DOI: https://doi.org/10.22263/2312-4156.2021.5.34
Петровская Т.А.1, Карпова Е.В.1, Тапальский Д.В.1, Можаровская Л.В.2, Баранов О.Ю.2
Молекулярно-генетические механизмы устойчивости нозокомиальных штаммов Klebsiella pneumoniae к полимиксинам и антибиотикам других групп по данным полногеномного секвенирования
1Гомельский государственный медицинский университет, г. Гомель, Республика Беларусь
2Институт леса Национальной академии наук Беларуси, г. Гомель, Республика Беларусь
Вестник ВГМУ. – 2021. – Том 20, №5. – С. 34-41.
Резюме.
Выявление многочисленных механизмов резистентности к колистину и другим антибиотикам возможно при помощи метода полногеномного секвенирования.
Цель исследования – оценить молекулярно-генетические механизмы устойчивости к полимиксинам и антибиотикам других групп у нозокомиальных штаммов Klebsiella pneumoniae.
Материал и методы. Для 13 штаммов K. pneumoniae с множественной и экстремальной устойчивостью к антибиотикам выполнено полупроводниковое секвенирование в геномном секвенаторе Ion PGM System (Thermo Fisher Scientific, США). Проведена сборка геномных последовательностей и их аннотация. Для прогнозирования влияния нуклеотидных замен на структуру аминокислотных последовательностей и функциональную активность белков использовали программный инструмент PROVEAN. Идентификация генов антибиотикорезистентности и поиск механизмов эффлюкса осуществлялись с помощью веб-ресурсов ResFinder v4.1. и CARD.
Результаты. У всех штаммов были обнаружены гены β-лактамаз одновременно нескольких типов, а также гены устойчивости к фосфомицину. Гены устойчивости к аминогликозидам выявлены у 11 штаммов, к хлорамфениколу – у 10, к рифампицину – у 5, к макролидам – у 4. Гены фосфоэтаноламинтрансферазы mcr отсутствовали у всех штаммов. При сопоставлении исследуемых образцов с референсным штаммом K. pneumoniae ATCC 700603 выявлены функционально значимые замены в гене pmrB (D150Y, T157P, G207S). Также обнаружены изменения гена mgrB у колистинорезистентных штаммов (замена W20R, инсерционная инактивация гена транспозонами семейств IS1, IS4 и IS5).
Заключение. Результаты полногеномного секвенирования отражают значительную устойчивость нозокомиальных штаммов K. pneumoniae к большинству антибиотиков, включая β-лактамы, аминогликозиды, фторхинолоны, фосфомицин, хлорамфеникол, полимиксины. Выявлены генетические детерминанты устойчивости к колистину (инсерционная инактивация и делеция гена mgrB, замены D150Y, T157P и G207S в гене pmrB) у штаммов с МПК колистина 64-128 мг/л и их отсутствие у колистиночувствительных штаммов.
Ключевые слова: Klebsiella pneumoniae, колистин, антибиотикорезистентность, полногеномное секвенирование.
Источники финансирования. Исследование проведено в рамках задания «Изучение биологических и молекулярно-генетических механизмов формирования устойчивости к полимиксинам у экстремально-антибиотикорезистентных грамотрицательных бактерий и обоснование комбинированной антибиотикотерапии вызываемых ими инфекций» ГПНИ «Фундаментальные и прикладные науки – медицина», 2016-2020 гг.
Литература
1. Тапальский, Д. В. Бактерицидная активность комбинаций антибиотиков в отношении экстремально-антибиотикорезистентных штаммов Klebsiella pneumoniae с устойчивостью к колистину / Д. В. Тапальский, Т. А. Петровская // Мед. новости. – 2020. – № 2. – С. 63–66.
2. Ah, Y. M. Colistin resistance in Klebsiella pneumoniae / Y. M. Ah, A. J. Kim, J. Y. Lee // Int. J. Antimicrob. Agents. – 2014 Jul. – Vol. 44, N 1. – P. 8–15.
