Генетика, 2020, T. 56, № 3, стр. 272-281
Мобилом клинических карбапенем-устойчивых изолятов Klebsiella pneumoniae
А. Е. Алексеева 1, *, Н. Ф. Бруснигина 1, Н. А. Гординская 2
1 Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии
им. академика И.Н. Блохиной
603950 Нижний Новгород, Россия
2 Приволжский исследовательский медицинский университет
603005 Нижний Новгород, Россия
* E-mail: a.e.alexeeva79@mail.ru
Поступила в редакцию 07.03.2019
После доработки 25.04.2019
Принята к публикации 05.06.2019
Аннотация
Дана характеристика структуры мобилома клинических изолятов Klebsiella pneumoniae, принадлежащих к эпидемически распространенному сиквенс-типу 395 и продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра действия CTX-M-15 и OXA-48 карбапенемазы. По данным анализа in silico в мобиломе всех штаммов установлено наличие Col-подобной плазмиды и репликонов групп несовместимости R и L/M. Проведен анализ генетического окружения генов blaOXA-48 и blaСТХ-М-15 и описаны варианты мобильных структур, участвующих в распространении этих генов. В структуре мобилома штамма K. pneumoniae KP1083 обнаружены дополнительная плазмида HI1B/FIB, нуклеотидная последовательность которой имеет филогенетическое родство с плазмидой pNDM-MAR, а также широкий спектр мобильных структур, сцепленных с детерминантами антибиотикорезистентности, в частности инсерционные структуры ISCR1 и две интегразы, относящиеся к интегронам класса 1.
В Российской Федерации, как и во всем мире, бактерии вида K. pneumoniae являются актуальными нозокомиальными патогенами, вызывающими инфекционные заболевания респираторного, желудочно-кишечного трактов, глаз, кожи, инфекции мочевыводящих путей, центральной нервной системы, а также первичные абсцессы печени [1–3]. Повышенное внимание исследователей к изучению клинических изолятов клебсиелл связано, в первую очередь, с биологическими свойствами данных микроорганизмов, в частности с их вирулентностью и высокой устойчивостью к широкому спектру антимикробных препаратов [1, 2, 4]. Антибиотикорезистентность клебсиелл, как правило, связана с наличием генетических детерминант, расположенных на мобильных элементах (плазмидах, транспозонах, интегронах, IS-элементах и т.д.) [3–7].
Исследователями разных стран мира показано присутствие в геноме клинических штаммов клебсиелл нескольких плазмид, часто комбинированных и принадлежащих одновременно к нескольким группам несовместимости [3, 5]. Однако хотелось бы отметить, что в Российской Федерации имеется существенный недостаток сведений, касающихся детальной характеристики мобилома нозокомиальных штаммов K. pneumoniae.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования были три карбапенем-резистентных клинических изолята K. pneumoniae KP59, KP314, KP1083, выделенных из раневой поверхности пациентов ожогового отделения клиники ФГБОУ “Приволжский исследовательский медицинский университет”. ДНК чистых культур K. pneumoniae выделяли с помощью коммерческого набора “АмплиПрайм ДНК-сорб-В” (ЦНИИЭ, Россия). Полногеномное секвенирование штаммов K. pneumoniae проводили на секвенаторе MiSeq (Illumina, США). При подготовке библиотеки ДНК для секвенирования использовали набор Nextera XT Sample Preparation kit (Illumina, США), секвенирование проводили с использованием набора MiSeq reagent kit v2 (Illumina, США) на 500 циклов. Сборку чтений de novo, полученных в результате секвенирования, осуществляли c помощью программного обеспечения SPAdes версия 3.9.1 [8]. Аннотирование проводили с использованием NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline (PGAP) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ genome/annotation_prok/). С помощью сервиса BLASTN [9] осуществляли поиск гомологичных последовательностей, принадлежащих плазмидам, и подбор наиболее близких референс-последовательностей целых плазмид, депонированных в базе данных GenBank. Типирование по группам несовместимости плазмид in silico проводили с использованием web-сервиса PlasmidFinder [10]. Поиск детерминант антибиотикорезистентности и патогенности осуществляли с помощью базы данных Klebsiella Sequence Typing (http:// bigsdb.pasteur.fr/klebsiella/klebsiella.html) и сервера Center for Genomic Epidemiology (https:// cge.cbs.dtu.dk/services/). Поиск и характеристику мобильных элементов, связанных с детерминантами антибиотикорезистентности, проводили с помощью web-сервисов IS-finder [11] и INTEGRALL [12]. Для выявления гомологичных последовательностей мобильных структур относительно базы данных RefSeq (NCBI) [13] использовали сервис BLASTN.
