Введение
Listeria monocytogenes — грамположительные бактерии, вызывающие листериоз, который у человека протекает в трех формах: системной, желудочно-кишечной и неонатальной. Заболеваемость листериозом в мире составляет 0,3—0,46 случаев на 100 тыс. населения с показателем летальности до 21% [1]. L. monocytogenes — внутриклеточный патоген, который проникает в вакуоли (фагосомы) клеток макроорганизма с помощью белков мультигенного семейства интерналинов, преимущественно InlA и InlB [2]; лизирует фагосому за счет листериолизина O (LLO), фосфолипаз PlcA и PlcB и продукта гена mpl [3]; размножается в клетке; проникает в соседние клетки макроорганизма за счет белка ActA [4]. В геноме L. monocytogenes выявлены острова патогенности: LIPI-1 (prfA, hly, plcA, plcB, mpl и actA), регулируемый белком PrfA [5], LIPI-2 (inlABCJ) [6], LIPI-3 (llsAXGHBYDP) [7] и LIPI-4 (licABC, lm900558-70013 и glvA) [8], а также факторы вирулентности, кодируемые генами oatA, [9], lisK [10], ami [11], vip [12] и gtcA [13]. Важной особенностью L. monocytogenes является наличие островов стрессоустойчивости SSI-1 (lmo0444, lmo0445, pva, gadD1 и gadT1) [14] и SSI-2 (lin0464 и lin0465) [15].
До недавнего времени L. monocytogenes характеризовались чувствительностью к большинству используемых в медицине антибактериальных препаратов. В настоящее время наблюдается устойчивый рост доли множественно резистентных к антибактериальным препаратам L. monocytogenes во всем мире [16].
L. monocytogenes подразделяются на четыре эволюционные линии: I, II, III и IV, на 5 серогрупп и 12 серотипов, характеризуются высокой степенью генетической гетерогенности [17, 18]. Для типирования листерий широко применяется мультилокусное сиквенс-типирование (MLST), основанное на определении аллельного профиля семи генов «домашнего хозяйства»: abcZ, bglA, cat, dapE, dat, ldh и lhkA (https://bigsdb.pasteur.fr/listeria/listeria.html). В базе данных Института Пастера (Париж, Франция) BIGSdb-Lm на июнь 2020 г. было зарегистрировано 2175 сиквенс-типов (ST) L. monocytogenes. Группа сиквенс-типов, отличающихся от ST-родоначальника одним геном, представляет собой клональный комплекс (CC) [19]. Определенные клональные комплексы (CC9, CC20 и CC121) характеризуются гиповирулентностью и ассоциированы с пищевыми продуктами [20], а другие (CC1, CC4, CC5, CC6, CC16, CC87, CC155, CC451) — гипервирулентностью и ассоциированы с тяжелыми формами листериоза у людей — менингитом и материнско-неонатальным листериозом [21, 22].
Цель данного исследования — изучение генотипов и фенотипов штаммов L. monocytogenes, выделенных в 8 областях Российской Федерации в 2015—2018 гг. от людей, из пищевых продуктов и из сточных вод; идентификация генетических линий и установление между ними филогенетического родства.
Материал и методы
Бактериальные штаммы и культивирование. Штаммы L. monocytogenes (n=31) выделены в 2015—2018 гг. из различных источников в 8 субъектах РФ (табл. 1). Бактерии культивировали на «Питательной среде №1 ГРМ», «Питательном агаре листериозном» (ФБУН «ГНЦ ПМБ», Оболенск, Россия), «Listeria Oxford Medium Base» и «Muller-Hinton broth» (Himedia, Мумбаи, Индия), хранили в 10% глицерине при температуре минус 70 °C. Видовую идентификацию проводили на приборах VITEK-2 Compact (BioMerieux, Франция) и MALDI-TOF Biotyper (Bruker, Германия).
Чувствительность к антимикробным препаратам. Минимальные подавляющие концентрации (МПК) шести классов антимикробных препаратов: бета-лактамов (ампициллина, амоксициллина и меропенема), тетрациклинов (тетрациклина), макролидов (кларитромицина), аминогликозидов (амикацина), сульфаниламидов (бисептола) и фторхинолонов (ципрофлоксацина) (Himedia, Мумбаи, Индия) определяли методом микроразведений в бульоне, результаты интерпретировали согласно EUCAST 2019 г. (https://www.eucast.org/clinical_breakpoints/). В качестве референс-штаммов использовали штаммы E. coli ATCC 25922 и ATCC 35218. Принадлежность к категории множественной лекарственной резистентности (MDR) определяли в соответствии с критериями A.P. Magiorakos и соавт. [23].
ПЦР-серотипирование. Серотипирование штаммов осуществляли с помощью мультиплексной ПЦР по методу M. Doumith и соавт. [24].
Мультилокусное сиквенс-типирование. MLST-типирование выполняли по схеме Института Пастера (Париж, Франция), с использованием рекомендуемых праймеров на гены abcZ, bglA, cat, dapE, dat, ldh и lhkA и протокола ПЦР-амплификации (https://bigsdb.pasteur.fr/listeria/primers_used.html). ПЦР-продукты секвенировали в ООО «Синтол» (Москва, Россия), аллельные профили размещали в базе данных BIGSdb-Lm (https://bigsdb.pasteur.fr/listeria/listeria.html).
