Вирулентность Mycobacterium tuberculosis генотипа Beijing в условиях in vivo

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В структуре популяции возбудителя туберкулеза в России доля штаммов генетического семейства Beijing составляет от 50 до 80%. На основании VNTR- и SNP-анализа  представители семейства разделяют на несколько доминирующих кластеров: B0/W148, CladeA и CAO. Следует отметить, что описываемые группы принадлежат к «современным» Beijing и очень близки филогенетически. Как правило, такие изоляты демонстрируют высокую трансмиссивность, ассоциацию с лекарственной устойчивостью и преобладают среди пациентов с тяжелыми формами заболевания. Немногочисленные исследования вирулентности штаммов отдельных кластеров носят противоречивый характер. Целью данной работы было сравнительное исследование вирулентности штаммов Mycobacterium tuberculosis, относящихся к основным кластерам семейства Beijing на животной модели. В исследование включены клинические штаммы, относящиеся к кластерам семейства Beijing B0/W148, CladeA, CAO и некластеризующийся штамм NK, а также лабораторный штамм H37Rv. В ходе исследований по оценке выживаемости инфицированных мышей линии C57BL/6 (по 20 мышей на штамм) было установлено, что наибольшая смертность наблюдалась в группе животных, инфицированных штаммами NK и B0/W148. При этом наименьшей вирулентностью обладал штамм CladeA. Анализ патоморфологической картины экспериментального туберкулеза показал, что все штаммы имели характерные патогенные свойства, то есть были способны вызывать специфический туберкулезный процесс. В ходе оценки динамики патоморфологических изменений (1, 3, 7, 14, 21, 28, 60 и 120 день после заражения) в легких и селезенке выявлены достоверные различия между штаммами. Прогрессивное развитие туберкулезного процесса наблюдалось у мышей, инфицированных изолятами B0/W148 и NK. В то же время при инфекции штаммами CladeА, CAO и H37Rv наблюдалась стабилизация процесса и менее серьезное повреждение органов. Согласно полученным данным, бактериальная нагрузка после заражения кластеризующимися штаммами семейства Beijing была ниже таковой для штамма Н37Rv, который использовался как референсный. Исключением являлся штамм NK, бактериальная нагрузка для которого являлась самой высокой среди семейства Beijing и была сопоставима с Н37Rv к 120 дню инфицирования. Показано, что кластер B0/W148, известный как наиболее вирулентный, обладает схожим уровнем вирулентности со штаммом NK. Суммарно, полученные данные свидетельствуют, что штаммы семейства Beijing демонстрируют различный спектр фенотипической вирулентности.

Об авторах

Ю. А. Беспятых

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА

Email: juliabespyatykh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4408-503X

Беспятых Юлия Андреевна - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики микроорганизмов.

119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1а.

Тел.: 8 (909) 961-18-46. Факс: 8 (499) 246-44-09.

Россия

Т. И. Виноградова

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБУ СПб НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ, координатор направления «Экспериментальный туберкулез и инновационные технологии».

Санкт-Петербург.

Россия

О. А. Маничева

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник.

Санкт-Петербург.

Россия

Н. В. Заболотных

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник.

Санкт-Петербург.

Россия

М. З. Догонадзе

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

Санкт-Петербург.

Россия

М. Л. Витовская

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник.

Санкт-Петербург.

Россия

А. С. Гуляев

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА

Email: fake@neicon.ru

Кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики микроорганизмов.

Москва.

Россия

В. Ю. Журавлев

ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ

Email: fake@neicon.ru

Кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник ФГБУ СПб НИИ фтизиопульмонологии Минздрава России, координатор направления «Лабораторная диагностика».

Санкт-Петербург.

Россия

Е. А. Шитиков

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА

Email: fake@neicon.ru

Кандидат биологических наук, и.о. заведующего лабораторией  молекулярной генетики микроорганизмов.

Москва.

Россия

Е. Н. Ильина

ФГБУ Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА

Автор, ответственный за переписку.
Email: fake@neicon.ru

Доктор биологических наук, профессор РАН, заместитель  директора по научной работе.

Москва.