Филогенетический анализ проводили с помощью web-сервиса REALPHY [14], построение дендрограмм осуществляли в программе MEGA версия 7.0.21 [15], алгоритм ближайшего соседа (Neighbor-Joining) [16] с бутстреп-поддержкой (1000 повторов).
РЕЗУЛЬТАТЫ
На основании полученных результатов сборки коротких чтений проведено типирование исследуемых штаммов K. pneumoniae KP59, KP314, KP1083, установлена принадлежность их сиквенс-типу 395 (ST395) и капсульному типу K2. Более подробная характеристика этих штаммов клебсиелл дана в ранее представленной публикации [17].
При анализе нуклеотидных последовательностей генома штаммов K. pneumoniae KP59, KP314, KP1083, проведенном с помощью web-сервиса PlasmidFinder, найдены репликоны групп несовместимости L/M и R. Кроме того, выявлен Col440I/440II-подобный репликон с уровнем гомологии около 90% относительно нуклеотидных последовательностей плазмид K. pneumoniae FDAARGOS_440 plasmid unnamed (номер GenBank CP023920.1 и CP023921.1). У штамма K. pneumoniae KP1083 дополнительно обнаружены репликоны IncHI1B и IncFIB, имеющие уровень идентичности 99.82 и 99.54% соответственно с репликонами плазмиды pNDM-MAR (номер GenBank JN420336.1), выявленной у штамма K. pneumoniae TCKpnC (Марокко, 2011) [18].
Принадлежность контигов конъюгативной плазмиде IncL/M определяли относительно референс-последовательности плазмиды pOXA-48 штамма K. pneumoniae Kp11978 (номер GenBank JN626286.1). В результате аннотирования установлено, что у всех трех штаммов данная плазмида несет только детерминанту OXA-48 карбапенемазы. У штамма K. pneumoniae KP1083 детерминанта OXA-48 входит в состав широко распространенного транспозона Tn1999 [19]. При анализе генетического окружения детерминанты blaOXA-48 штаммов клебсиелл KP59 и KP314 с помощью сервиса BLASTN установлено, что наиболее гомологичной является структура транспозона Tn1999.2, несущего ген OXA-48 карбапенемазы и выявленного впервые в плазмиде p11099 штамма E. cloacae 11099 (номер GenBank JN714122.1) [20]. На рис. 1 представлена дендрограмма нуклеотидных последовательностей плазмид IncL/M исследуемых штаммов и полногеномных последовательностей плазмид K. pneumoniae, депонированных в базу данных GenBank.
Результаты филогенетического анализа показали, что нуклеотидные последовательности плазмид IncL/M штаммов K. pneumoniae KP59, KP314 находятся на одной ветке, а штамма K. pneumoniae KP1083 группируются с плазмидной ДНК pOXAAPSS2 (номер GenBank KU159086.1), выделенной у штамма K. pneumoniae OXAAPSS2 (Санкт-Петербург, 2012 г.).
Референс-последовательностью для определения контигов, принадлежащих плазмиде IncR, являлась нуклеотидная последовательность плазмиды pKp_Goe_629-1 (номер GenBank CP018365.1). По данным аннотирования в структуре плазмиды IncR исследуемых штаммов K. pneumoniae обнаружено значительное количество детерминант антибиотикорезистентности, включая ген эпидемически значимой СТХ-М-15 цефалоспориназы. При анализе генетического окружения гена blaСТХ-М-15 с помощью web-сервиса IS-finder установлено, что у всех трех исследуемых штаммов в генетическую структуру, несущую детерминанту СТХ-М-15, входит делетированная последовательность мобильного элемента ISEcp1 длиной в 192 нуклеотида, через 48 нуклеотидов расположен ген blaСТХ-М-15, далее находится ген, предположительно кодирующий металлопротеин семейства WbuC, затем последовательность транспозона ∆Tn3 (контиги MRVH02000054.1, MRYN02000056.1, MRYM02000096.1 + + MRYM02000092.1). Вся структура фланкирована инвертированными инсерционными элементами длиной 188 пн, представляющими собой последовательности ∆IS26 транспозаз. Следует отметить, что высокогомологичная структура обнаружена только в референсной нуклеотидной последовательности плазмиды Kp_Goe_629-1 штамма K. pneumoniae Kp_Goe_62629 (Германия, 2015 г.) Менее гомологичные последовательности обнаружены в плазмидах других групп несовместимости, выделенных у различных штаммов бактерий семейства Enterobacteriaceae.