Полногеномное секвенирование. Полногеномное секвенирование проводили на платформе Illumina MiSeq с использованием наборов Nextera DNA Library Preparation Kit (Illumina, Карлсбад, США) и MiSeq Reagent Kits v3 (Illumina, Карлсбад, США). Полученные единичные прочтения собирали в контиги с использованием программы SPAdes 3.9.0. Собранные de novo геномы аннотировали в базу данных GenBank (https://github.com/ncbi/pgap).
Анализ полногеномных последовательностей. С помощью веб-ресурса базы данных BIGSdb-Lm (https://bigsdb.pasteur.fr/cgi-bin/bigsdb/bigsdb.pl?db=pubmlst_listeria_seqdef) в геномах штаммов L. monocytogenes идентифицировали гены антибиотикорезистентности fosX, lmo0441, lmo0919, norB и lmo0224; гены островов патогенности LIPI-1 (prfA, hly, plcA, plcB, mpl и actA), LIPI-2 (inlABCJ), LIPI-3 (llsAXGHBYDP), LIPI-4 (licABC, lm900558-70013 и glvA), генов интерналинов (inlEFGHIKP), другие гены вирулентности (oatA, ami, gtcA, vip, lisK) и гены островов стрессоустойчивости SSI-1 (lmo0444, lmo0445, lmo0446, lmo0447, lmo0448) и SSI-2 (lin0464 и lin0465).
Филогенетический анализ. Филогенетическое дерево на основании последовательностей генов аллельных профилей MLST штаммов L. monocytogenes было построено с помощью веб-ресурса NCBI «Blast Tree View» (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).
Депонирование в базе данных GenBank. Полногеномные последовательности 20 штаммов L. monocytogenes размещены в базе данных GeBank с кодами доступа: NZ_JAATTY000000000, NZ_JAATTZ010000000, NZ_JAATUA010000000, NZ_JAATUH010000000, NZ_JAATUB010000000, NZ_JAATUC010000000, NZ_JAATUI010000000, NZ_JAATUD010000000, NZ_JAATUF010000000, NZ_JAATUE010000000, NZ_JAATUJ010000000, NZ_JAATUK010000000, NZ_JAATUL010000000, NZ_JAATUM010000000, NZ_JAATUN000000000, NZ_JACCDC010000000, NZ_JAATUG010000000, NZ_JAATUO010000000, NZ_JAATUP010000000, NZ_JAATUQ010000000.
Результаты и обсуждение
Характеристика коллекции штаммов. Штаммы изучаемой коллекции L. monocytogenes (n=31) выделены в Вологодской (n=19), Ярославской (n=3), Московской (n=2), Орловской (n=2), Тверской (n=2), Белгородской (n=1) и Ростовской (n=1) областях и Москве (n=1), в том числе от людей (n=13), из пищевых продуктов (n=15) и из сточных вод (n=3) (табл. 1). Большая часть штаммов, выделенных от людей, были ассоциированы с листериозными менингитами, что согласуется с тем, что L. monocytogenes является третьим в мире по значимости возбудителем бактериального менингита у человека [25].
Таблица 1. Штаммы L. monocytogenes, охарактеризованные в данном исследовании
Штамм | ГКПМ-Оболенск | База данных MLSTPasteur | Дата выделения | Регион | Источник выделения | ST | CC | Эволюционная линия | Серогруппа |
Выделенные от людей: | |||||||||
MO-um | B-8699 | ID37686 | 03.10.17 | MO | Секционный материал (менингит) | 1 | 1 | I | 4b |
OR-513 | B-8702 | ID37683 | 26.04.16 | OO | Ликвор (менингит) | 2 | 2 | I | 4b |
OR-517 | B-8701 | ID37684 | 26.04.16 | OO | Секционный материал (менингит) | 2 | 2 | I | 4b |
V276-2w | B-8689 | ID42271 | 17.10.16 | ВO | Кровь (беременная женщина) | 7 | 7 | II | 4a-4c |
MIB-871 | B-7909 | ID37687 | 02.09.15 | M | Мазок из зева (менингит) | 9 | 9 | II | 1/2c-3c |
МО-Ob | B-8698 | ID42264 | 02.11.16 | MO | Мазок из зева (ангина) | 9 | 9 | II | 1/2c-3c |
V299w | B-8688 | ID42272 | 17.10.16 | ВO | Околоплодные воды (беременная женщина) | 20 | 20 | II | 1/2a-3a |
Bel-1 | B-8700 | ID37685 | 06.05.16 | БO | Ликвор (менингит) | 155 | 155 | II | 1/2a-3a |
BB-3 | B-8829 | ID37682 | 15.02.17 | ЯO | Мазок из зева (менингит) | 451 | 11 | II | 1/2a-3a |
V266 | B-8830 | ID37699 | 17.10.16 | ВO | Кровь (беременная женщина) | 1453* | 475 | II | 1/2a-3a |
V267 | B-8831 | ID37700 | 17.10.16 | ВO | Мазок из зева (беременная женщина) | 1453* | 475 | II | 1/2a-3a |
BB-1 | B-8827 | ID37680 | 15.02.17 | ЯO | Мазок из зева (менингит) | 1455* | 11 | II | 1/2a-3a |
BB-2 | B-8828 | ID37681 | 15.02.17 | ЯO | Ликвор (менингит) | 1455* | 11 | II | 1/2a-3a |
Выделенные из пищевых продуктов: | |||||||||
V41w | B-8692 | ID42268 | 11.03.17 | ВO | Рыба | 5 | 5 | I | 1/2b-3b-7 |
V60 | B-8832 | ID37697 | 04.03.17 | ВO | Мясо птицы | 9 | 9 | II | 1/2c-3c |
V61 | B-8833 | ID37698 | 05.03.17 | ВO | Мясо птицы | 9 | 9 | II | 1/2c-3c |
Tve-12269 | B-8359 | ID37689 | 14.12.17 | TO | Говядина | 14 | 14 | II | 1/2a-3a |
Tve-11985 | B-8360 | ID37688 | 14.12.17 | TO | Рыба | 14 | 14 | II | 1/2a-3a |
V44w | B-8691 | ID42269 | 09.03.17 | ВO | Говядина | 16 | 8 | II | 1/2a-3a |
V59w | B-8690 | ID42270 | 04.03.17 | ВO | Говядина | 20 | 20 | II | 1/2a-3a |
V30w | B-8694 | ID42267 | 28.02.17 | ВO | Говядина | 26 | 26 | II | 1/2a-3a |
V42 | B-8834 | ID37694 | 09.03.17 | ВO | Говядина | 121 | 121 | II | 1/2a-3a |
V40w | B-8693 | ID37675 | 11.03.17 | ВO | Рыба | 121 | 121 | II | 1/2a-3a |