Россия

Список литературы

  1. Andreevskaia S.N., Chernousova L.N., Smirnova T.G., Larionova E.E., Kuz’min A.V. Impact of Mycobacterium tuberculosis genotype on survival in mice with experimental tuberculosis. Problemy tuberkuleza i boleznei legkikh = Problems of Tuberculosis and Lung Disease, 2007, vol. 84, no. 7, pp. 45–50. (In Russ.)
  2. Andreevskaia S.N., Chernousova L.N., Smirnova T.G., Larionova E.E., Kuz’min A.V. Examining the ex vivo growth in the macrophages of Mycobacterium tuberculosis of various genotypic clusters. Problemy tuberkuleza i boleznei legkikh = Problems of Tuberculosis and Lung Disease, 2006, vol. 83, no. 12, pp. 43–48. (In Russ.)
  3. Vishnevskiy B., Narvskaia O.V., Vasil’eva S.N., Sapozhnikova N.V., Mukrousov I.V., Otten T.F. Virulence of Mycobacteria tuberculosis. Problemy tuberkuleza = Problems of Tuberculosis, 2002, vol. 79, no. 10, pp. 33–36. (In Russ.)
  4. Zemskova Z.S., Andreyevskaya S.N., Smirnova T.G., Larionova Y.Y., Chernousova L.N. Experimental tuberculosis caused by Mycobacterium tuberculosis strains of genotypical W, AI, and HD clusters. Tuberkulez i bolezni legkih = Tuberculosis and Lung Diseases, 2010, vol. 87, no. 3, pp. 41–46. (In Russ.)
  5. Narvskaia O.V., Mukrousov I.V., Otten T.F., Vishnevskiy B.I. Genetic labeling of Mycobacterium tuberculosis poliresistant strains isolated in North-West Russia. Problemy tuberkuleza = Problems of Tuberculosis, 1999, vol. 79, no. 3, p. 39. (In Russ.)
  6. Nechaeva O.B. The main indicators for tuberculosis in the Russian Federation. 2017. (In Russ.)
  7. Chernousova L.N., Andreevskaia S.N., Smirnova T.G., Zemskova Z.S., Larionova E.E. Biological properties of Mycobacterium tuberculosis W cluster strains. Problemy tuberkuleza i boleznei legkikh = Problems of Tuberculosis and Lung Disease, 2008, vol. 85, no. 10, pp. 45–50. (In Russ.)
  8. Aguilar L.D., Hanekom M., Mata D., Gey van Pittius N.C., van Helden P.D., Warren R.M., Hernandez-Pando R. Mycobacterium tuberculosis strains with the Beijing genotype demonstrate variability in virulence associated with transmission. Tuberculosis, 2010, vol. 90, no. 5, pp. 319–325.
  9. Barnett M., Busby S.R., Mitchison D.A. Tubercle bacilli resistant to isoniazid: virulence and response to treatment with isoniazid in guinea-pigs and mice. Br. J. Exp. Pathol., 1953, vol. 34, no. 5, pp. 568–81.
  10. Bifani P.J., Mathema B., Kurepina N.E., Kreiswirth B.N. Global dissemination of the Mycobacterium tuberculosis W-Beijing family strains. Trends Microbiol., 2002, vol. 10, no. 1, pp. 45–52.
  11. Borrell S., Gagneux S. Strain diversity, epistasis and the evolution of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis. Clin. Microbiol. Infect., 2011, vol. 17, no. 6, pp. 815–820.
  12. Casali N., Nikolayevskyy V., Balabanova Y., Harris S.R., Ignatyeva O., Kontsevaya I., Corander J., Bryant J., Parkhill J., Nejentsev S., Horstmann R.D., Brown T., Drobniewski F. Evolution and transmission of drug-resistant tuberculosis in a Russian population. Nat. Genet., 2014, vol. 46, no. 3, pp. 279–286.
  13. Cox H.S., Kubica T., Doshetov D., Kebede Y., Rüsch-Gerdess S., Niemann S. The Beijing genotype and drug resistant tuberculosis in the Aral Sea region of Central Asia. Respir. Res., 2005, vol. 6, no. 1, p. 134.
  14. Dormans J., Burger M., Aguilar D., Hernandez-Pando R., Kremer K., Roholl P., Arend S.M., van Soolingen D. Correlation of virulence, lung pathology, bacterial load and delayed type hypersensitivity responses after infection with different Mycobacterium tuberculosis genotypes in a BALB/c mouse model. Clin. Exp. Immunol., 2004, vol. 137, no. 3, pp. 460 –468.
  15. Freihofer P., Akbergenov R., Teo Y., Juskeviciene R., Andersson D.I., Böttger E.C. Nonmutational compensation of the fitness cost of antibiotic resistance in mycobacteria by overexpression of tlyA rRNA methylase. RNA, 2016, vol. 22, no. 12, pp. 1836–1843.