3. Colistin and polymyxin B susceptibility testing for carbapenem-resistant and mcr-positive Enterobacteriaceae: comparison of Sensititre, MicroScan, Vitek 2, and Etest with broth microdilution / K. L. Chew [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2017 Sep. – Vol. 55, N 9. – P. 2609–2616.
4. Emergence of plasmid-mediated colistin resistance mechanism MCR-1 in animals and human beings in China: a microbiological and molecular biological study / Y-Y. Liu [et al.] // Lancet Infect. Dis. – 2016 Feb. – Vol. 16, N 2. – P. 161–168.
5. Dissemination of the mcr-1 colistin resistance gene / M. R. Mulvey [et al.] // Lancet Infect. Dis. – 2016 Mar. – Vol. 16, N 3. – P. 289–290.
6. ISO 20776-1:2006 «Clinical laboratory testing and in vitro diagnostic test systems – Susceptibility testing of infectious agents and evaluation of performance of antimicrobial susceptibility test devices» – Part 1: Reference method for testing the in vitro activity of antimicrobial agents against rapidly growing aerobic bacteria involved in infectious diseases. [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.iso.org/standard/41630.html http://www.eucast.org/ast_of_bacteria/warnings/. – Date of access: 28.09.2021.
7. EUCAST warnings concerning antimicrobial susceptibility testing products or procedures [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.eucast.org/ast_of_bacteria/warnings/. – Date of access: 28.09.2021.
8. Carbapenemase-producing organisms: a global scourge / R. A. Bonomo [et al.] // Clin. Infect. Dis. – 2018 Apr. – Vol. 66, N 8. – P. 1290–1297.
9. Silver, L. L. Fosfomycin: mechanism and resistance / L. L. Silver // Cold Spring Harb. Perspect Med. – 2017 Feb. – Vol. 7, N 2. – Art. a025262.
10. Molecular epidemiology of colistin-resistant Enterobacteriaceae in inpatient and avian isolates from China: high prevalence of mcr-negative Klebsiella pneumoniae / X. Wang [et al.] // Int. J. Antimicrob. Agents. – 2017 Oct. – Vol. 50, N 4. – P. 536–541.
11. Resistome of carbapenem- and colistin-resistant Klebsiella pneumoniae clinical isolates / S. Lomonaco [et al.] // PLoS One. – 2018 Jun. – Vol. 13, N 6. – Art. e0198526.
12. Evaluation of three broth microdilution systems to determine colistin susceptibility of Gram-negative bacilli / A. Jayol [et al.] // J. Antimicrob. Chemother. – 2018 May. – Vol. 73, N 5. – P. 1272–1278.
13. AMRmap: an interactive web platform for analysis of antimicrobial resistance surveillance data in Russia / A. Y. Kuzmenkov [et al.] // Front Microbiol. – 2021 Mar. – Vol. 12. – Art. 620002.
14. Shirley, M. Ceftazidime-Avibactam: A Review in the Treatment of Serious Gram-Negative Bacterial Infections / M. Shirley // Drugs. – 2018 Apr. – Vol. 78, N 6. – P. 675–692.
15. Jacoby, G. A. Plasmid-mediated quinolone resistance / G. A. Jacoby, J. Strahilevitz, D. C. Hooper // Microbiol. Spectr. – 2014 Oct. – Vol. 2, N 5. – Art. 10.1128.
Сведения об авторах:
Петровская Т.А. – старший преподаватель кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии, Гомельский государственный медицинский университет,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6580-3603
Карпова Е.В. – ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии, Гомельский государственный медицинский университет,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3952-6187
Тапальский Д.В. – д.м.н., доцент, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, Гомельский государственный медицинский университет,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9484-7848
Можаровская Л.В. – научный сотрудник лаборатории геномных исследований и биоинформатики, Институт леса НАН Беларуси,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9106-1877
Баранов О.Ю. – д.б.н., доцент, заведующий лабораторией геномных исследований и биоинформатики, Институт леса НАН Беларуси,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0665-0093
Адрес для корреспонденции: Республика Беларусь, 246050, г. Гомель, ул. Ланге, 5, Гомельский государственный медицинский университет, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. – Тапальский Дмитрий Викторович.