V32 | B-8835 | ID37692 | 03.03.17 | ВO | Мясо птицы | 121 | 121 | II | 1/2a-3a |
V338 | B-8836 | ID37678 | 09.12.16 | ВO | Мясо птицы | 121 | 121 | II | 1/2a-3a |
V357 | B-8837 | ID37677 | 29.12.16 | ВO | Мясо птицы | 121 | 121 | II | 1/2a-3a |
V23w | B-8838 | ID42266 | 14.02.17 | ВO | Говядина | 451 | 11 | II | 1/2a-3a |
Ros-150 | B-8697 | ID37679 | 21.06.18 | РO | Говядина | 1454* | 489 | I | 1/2b-3b-7 |
Выделенные из окружающей среды: | |||||||||
W-3 | B-8687 | ID42273 | 20.11.18 | ВO | Сточные воды | 425 | 90 | II | 1/2a-3a |
W-4 | B-8686 | ID42274 | 20.11.18 | ВO | Сточные воды | 20 | 20 | II | 1/2a-3a |
W-5 | B-8685 | ID42275 | 20.11.18 | ВO | Сточные воды | 7 | 7 | II | 4a-4c |
Примечание. * — новый сиквенс-тип, впервые определенный в данном исследовании; БО — Белгородская область; ВО — Вологодская область; М — Москва; МО — Московская область; ОО — Орловская область; РО — Ростовская область; ТО — Тверская область; ЯО — Ярославская область
Чувствительность к антимикробным препаратам
В публикациях последних лет отмечается чрезвычайная важность нарастания антибиотикорезистентности у L. monocytogenes. Все изученные нами штаммы L. monocytogenes отнесены к категории MDR, то есть были устойчивы к препаратам трех и более классов (к тетрациклинам, макролидам, сульфаниламидам и бета-лактамам), согласно критериям A.P. Magiorakos и соавт. [23]. Это согласуется с повсеместно отмечаемой неблагоприятной тенденцией распространения MDR штаммов: 82,6% в Японии [26] и 88,0% в Египте [27]. Чувствительность к ампициллину проявляли 17 штаммов, а к амоксициллину — 31 штамм (табл. 2).
Таблица 2. Чувствительность штаммов L. monocytogenes к антимикробным препаратам
Штамм | МПК антибактериальных препаратов, мг/л | МЛУ | |||||||
АМП | АМО | МЕР | ТЕТ | КЛА | АМИ | БИС | ЦИП | ||
Выделенные от людей: | |||||||||
MO-um | 8 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,25 (S) | 4 |
OR-513 | 4 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
OR-517 | 4 (R) | 1 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
V276-2w | 1 (S) | 1 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 4 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
MIB-871 | 2 (R) | 1 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
МО-Ob | 4 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 4 (S) | 1/5 (R) | 0,25 (S) | 4 |
V299w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,25 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
Bel-1 | 8 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
BB-3 | 2 (R) | 1 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
V266 | 2 (R) | 1 (S) | 0,25 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 4 (S) | 2/10 (R) | 0,5 (S) | 4 |
V267 | 1 (S) | 2 (R) | 0,25 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 2/10 (R) | 0,5 (S) | 4 |
BB-1 | 8 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
BB-2 | 8 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
Выделенные из пищевых продуктов: | |||||||||
V41w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V60 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V61 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
Tve-12269 | 2 (R) | 1 (S) | 0,25 (S) | 4 (R) | 4 (R) | 4 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
Tve-11985 | 2 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
V44w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V59w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V30w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 2 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V42 | 2 (R) | 1 (S) | 0,25 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 4 |
V40w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V32 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 8 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V338 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 16 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V357 | 2 (R) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 16 (R) | 4 (R) | 8 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
V23w | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
Ros-150 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
Выделенные из окружающей среды: | |||||||||
W-3 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
W-4 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
W-5 | 1 (S) | 0,5 (S) | 0,12 (S) | 4 (R) | 2 (R) | 2 (S) | 1/5 (R) | 0,12 (S) | 3 |
Примечание. АМП — ампициллин, АМО — амоксициллин, МЕР — меропенем, ТЕТ — тетрациклин, КЛА — кларитромицин, АМИ — амикацин, БИС — бисептол, ЦИП — ципрофлоксацин; R — резистентность; S — чувствительность; МЛУ — множественная лекарственная устойчивость, количество функциональных групп антибактериальных препаратов.
Сиквенс-типы
С помощью MLST-анализа, позволяющего определить степень эпидемической значимости изолятов L. monocytogenes, в нашем исследовании идентифицировано 16 сиквенс-типов (ST) L. monocytogenes: 4 ST эволюционной линии I и 12 ST — эволюционной линии II, в том числе 13 ранее известных (ST1, ST2, ST5, ST7, ST9, ST14, ST16, ST20, ST26, ST121, ST155, ST425 и ST451) и три новых (ST1453, ST1455 и ST1454) (см. табл. 1).
В нашем исследовании идентифицированы сиквенс-типы L. monocytogenes (ST1, ST2, ST7, ST9 и ST155), которые часто ассоциированы с листериозами у людей [19]. Ранее было показано, что сиквенс-тип ST7 L. monocytogenes в Российской Федерации является аутохтонной генетической линией, ассоциированной не только с перинатальным и неонатальным листериозом и менингитом, но и с пищевыми продуктами и объектами окружающей среды [28, 29]. Важно заметить, что новые сиквенс-типы L. monocytogenes ST1453 и ST1455 штаммов, выделенных от людей в Вологодской и Ярославской областях, соответственно, относятся к клональным комплексам CC475 и CC11, соответственно, которые, по данным исследователей, ассоциированы с листериозной инфекцией у людей [20, 21]. Нами также идентифицированы сиквенс-типы, характерные для штаммов L. monocytogenes, изолированных из пищевых продуктов (ST5, ST14, ST16, ST26 и ST121). Ранее сиквенс-типы ST5 и ST14 были описаны для штаммов L. monocytogenes, выделенных в Тверской и Владимирской областях России из фекалий диких животных в национальных парках [30], а ST121 — в мясных полуфабрикатах в Москве и Самаре [29]. Новый сиквенс-тип ST1454 штамма, выделенного из говядины в Ростовской области, относится к клональному комплексу CC489, ранее описанному для штаммов, изолированных как от людей, так и из пищевых продуктов. Сиквенс-тип ST425, идентифицированный нами только у штамма, выделенного из сточных вод, был описан для изолятов, ассоциированных с пищевыми продуктами в Италии [19] и с фекалиями диких животных в Тверской области [30]. Кроме того, были определены четыре сиквенс-типа у штаммов, выделенных из разных источников: люди и пищевые продукты (ST9 и ST451), люди и сточные воды (ST7), люди, пищевые продукты и сточные воды (ST20) (см. табл. 1).
Новый сиквенс-тип ST1453 (CC475) эволюционной линии II штаммов L. monocytogenes, выделенных при системном листериозе, имеет аллельный профиль, отличающийся от такового ST475 (CC475) по двум генам — bglA (5 однонуклеотидных замен) и ldh (1 замена). Новый сиквенс-тип ST1455 (CC11) эволюционной линии II штаммов L. monocytogenes, изолированных при менингите у людей, отличается по одному гену cat (1 замена) от ST451 (СС11). Аллельный профиль нового сиквенс-типа ST1454 (CC489), относящегося к эволюционной линии I, штамма L. monocytogenes, выделенного из говядины, характеризуется новым аллелем гена lhkA210, зарегистрированным базой данных MLSTPasteur (Париж, Франция), который отличается от аллеля lhkA4 сиквенс-типа ST489 (CC489) одной точечной мутацией C101T, приводящей к аминокислотной замене Leu34Ser (табл. 3).
Таблица 3. Аллельные профили новых сиквенс-типов L. monocytogenes в сравнении с аллельными профилями сиквенс-типов соответствующих клональных комплексов
ST (CC) | Аллельные профили# | ||||||
abcZ (lmo2752) | bglA (lmo0319) | cat (lmo2785) | dapE (lmo0265) | dat (lmo1619) | ldh (lmo0210) | lhkA (lmo1508) | |
1453*(475) | 7 | 5 | 8 | 87 | 6 | 37 | 1 |
475(475) | 7 | 66 | 8 | 87 | 6 | 181 | 1 |
1455*(11) | 7 | 5 | 17 | 21 | 1 | 4 | 1 |
451(11) | 7 | 5 | 10 | 21 | 1 | 4 | 1 |
1454*(489) | 11 | 9 | 12 | 3 | 3 | 1 | 210** |
489(489) | 11 | 9 | 12 | 3 | 3 | 1 | 4 |
Примечание. ST — сиквенс-тип; CC — клональный комплекс; # — цифрами обозначены аллели генов аллельных профилей; * — новые сиквенс-типы, идентифицированные в данном исследовании; ** — новый аллель гена.