  16. Gagneux S., Long C.D., Small P.M., Van T., Schoolnik G.K., Bohannan B.J. The competitive cost of antibiotic resistance in Mycobacterium tuberculosis. Science, 2006, vol. 312, no. 5782, pp. 1944–1946.
  17. Hanekom M., Gey van Pittius N.C., McEvoy C., Victor T.C., Van Helden P.D., Warren R.M. Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype: a template for success. Tuberculosis, 2011, vol. 91, no. 6, pp. 510 –523.
  18. Kozak R.A., Alexander D.C., Liao R., Sherman D.R., Behr M.A. Region of difference 2 contributes to virulence of Mycobacterium tuberculosis. Infect. Immun., 2011, vol. 79, no. 1, pp. 59–66.
  19. Kubica T., Rüsch-Gerdes S., Niemann S. The Beijing genotype is emerging among multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains from Germany. Int. J. Tuberc. Lung Dis., 2004, vol. 8, no. 9, pp. 1107–13.
  20. Lasunskaia E., Ribeiro S.C.M., Manicheva O., Gomes L.L., Suffys P.N., Mokrousov I., Ferrazoli L., Andrade M.R.M., Kritski A., Otten T., Kipnis T.L., da Silva W.D., Vishnevsky B., Oliveira M.M., Gomes H.M., Baptista I.F., Narvskaya O. Emerging multidrug resistant Mycobacterium tuberculosis strains of the Beijing genotype circulating in Russia express a pattern of biological properties associated with enhanced virulence. Microbes Infect., 2010, vol. 12, no. 6, pp. 467–475.
  21. Lipin M.Y., Stepanshina V.N., Shemyakin I.G., Shinnick T.M., Association of specific mutations in katG, rpoB, rpsL and rrs genes with spoligotypes of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates in Russia. Clin. Microbiol. Infect., 2007, vol. 13, no. 6, pp. 620 –626.
  22. Marquina-Castillo B., García-García L., Ponce-de-León A., Jimenez-Corona M.-E., Bobadilla-del Valle M., Cano-Arellano B., Canizales-Quintero S., Martinez-Gamboa A., Kato-Maeda M., Robertson B., Young D., Small P., Schoolnik G., Sifuentes-Osornio J., Hernandez-Pando R. Virulence, immunopathology and transmissibility of selected strains of Mycobacterium tuberculosis in a murine model. Immunology, 2009, vol. 128, no. 1, pp. 123–133.
  23. Merker M., Blin C., Mona S., Duforet-Frebourg N., Lecher S., Willery E., Blum M.G., Rüsch-Gerdes S., Mokrousov I., Aleksic E., Allix-Béguec C., Antierens A., Augustynowicz-Kopeć E., Ballif M., Barletta F., Beck H.P., Barry C.E., Bonnet M., Borroni E., Campos-Herrero I., Cirillo D., Cox H., Crowe S., Crudu V., Diel R., Drobniewski F., Fauville-Dufaux M., Gagneux S., Ghebremichael S., Hanekom M., Hoffner S., Jiao W.W., Kalon S., Kohl T.A., Kontsevaya I., Lillebæk T., Maeda S., Nikolayevskyy V., Rasmussen M., Rastogi N., Samper S., Sanchez-Padilla E., Savic B., Shamputa I.C., Shen A., Sng L.H., Stakenas P., Toit K., Varaine F., Vukovic D., Wahl C., Warren R., Supply P., Niemann S., Wirth T. Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis Beijing lineage. Nat. Genet., 2015, vol. 47, no. 3, pp. 242–249.
  24. Middlebrook G., Cohn M.L. Some observations on the pathogenicity of isoniazid-resistant variants of tubercle bacilli. Science, 1953, vol. 118, no. 3063, pp. 297–299.
  25. Mokrousov I. Insights into the origin, emergence, and current spread of a successful Russian clone of Mycobacterium tuberculosis. Clin. Microbiol. Rev., 2013, vol. 26, no. 2, pp. 342–360.
  26. Mokrousov I., Narvskaya O., Vyazovaya A., Millet J., Otten T., Vishnevsky B., Rastogi N. Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype in Russia: in search of informative variable-number tandem-repeat loci. J. Clin. Microbiol., 2008, vol. 46, no. 11, pp. 3576–3584.
  27. Mokrousov I., Otten T., Vyazovaya A., Limeschenko E., Filipenko M.L., Sola C., Rastogi N., Steklova L., Vyshnevskiy B., Narvskaya O. PCR-based methodology for detecting multidrug-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis Beijing family circulating in Russia. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 2003, vol. 22, no. 6, pp. 342–348.
  28. Mokrousov I., Nash O. Mycobacterium tuberculosis phylogeography in the context of human migration and pathogen’ s pathobiology: insights from Beijing and Ural families. Tuberculosis, 2015, vol. 95, pp. 167–176.