Сцеплены с мобильными элементами и другие детерминанты антибиотикорезистентности, локализованные группами на разных контигах, которые входят в структуру плазмиды IncR. В частности, на одном контиге расположены детерминанты пентапептидного белка QnrS1, определяющего устойчивость к хинолонам, и бета-лактамазы TEM-1. Ген qnrS1 фланкирован, c одной стороны, инсерционным элементом ISKpn19, а с другой – фрагментом последовательности транспозазы, предположительно относящейся к семейству IS3. Ген blaTEM-1 находится в составе ∆Tn2 транспозона длиной 2125 пн [21].
Гены, определяющие устойчивость к триметоприму (dfrA1), тетрациклину (tetA), сульфаниламидам (sul1), связаны с мобильным элементом IS6100.
С транспозазой семейства IS6 сцеплены гены аминогликозидацетилтрансферазы (aac(6')-Ib-cr), оксациллиназы OXA-1 (blaOXA-1), хлорамфениколацетилтрансферазы (catB3).
Дендрограмма нуклеотидных последовательностей плазмид IncR исследуемых штаммов K. pneumoniae относительно полногеномных последовательностей плазмид IncR K. pneumoniae, депонированных в базу данных GenBank, представлена на рис. 2.
Результаты филогенетического анализа показали, что последовательности всех трех штаммов группируются в единый кластер только с плазмидой Kp_Goe_629-1 штамма K. pneumoniae Kp_Goe_62629.
Обнаруженная в структуре мобилома всех трех штаммов клебсиелл Col-подобная плазмида длиной 3.5–3.6 тыс. пн является высокогомологичной (99%) с нуклеотидной последовательностью короткой плазмиды pB1023 (номер GenBank JQ319770.1) штамма E. cloacae BB1092 и плазмиды plasmid4 (номер GenBank CP034043.1) штамма K. pneumoniae CRK0298. В структуре плазмиды выявлены только гены, ответственные за мобилизацию и репликацию. Относительно базы данных RefSeq NCBI (для таксона K. pneumoniae) высокогомологичные последовательности длиной от 3 тыс. до 7.3 тыс. пн обнаружены у более 30 штаммов клебсиелл, изолированных в различных странах мира, включая Российскую Федерацию.
Как уже было сказано выше, штамм K. pneumoniae KP1083 характеризуется наличием дополнительно двух репликонов HI1B и FIB, имеющих высокий уровень идентичности с соответствующими последовательностями плазмиды pNDM-MAR. Таким образом, мы предположили, что репликон IncFIB также входит в структуру плазмиды IncHI1B штамма K. pneumoniae KP1083. Подбор контигов, относящихся к плазмиде IncHI1B/FIB исследуемого штамма, проводился относительно последовательности pNDM-MAR. При анализе нуклеотидной последовательности плазмиды IncHI1B/FIB обнаружены гены аэробактина (iucABCDiutA), а также гены, определяющие устойчивость к ионам теллура (terEX) (табл. 1).
Таблица 1.
Штамм | Группы несовместимости плазмид | Референс-геномы плазмид | Номера контигов в базе данных GenBank | Детерминанты антибиотикорезистентности | Детерминанты патогенности |
---|---|---|---|---|---|
KP59 | IncL/M | JN626286.1 | MRVH02000033.1, MRVH02000046.1, MRVH02000060.1, MRVH02000070.1, MRVH02000072.1, MRVH02000080.1, MRVH02000100.1 | blaOXA-48 | |
IncR | CP018365.1 | MRVH02000044.1, MRVH02000048.1, MRVH02000049.1, MRVH02000053.1, MRVH02000054.1, MRVH02000056.1, MRVH02000058.1, MRVH02000061.1, MRVH02000062.1, MRVH02000063.1, MRVH02000064.1, MRVH02000065.1, MRVH02000066.1, MRVH02000067.1, MRVH02000070.1, MRVH02000072.1, MRVH02000080.1, MRVH02000081.1, MRVH02000083.1, MRVH02000092.1 | blaOXA-1, blaТЕМ-1, blaСТХ-М-15, qnrS1, tet(A), sul1, dfrA1, aac(6')-Ib-cr, catB3, catA1 | ||
Col440I/440II | JQ319770.1 | MRVH02000055.1 | |||
KP314 | IncL/M | CP018461.1 | MRYN02000034.1, MRYN02000046.1, MRYN02000061.1, MRYN02000070.1, MRYN02000072.1, MRYN02000083.1, MRYN02000103.1 | blaOXA-48 | |
IncR | CP018365.1 | MRYN02000044.1, MRYN02000050.1, MRYN02000051.1, MRYN02000055.1, MRYN02000056.1, MRYN02000058.1, MRYN02000062.1, MRYN02000063.1, MRYN02000064.1, MRYN02000066.1, MRYN02000067.1, MRYN02000071.1, MRYN02000073.1, MRYN02000083.1, MRYN02000084.1, MRYN02000092.1, MRYN02000111.1, MRYN02000093.1, MRYN02000099.1 | blaOXA-1, blaТЕМ-1, blaСТХ-М-15, qnrS1, tet(A), sul1, dfrA1, aac(6')-Ib-cr, catB3, catA1 | ||
Col440I/440II | JQ319770.1 | MRYN02000057.1 | |||
KP1083 | IncL/M | CP018461.1 | MRYM02000034.1, MRYM02000064.1 | blaOXA-48 | |
IncR | CP018365.1 | MRYM02000059.1, MRYM02000066.1, MRYM02000075.1, MRYM02000076.1, MRYM02000080.1, MRYM02000089.1, MRYM02000090.1, MRYM02000091.1, MRYM02000092.1, MRYM02000094.1, MRYM02000096.1, MRYM02000099.1, MRYM02000104.1, MRYM02000107.1 | blaOXA-1, blaТЕМ-1, blaСТХ-М-15, qnrS1, tet(A), sul1, dfrA1, aac(6')-Ib-cr, catA1, catB3 | ||
IncHI1B/FIB | JN420336.1 | MRYM02000026.1, MRYM02000033.1, MRYM02000039.1, MRYM02000046.1, MRYM02000049.1, MRYM02000054.1, MRYM02000072.1, MRYM02000081.1, MRYM02000097.1, MRYM02000123.1 | iucABCD, iutA, terEX | ||
Col440I/440II | JQ319770.1 | MRYM02000083.1 | |||
MRYM02000063.1 | ISCR1, armA, msrE, mphE | ||||
MRYM02000086.1 | Int1, dfrA17, aadA5 | ||||
MRYM02000093.1 | ∆Int1, aadB, aadA1 |
На рис. 3 представлены результаты филогенетического анализа относительно полногеномных последовательностей плазмид IncHI1B/FIB.
Полученные данные свидетельствуют, что последовательности плазмиды IncHI1B штамма K. pneumoniae KP1083 имеют высокое филогенетическое родство с нуклеотидной последовательностью плазмиды pKP8-2 (номер GenBank CP025638.1) штамма K. pneumoniae LS356 (Китай, 2011 г.).
Часть контигов, входящих в структуру мобилома штамма K. pneumoniae KP1083, не удалось отнести к какой-либо плазмиде с использованием сервиса BLASTN. Некоторые из них содержат мобильные элементы, сцепленные с детерминантами антибиотикорезистентности. Так, в контиге MRYM02000086.1 выявлен неполный интегрон первого класса, представленный только 5'CS-участком, включающим интегразу и гены устойчивости к триметоприму (dfrA17) и аминогликозидам (aadA5). В контиге MRYM02000075.1 обнаружен Tn3-подобный элемент, несущий транспозазу семейства TnAs3 и детерминанту устойчивости к фениколам (catA1). В структуре контига MRYM02000063.1 определены инсерционный элемент ISCR1 (insertion sequence common region) [22], ген метилазы 16S рРНК (armA), обеспечивающей устойчивость к аминогликозидам, IS4-подобный элемент (ISEc29 семейства транспозаз) с генами белка защиты мишени Msr(E) и макролид 2'-фосфотрансферазы (mphE), вся структура фланкирована инвертированными остатками IS6 транспозаз. В контиге MRYM02000093.1 обнаружена укороченная (127 пн) последовательность интегразы интегрона класса 1, с которой сцеплены гены аденилилтрансфераз: ant(2'')-Ia (aadB) и ant(3")-Ia (aadA1).
ОБСУЖДЕНИЕ
Характерной особенностью энтеробактерий, в том числе K. pneumoniae, является одновременное присутствие в структуре генома нескольких плазмид, принадлежащих к разным группам несовместимости и несущих детерминанты множественной лекарственной устойчивости. Известно, что многокопийные плазмиды могут иметь малый размер (1.3–3.75 тыс. пн), а низкокопийные – большой (105 тыс. пн и выше) [3, 5].
У всех трех исследуемых штаммов K. pneumoniae обнаружена Col-подобная плазмида, встречающаяся не только у представителей K. pneumoniae, но и у E. cloacae. Данная Col-подобная плазмида не несет в своей структуре детерминант патогенности и антибиотикорезистентности, однако по данным литературы некоторые группы Col-плазмид, в частности представители ColE1, характеризуются наличием таких детерминант за счет приобретения Tn3-подобных транспозонов [3].
Нуклеотидная последовательность плазмиды резистентности IncR, выявленная у всех исследуемых штаммов клебсиелл, содержит детерминанту blaСТХ-М-15. Обнаружение гена CTX-M-15 цефалоспориназы в структуре плазмиды, принадлежащей группе несовместимости R, является нехарактерным, поскольку согласно представленным в литературе сведениям данная детерминанта наиболее часто детектировалась в составе плазмид IncF (FIA, FIB, FII), IncI, IncN, IncHI2, IncL/M и IncK [5, 23]. Описанию генетического окружения гена CTX-M-15 цефалоспориназы посвящено значительное число работ, в которых показано наличие большого генетического разнообразия в участках ДНК бактерий семейства Enterobacteriaceae, прилегающих к генам blaCTX-M. Известно, что первичная мобилизация гена blaCTX-M-15 произошла в результате встраивания последовательности ISEcp1, в дальнейшем в структуре ISEcp1 отмечается появление делеции и инсерции последовательностей IS26, IS1, IS10, resTn2, resTn3 в разных ориентациях [5, 6, 23, 24]. В нашем исследовании выявлена конструкция, в которой последовательность ISEcp1 разрушена инсерционным элементом ∆IS26. При этом расстояние между ISEcp1 и геном blaCTX-M-15 в 48 пн сохранилось, что свидетельствует о продолжении процесса рекомбинационных перестроек, а не является новым случаем мобилизации. Необходимо отметить, что в структуре высокогомологичной последовательности плазмиды Kp_Goe_629-1 участок ∆ISEcp1-blaCTX-M-15-wbuC-∆Tn3 фланкирован целыми последовательностями IS26. Примеры разрушения мобильного элемента ISEcp1 инсерционной структурой IS26 описывались ранее в штаммах E. coli и K. pneumoniae, выделенных в Индии в 2003–2005 гг. [24]. Отметим, что высокогомологичные последовательности обнаружены в плазмидах штаммов клебсиелл других групп несовместимости, депонированных в базу данных GenBank.
Все три исследуемых нами штамма клебсиелл содержат детерминанту OXA-48 карбапенемазы, находящуюся в структуре плазмиды IncL/M, однако детальное изучение генетического окружения гена blaOXA-48 выявило отличия между штаммами, что подтверждается результатами филогенетического анализа и свидетельствует о разных источниках приобретения данной плазмиды.
Мобилом штамма K. pneumoniae KP1083 характеризуется более широким набором как плазмид, так и детерминант резистентности и патогенности. Согласно результатам филогенетического анализа нуклеотидная последовательность плазмиды IncHI1B/FIB данного штамма – наиболее близкородственная последовательность плазмиды вирулентности pKP8-2. Сходством является отсутствие детерминант антибиотикорезистентности в структурах обеих плазмид, однако есть и существенные отличия, например у плазмиды pKP8-2 отсутствует репликон FIB, а в структуре плазмиды IncHI1B/FIB исследуемого штамма – кластер генов катехол-содержащего сидерофора (iroBCDN) и регулятора мукоидного фенотипа rmpA. Отметим, что в единый кластер с плазмидами IncHI1B/FIB штамма K. pneumoniae KP1083 и pKP8-2 входит последовательность плазмиды pKpn23412_362 (номер GenBank CP011314.1) штамма K. pneumoniae 234-12 (Германия, 2011 г.), содержащая репликоны IncHI1B/FIB/Q1 [25] и несущая детерминанты множественной лекарственной устойчивости.