Серогруппы
В ходе работы идентифицировано 5 серогрупп L. monocytogenes: 1-2a-3a (n=20); 1/2c-3c (n=4); 4b (n=3); 4a-4c (n=2) и 1/2b-3b-7 (n=2). Штаммы, ассоциированные с менингитами в нашей работе, отнесены к эволюционной линии I (серогруппа 4b) и эволюционной линии II (серогруппы 1/2a-3a и 1/2c-3c) (см. табл. 1). Эти данные согласуются с утверждением, что большинство изолятов L. monocytogenes, вызывающих листериоз у людей, принадлежат к линии I (серотипы 1/2b и 4b) и к линии II (серотип 1/2a) [18, 25]. Штаммы, выделенные в нашем исследовании из пищевых продуктов и внешней среды, в большинстве принадлежали к серогруппе 1/2a-3a (табл. 1). По данным литературы, L. monocytogenes этой серогруппы также часто выделялись из пищевых продуктов и окружающей среды в Польше — 51,0% [17] и в Японии — 48,3% [26]. В России серогруппа 1/2a была идентифицирована у широкого спектра штаммов, выделенных из фекалий диких животных в национальных парках Новосибирской, Калужской, Тверской и Владимирской областей [30].
В литературе была описана корреляция между серотипами, сиквенс-типами и профилями антибиотикорезистентности изолятов L. monocytogenes, выделенных из пищевых продуктов, от людей и из окружающей среды. Так, в Италии изоляты серогруппы 4b-4e сиквенс-типа ST2 были резистентны к бета-лактамам, а сиквенс-типа ST9 — к макролидам и фторхинолонам [19]. В Китае изоляты серогруппы 2c сиквенс-типа ST9 имели фенотип MDR, проявляя резистентность к антибактериальным препаратам четырех функциональных групп (фениколам, макролидам, сульфаниламидам и тетрациклинам), а изоляты серогруппы 2a сиквенс-типа ST155 были резистентны только к сульфаниламидам и тетрациклинам [26]. В нашем исследовании изоляты L. monocytogenes OR-513 и OR-517 сиквенс-типа ST2 серогруппы 4b также проявляли резистентность к бета-лактамам, изоляты L. monocytogenes MIB-871 и MO-Ob сиквенс-типа ST9 серогруппы 1/2c-3c — к макролидам, сульфаниламидам и тетрациклинам, изолят L. monocytogenes Bel-1 сиквенс-типа ST155 серогруппы 1/2a-3a — к сульфаниламидам и тетрациклинам.
Полные геномы
Анализ полных геномов 20 штаммов L. monocytogenes показал, что они характеризовались значениями ГЦ-состава от 39,0 до 40,4; размеры геномов составили от 2,85 до 3,01 Mb; количество генов — от 2830 до 3040. В геномах выявлены гены антибиотикорезистентности. Наличие гена fosX обеспечивает природную устойчивость L. monocytogenes к фосфомицину. Присутствие в геномах изучаемых штаммов аллелей 1, 8, 15, 18 и 28 гена pbp-like коррелировало с фенотипом устойчивости к одному или нескольким бета-лактамам — ампициллину, амоксициллину и/или меропенему, а присутствие аллелей 11, 12, 14, 24, 65, 92, 117 и 126 этого гена не обеспечило устойчивости к этим антибиотикам. Наличие гена lin в геномах штаммов коррелировало с фенотипом резистентности к макролиду кларитромицину, отсутствие этого гена у трех штаммов указывает на наличие у них других механизмов устойчивости к этому антибиотику. Выявление гена norB у всех изучаемых штаммов не коррелировало с их фенотипом — они были чувствительны к фторхинолону ципрофлоксацину; активность других фторхинолонов в рамках данного исследования не тестировали. Присутствие гена sul в геномах всех штаммов L. monocytogenes коррелировало с фенотипом резистентности к сульфаниламидному препарату бисептолу. Генов устойчивости к аминогликозидам (aad, ant, aph и др.) не было выявлено, что объясняет чувствительность всех штаммов L. monocytogenes к амикацину (табл. 2, 4).
Таблица 4. Гены антибиотикорезистентности, идентифицированные в геномах штаммов L. monocytogenes
Штамм | lmo1702 fosX | lmo0441 pbp-like | lmo0919 lin | norB | lmo0224 sul |
Выделенные от людей: | |||||
MO-um | 2FOS | 8BL | 2CLA | 3* | 2BIS |
OR-513 | 2FOS | 28BL | -CLA | 20* | 7BIS |
OR-517 | 2FOS | 28BL | -CLA | 20* | 7BIS |
V276-2w | 5FOS | 11# | 21CLA | 19* | 6BIS |
MIB-871 | 8FOS | 1BL | 1CLA | 14* | 1BIS |
МО-Ob | 8FOS | 1BL | 1CLA | 14* | 1BIS |
V299w | 6FOS | 12# | 6CLA | 10* | 8BIS |
Bel-1 | 9FOS | 15BL | 13CLA | 25* | 1BIS |
Выделенные из пищевых продуктов: | |||||