  29. Pheiffer C., Betts J.C., Flynn H.R., Lukey P.T., van Helden P. Protein expression by a Beijing strain differs from that of another clinical isolate and Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Microbiology, 2005, vol. 151, no. 4, pp. 1139–1150.
  30. Ribeiro S.C.M., Gomes L.L., Amaral E.P., Andrade M.R.M., Almeida F.M., Rezende A.L., Lanes V.R., Carvalho E.C.Q., Suffys P.N., Mokrousov I., Lasunskaia E.B. Mycobacterium tuberculosis strains of the modern sublineage of the Beijing family are more likely to display increased virulence than strains of the ancient sublineage. J. Clin. Microbiol., 2014, vol. 52, no. 7, pp. 2615–2624.
  31. Sander P., Springer B., Prammananan T., Sturmfels A., Kappler M., Pletschette M., Böttger E.C. Fitness cost of chromosomal drug resistance-conferring mutations. Antimicrob. Agents Chemother., 2002, vol. 46, no. 5, pp. 1204–1211.
  32. Senaratne R.H., Sidders B., Sequeira P., Saunders G., Dunphy K., Marjanovic O., Reader J.R., Lima P., Chan S., Kendall S., McFadden J., Riley L.W. Mycobacterium tuberculosis strains disrupted in mce3 and mce4 operons are attenuated in mice. J. Med. Microbiol., 2008, vol. 57, no. 2, pp. 164–170.
  33. Shitikov E., Kolchenko S., Mokrousov I., Bespyatykh J., Ischenko D., Ilina E., Govorun V. Evolutionary pathway analysis and unified classification of East Asian lineage of Mycobacterium tuberculosis. Sci. Rep., 2017, vol. 7, no. 1.
  34. Song T., Park Y., Shamputa I.C., Seo S., Lee S.Y., Jeon H.S., Choi H., Lee M., Glynne R.J., Barnes S.W., Walker J.R., Batalov S., Yusim K., Feng S., Tung C.S., Theiler J., Via L.E., Boshoff H.I., Murakami K.S., Korber B., Barry C.E., Cho S.N. Fitness costs of rifampicin resistance in Mycobacterium tuberculosis are amplified under conditions of nutrient starvation and compensated by mutation in the β′ subunit of RNA polymerase. Mol. Microbiol., 2014, vol. 91, no. 6, pp. 1106–1119.
  35. Supply P., Allix C., Lesjean S., Cardoso-Oelemann M., Rüsch-Gerdes S., Willery E., Savine E., de Haas P., van Deutekom H., Roring S., Bifani P., Kurepina N., Kreiswirth B., Sola C., Rastogi N., Vatin V., Gutierrez M.C., Fauville M., Niemann S., Skuce R., Kremer K., Locht C., van Soolingen D. Proposal for standardization of optimized mycobacterial interspersed repetitive unitvariable-number tandem repeat typing of Mycobacterium tuberculosis. J. Clin. Microbiol., 2006, vol. 44, no. 12, pp. 4498–4510.
  36. Surikova O.V., Voitech D.S., Kuzmicheva G., Tatkov S.I., Mokrousov I.V., Narvskaya O.V., Rot M.A., van Soolingen D., Filipenko M.L. Efficient differentiation of Mycobacterium tuberculosis strains of the W-Beijing family from Russia using highly polymorphic VNTR loci. Eur. J. Epidemiol., 2005, vol. 20, no. 11, pp. 963–974.
  37. Toungoussova O.S., Sandven P., Mariandyshev A.O., Nizovtseva N.I., Bjune G., Caugant D.A. Spread of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains of the Beijing genotype in the Archangel Oblast, Russia. J. Clin. Microbiol., 2002, vol. 40, no. 6, pp. 1930 –1937.
  38. Van Embden J.D., Cave M.D., Crawford J.T., Dale J.W., Eisenach K.D., Gicquel B., Hermans P., Martin C., McAdam R., Shinnick T.M. Strain identification of Mycobacterium tuberculosis by DNA fingerprinting: recommendations for a standardized methodology. J. Clin. Microbiol., 1993, vol. 31, no. 2, pp. 406–409.
  39. Van Soolingen D., Qian L., de Haas P.E., Douglas J.T., Traore H., Portaels F., Qing H.Z., Enkhsaikan D., Nymadawa P., van Embden J.D. Predominance of a single genotype of Mycobacterium tuberculosis in countries of east Asia. J. Clin. Microbiol., 1995, vol. 33, no. 12, pp. 3234–3238.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Беспятых Ю.А., Виноградова Т.И., Маничева О.А., Заболотных Н.В., Догонадзе М.З., Витовская М.Л., Гуляев А.С., Журавлев В.Ю., Шитиков Е.А., Ильина Е.Н., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах