB, Bour M, Beyrouthy R, Bonnet R, Laaberki MH, Charpentier X, Ruimy R, Plésiat P, Potron A. Genomic analysis of CTX-M-115 and OXA-23/-72 co-producing Acinetobacter baumannii, and their potential to spread resistance genes by natural transformation. J. Antimicrob. Chemother., 2022, vol. 77, no. 6, pp. 1542–1552. doi: 10.1093/jac/dkac099
- Wyres K.L., Cahill S.M., Holt K.E., Hall R.M., Kenyon J.J. Identification of Acinetobacter baumannii loci for capsular polysaccharide (KL) and lipooligosaccharide outer core (OCL) synthesis in genome assemblies using curated reference databases compatible with Kaptive. Microb. Genom., 2020, vol. 6, no. 3: e000339. doi: 10.1099/mgen.0.000339
- Yadav G., Singh R. In silico analysis reveals the co-existence of CRISPR-Cas type I-F1 and type I-F2 systems and its association with restricted phage invasion in Acinetobacter baumannii. Front. Microbiol., 2022, no. 13: 909886. doi: 10.3389/fmicb.2022.909886
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).