V41w | -FOS | 92# | 26CLA | 16* | 4BIS |
Tve-12269 | 2FOS | 18BL | 4CLA | 6* | 5BIS |
Tve-11985 | 2FOS | 18BL | 4CLA | 6* | 5BIS |
V44w | 3FOS | 2# | -CLA | 5* | 4BIS |
V59w | 5FOS | 11# | 21CLA | 19* | 6BIS |
V30w | 12FOS | 126# | 24CLA | 33* | 15BIS |
V40w | 5FOS | 24# | 10CLA | 18* | 6BIS |
V23w | 7FOS | 14# | 62CLA | 13* | 1BIS |
Ros-150 | 2FOS | 65# | 58CLA | 116* | 2BIS |
Выделенные из окружающей среды: | |||||
W-3 | 1FOS | 117# | 17CLA | 28* | 13BIS |
W-4 | 5FOS | 11# | 21CLA | 19* | 6BIS |
W-5 | 6FOS | 12# | 6CLA | 10* | 8BIS |
Примечание. fosX — ген, кодирующий белок резистентности к фосфомицину; FOS — фенотип природной резистентности к форфомицину; pbp-like — ген, кодирующий PBP-подобный белок; BL — фенотип резистентности по крайней мере к одному из трех бета-лактамов — ампициллину, амоксициллину и меропенему; # — фенотип чувствительности к ампициллину, амоксициллину и меропенему; lin — ген устойчивости к макролидам-линкозамидам-стрептограминам; CLA — фенотип резистентности к макролиду кларитромицину; norB — ген NO-редуктазы, ассоциированный с устойчивостью к фторхинолонам; * — фенотип чувствительности к фторхинолону ципрофлоксацину; sul — ген устойчивости к сульфаниламидам; BIS — фенотип резистентности к сульфаниламиду бисептолу; цифрами обозначены номера аллелей генов; “-“ — ген отсутствует;
Исследованные нами штаммы содержали практически полные наборы генов в составе островов патогенности LIPI-1 (prfA, hly, plcA, plcB, mpl и actA), LIPI-2 (inlABCJ) и других генов вирулентности, локализованных вне отстровов патогенности (oatA, ami, gtcA, vip, lisK). Гены кластера интерналинов inlE и inlP детектированы у всех штаммов, а гены inlF, inlG, inlH, inlI и inlK — только у части штаммов, что согласуется с опубликованными ранее данными [2]. Остров патогенности LIPI-3 (llsAXGHBYDP) в нашем исследовании выявлен у двух штаммов эволюционной линии I (табл. 5), в том числе у штамма с новым сиквенс-типом ST1454, что согласуется с данными Chen et al. о выявлении LIPI-3 в штаммах эволюционной линии I [7]. В этой же работе отмечалось, что наличие островов патогенности LIPI-3 и LIPI-4 (licABC, glvA) было характерно для гипервирулентных штаммов L. monocytogenes [7]. Действительно, исследованный нами штамм L. monocytogenes MO-um, несущий LIPI-3, обладал высоким уровнем вирулентности, поскольку вызвал смерть и был выделен из секционного материала умершего от менингита человека. Острова патогенности LIPI-4 в исследованных нами штаммах выявлено не было. Это отсутствие, скорее всего, объясняется тем, что остров патогенности LIPI-4, как правило, ассоциирован с сиквенс-типами L. monocytogenes эволюционной линии I — ST87, ST296, ST388, ST782 и ST1104 [7], которые в нашем исследовании не выявлены.
Таблица 5. Гены вирулентности, идентифицированные в геномах штаммов L. monocytogenes
Штамм | ST | LIPI-1 | LIPI-2 | Гены интерналинов | Другие гены/Other genes | LIPI-3 | ||||||||||||||||||
prfA | hly | plcA | plcB | mpl | actA | inlA | inlB | inlC | inlJ | inlE | inlF | inlG | inlH | inlI | inlK | inlP | oatA | ami | gtcA | vip | lisK | |||
Выделенные от людей: | ||||||||||||||||||||||||
MO-um | ST1 | 6 | 6 | 9 | 5 | 8 | 56 | 3 | 4 | 6 | 168 | 5 | 6 | — | 4 | 4 | 5 | 4 | 5 | — | 3 | 44 | 8 | llsA1, llsX1, llsG1, llsH1, llsB1, llsY1, llsD1, llsP4 |
OR-513 | ST2 | 4 | 17 | 24 | 14 | 22 | 11 | 3 | 24 | 6 | 171 | 19 | 7 | — | 18 | 27 | 21 | 15 | 6 | — | 3 | 47 | 8 | — |
OR-517 | ST2 | 4 | 17 | 24 | 14 | 22 | 11 | 3 | 24 | 6 | 171 | 19 | 7 | — | 18 | 27 | 21 | 15 | 6 | — | 3 | 47 | 8 | — |
V276-2w | ST7 | 10 | 2 | — | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 21 | 2 | 7 | 2 | 2 | 1 | — | 2 | — |
MIB-871 | ST9 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 47 | 1 | 1 | 1 | 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | — | 1 | 1 | 3 | 1 | 1 | 1 | — |
МО-Ob | ST9 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 44 | 1 | 1 | 1 | 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | — |
V299w | ST20 | 1 | 23 | 28 | 3 | 10 | 14 | 34 | 30 | 2 | 16 | 12 | 20 | 2 | — | 31 | 28 | 18 | 21 | 16 | 9 | 5 | 2 | — |
Bel-1 | ST155 | 1 | 16 | 15 | 3 | 14 | 10 | 26 | 13 | 11 | 9 | 12 | 9 | 4 | 10 | 14 | 12 | 7 | 16 | 8 | 1 | 6 | 11 | — |
Выделенные из пищевых продуктов: | ||||||||||||||||||||||||
V41w | ST5 | 7 | 9 | 17 | 6 | 16 | 120 | 12 | 15 | 13 | 172 | 4 | 10 | — | 12 | 17 | 14 | 9 | 11 | 15 | 7 | 50 | 13 | — |
Tve-12269 | ST14 | 1 | 12 | 20 | 3 | 19 | 20 | 38 | 36 | 24 | — | 16 | — | — | 13 | — | 17 | 13 | 12 | 58 | 1 | 11 | 56 | — |
Tve-11985 | ST14 | 1 | 12 | 20 | 3 | 19 | 20 | 38 | 36 | 24 | 181 | 16 | — | — | 13 | — | 17 | 13 | 12 | 58 | 1 | 11 | 56 | — |
V44w | ST16 | 1 | 18 | 14 | 7 | 13 | 3 | 10 | 3 | 2 | 3 | 11 | 3 | 2 | 3 | 13 | 11 | 2 | 3 | 4 | 1 | — | 3 | — |
V59w | ST20 | 1 | 23 | 28 | 3 | 10 | 14 | 34 | 30 | 2 | 16 | 12 | 20 | 2 | — | 31 | 28 | 18 | 21 | 16 | 9 | 5 | 2 | — |
V30w | ST26 | 1 | 26 | 31 | 26 | 11 | 17 | 36 | 32 | 2 | 18 | 25 | 22 | 4 | 24 | 144 | 30 | 6 | 79 | 30 | 1 | 5 | — | — |
V40w | ST121 | 8 | 13 | 18 | 9 | 17 | 121 | 49 | 17 | 72 | 164 | 14 | — | — | 13 | 24 | 15 | 13 | 12 | — | 1 | 11 | 14 | — |
V23w | ST451 | 1 | 46 | 13 | 3 | 12 | 38 | 64 | 12 | 2 | 8 | 10 | 69 | 2 | 9 | 11 | 10 | 8 | 9 | 48 | 1 | 1 | 10 | — |
Ros-150 | ST1454* | 4 | — | 16 | 15 | 18 | 122 | 4 | 99 | 31 | — | 57 | — | 54 | 66 | 69 | 72 | 23 | — | 54 | 7 | — | 21 | llsA1, llsX1, llsG1, llsH6, llsB2, llsY4, llsD20, llsP2 |
Выделенные из окружающей среды: | ||||||||||||||||||||||||
W-3 | ST425 | 1 | 11 | 19 | 12 | 14 | 6 | 161 | 19 | 68 | 14 | 15 | — | — | 15 | 134 | 17 | 17 | 12 | 69 | 1 | 14 | 82 | — |
W-4 | ST20 | 1 | 23 | 28 | 3 | 10 | 14 | 34 | 30 | 2 | 16 | 12 | 20 | 2 | — | 31 | 28 | 18 | 21 | 16 | 9 | 5 | 2 | — |
W-5 | ST7 | 10 | 2 | — | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 21 | 2 | 7 | 2 | 2 | 1 | — | 2 | — |
Примечание. LIPI — острова патогенности; * — новый сиквенс-тип, идентифицированный в данном исследовании.
В изучаемой коллекции штаммов L. monocytogenes было показано соответствие между сиквенс-типом штамма и его аллельным профилем генов вирулентности. Например, три штамма сиквенс-типа ST20, выделенные из трех разных источников (от людей, из пищевых продуктов и из сточных вод) имели идентичные аллельные профили 22 генов вирулентности L. monocytogenes. Эта же закономерность отмечена для двух штаммов ST7, выделенных от человека и из сточных вод, а также для двух штаммов ST2, изолированных от людей. Два штамма ST14, выделенные из пищевых продуктов, имели аллельные профили, отличающиеся по наличию только одного гена inlJ. Аллельные профили двух штаммов ST9, полученные от людей в разных регионах РФ, отличались по аллелям генов inlA, inlK и ami (см. табл. 5). Ранее подобное наблюдение было описано для трех генов prfA, inlA и hly, последовательности которых были идентичны у штаммов, принадлежащих к одному и тому же сиквенс-типу [29, 30].
Важно отметить, что штаммы, выделенные из пищевых продуктов и из сточных вод, имеют, по всей вероятности, большой потенциал патогенности для людей, так как их наборы генов вирулентности соизмеримы по количеству с таковыми у клинических штаммов. Такие штаммы представляют значительную угрозу для общественного здравоохранения.
Выявление генов стрессоустойчивости в геномах штаммов L. monocytogenes в нашем исследовании показало наличие трех групп штаммов: несущих остров SSI-1 (n=9), несущих остров SSI-2 (n=1) и не имеющих островов стрессоустойчивости (n=10) (табл. 6). Остров SSI-1, ассоциированный с устойчивостью к кислотам, солям, и обеспечивающий рост в пищевых продуктах [14], обнаружен нами у штаммов эволюционной линии I (ST5 и ST1454) и эволюционной линии II (ST7, ST9, ST16, ST26 и ST155). Аналогичные данные были получены ранее в Китае [7]. Аллельные профили 5 генов острова SSI-1 были индивидуальными для каждого из сиквенс-типов, аналогичная закономерность была отмечена для аллельных профилей генов вирулентности (см. табл. 5). Остров SSI-2, обеспечивающий L. monocytogenes выживание в щелочных условиях и в условиях окислительного стресса, обнаружен в штамме сиквенс-типа ST121, что согласуется с данными литературы [7, 15].
Таблица 6. Гены островов стрессоустойчивости, идентифицированные в геномах штаммов L. monocytogenes
Штамм | ST | SSI-1 | SSI-2 | |||||
lmo0444 | lmo0445 | lmo0446 | lmo0447 | lmo0448 | lin0464 | lin0465 | ||
Выделенные от людей: | ||||||||
MO-um | ST1 | — | — | — | — | — | — | — |
OR-513 | ST2 | — | — | — | — | — | — | — |
OR-517 | ST2 | — | — | — | — | — | — | — |
V276-2w | ST7 | 4 | 3 | 1 | 4 | 3 | — | — |
MIB-871 | ST9 | 1 | 1 | 1 | 4 | 1 | — | — |
МО-Ob | ST9 | 1 | 1 | 1 | 4 | 1 | — | — |
V299w | ST20 | — | — | — | — | — | — | — |
Bel-1 | ST155 | 1 | 4 | 5 | 4 | 5 | — | — |
Выделенные из пищевых продуктов: | ||||||||
V41w | ST5 | 3 | 2 | 2 | 3 | 2 | — | — |
Tve-12269 | ST14 | — | — | — | — | — | — | — |
Tve-11985 | ST14 | — | — | — | — | — | — | — |
V44w | ST16 | 5 | 1 | 1 | 4 | 1 | — | — |
V59w | ST20 | — | — | — | — | — | — | — |
V30w | ST26 | 4 | 3 | 6 | 7 | 5 | — | — |
V40w | ST121 | — | — | — | — | — | 2 | 2 |
V23w | ST451 | — | — | — | — | — | — | — |
Ros-150 | ST1454* | 31 | 4 | 2 | 3 | 6 | — | — |
Выделенные из окружающей среды: | ||||||||
W-3 | ST425 | — | — | — | — | — | — | — |
W-4 | ST20 | — | — | — | — | — | — | — |
W-5 | ST7 | 4 | 3 | 1 | 4 | 3 | — | — |
Примечание. * — новый сиквенс-тип, идентифицированный в данном исследовании.
Филогенетическое дерево
Большое генетическое разнообразие среди изученных штаммов L. monocytogenes подтверждается при анализе филогенетического дерева, построенного на основе аллельных профилей генов мультилокусного сиквенс-типирования (abcZ, bglA, cat, dapE, dat, ldh и lhkA) (рис. 1). Сиквенс-типы, относящиеся к эволюционным линиям I и II, образовали два кластера — A и B. Кластер A составили 15 сиквенс-типов эволюционной линии II, которые разделились на две группы (A1 и A2). Группа A1 включает в себя один сиквенс-тип ST14, группа A2 — 11 сиквенс-типов, которые образовали три подгруппы: A2a (ST425, ST121 и ST1453), A2b (ST1455, ST451 и ST9) и A2c (ST16, ST26, ST7, ST155 и ST20). Важно отметить, что новые сиквенс-типы ST1453 и ST1455, идентифицированные в данном исследовании у штаммов, выделенных от людей, филогенетически близки к эпидемически значимым сиквенс-типам ST121 и ST451, соответственно, которые характерны для изолятов L. monocytogenes, выделяемых в мире как от людей, так и из пищевых продуктов. Генетическая неоднородность L. monocytogenes отмечена также и в кластере B, представленном в нашем исследовании четырьмя сиквенс-типами эволюционной линии I. Внутри кластера выделены две генетические группы. Одну из них (B1) составил новый сиквенс-тип ST1454 клонального комплекса CC489, который генетически дистанцирован от группы B2 (ST1, ST2 и ST5). По данным научной литературы, сиквенс-типы группы B2 характерны для гипервирулентных штаммов L. monocytogenes, вызывающих тяжелые формы листериоза у людей [21, 22].
Филогенетическое дерево изучаемых штаммов L. monocytogenes, построенное на основании сравнения нуклеотидных последовательностей аллельных профилей MLST.
a, b — генетические кластеры; A1, A2, B1 и B2 — генетические группы; A2a, A2b и A2c — генетические подгруппы; I, II — эволюционные линии L. monocytogenes; * — новые сиквенс-типы, идентифицированные в данном исследовании.
Заключение
В заключение следует подчеркнуть, что в данном исследовании изучены клинические и неклинические штаммы L. monocytogenes, выделенные в нескольких областях Европейской части Российской Федерации, характеризующиеся значительным генетическим внутривидовым разнообразием, принадлежащие к двум эволюционным линиям, 16 сиквенс-типам и пяти серогруппам. Выявление в нашем исследовании трех новых сиквенс-типов листерий (ST1453, ST1454 и ST1455) и наличие в международной базе данных BIGSdb-Lm более 2100 зарегистрированных сиквенс-типов L. monocytogenes, указывает на протекание активных эволюционных процессов в популяциях L. monocytogenes. Полученные нами данные указывают также на серьезную ситуацию с распространением множественной лекарственной резистентности (MDR) у L. monocytogenes, что представляет большую угрозу для практического здравоохранения. Показано наличие у изучаемых штаммов L. monocytogenes большого патогенного потенциала, базирующегося на наличии в их геномах генетических островов патогенности и стрессоустойчивости, генетических детерминант антибиотикорезистентности. Установлено генетическое родство изученных нами штаммов L. monocytogenes с интернациональными эпидемически значимыми генетическими линиями.
Благодарности
Авторы благодарят команду кураторов системы MLST Института Пастера Pasteur (Париж, Франция) за размещение новых аллелей, профилей и изолятов на сайт http:/www.pasteur.fr/mlst.
Финансирование работы
Работа выполнена в рамках Отраслевой программы Роспотребнадзора.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.