В мобиломе штамма K. pneumoniae KP1083 присутствуют контиги неустановленной локализации (плазмидной или хромосомной), нуклеотидная последовательность которых содержит детерминанты антибиотикорезистентности, сцепленные с мобильными элементами. Это связано с широким распространением данных мобильных структур, которые могут встречаться как в хромосоме, так и плазмидах бактерий – представителей семейства Enterobacteriaceae. Так, среди исследуемых штаммов клебсиелл лишь штамм K. pneumoniae KP1083 имеет структуру, содержащую интегразу, встречающуюся у интегронов первого класса. По данным литературы интегроны первого класса наиболее часто детектируются у штаммов K. pneumoniae, продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра [1, 2, 4, 6, 7]. Проведенное исследование in silico не позволило определить целую структуру интегрона, поскольку консервативными участками являются последовательноcти 5'CS (контиг MRYM02000086.1) и 3'CS (контиг MRYM02000104.1) концов, в то время как средняя часть вариабельна и может содержать любой набор кассетных генов [7, 26]. В результате поиска гомологичных последовательностей с помощью сервиса BLASTN относительно базы данных GenBank установлено, что интегроны класса 1, содержащие только кассетные гены dfrA17 и aadA5, имеют широкое распространение среди представителей семейства Enterobacteriaceae, в том числе бактерий родов Salmonella и Shigella, что подтверждается данными литературных источников [7, 22, 27].
Нуклеотидная последовательность еще одного контига штамма K. pneumoniae KP1083 по результатам аннотирования содержит укороченную последовательность гена интергазы интегрона класса 1, сцепленного с детерминантами aadB и aadA1. Описание подобной структуры интегрона первого класса для штаммов K. pneumoniae в литературе отсутствует. Однако анализ последовательности данного контига с помощью сервиса BLASTN относительно полных геномов, представленных в базе данных GenBank, позволил определить высокогомологичные последовательности (более 99%) в составе интегронов класса 1, выявленных у некоторых представителей разных видов бактерий. Например: в структуре плазмиды unitig_1 (номер GenBank CP021733.1) штамма E. coli AR_0114, который содержит кассетные гены aadB, aadA1, clmA6; в транспозоне Tn1412 P. aeruginosa 2293 (L36547.1); в хромосоме Trueperella pyogenes TP1 (номер GenBank CP033902.1); в транспозоне Tn2426 Shigella sonnei (номер GenBank M86913.1); в интегроне In547 P. aeruginosa Pae 2002 (номер GenBank KC879156.1) [28] и др.
Интересным фактом является присутствие нуклеотидной последовательности, содержащей инсерционную структуру ISCR1, с которой сцеплены гены трех детерминант антибиотикоустойчивости. Во многих работах показано, что ISCR может находиться в структуре интегрона, обеспечивая, таким образом, его мобилизацию [7, 22, 27, 28]. В частности, в результате поиска относительно базы данных RefSeq выявлен штамм K. pneumoniae kpneu013, у которого в последовательности одного контига (UWVW01000002.1) участок, содержащий ISCR1 и имеющий уровень идентичности 99% с последовательностью контига MRYM02000063.1, как раз находится в составе интегрона класса 1. Такая же последовательность выявлена и в составе интегрона класса 1 в плазмиде pPMK1-NDM штамма K. pneumoniae PMK1 (номер GenBank CP008933.1). Однако в базе данных описаны штаммы K. pneumoniae, у которых инсерционный элемент не является частью интегрона. В целом необходимо отметить, что высокогомологичная инсерционная структура ISCR1, сцепленная с детерминантами armA, msrE и mphE, имеет широкое распространение среди штаммов K. pneumoniae, выделенных в таких странах, как Непал, Турция, Китай, ЮАР, Филиппины и Пакистан.
Таким образом, результаты проведенного нами исследования выявили неоднородность структуры мобилома штаммов K. pneumoniae, выделенных у пациентов одного травматологического отделения медицинского учреждения и принадлежащих к одному сиквенс-типу. Мобилом одного штамма имеет более сложную структуру, в которой выявлено наличие инсерционной структуры ISCR1, и предположительно двух интегронов класса 1, несущих детерминанты антибиотикорезистентности. Один интегрон с кассетными генами dfrA17 и aadA5 имеет широкое распространение среди представителей разных видов бактерий и является, по-видимому, одним из наиболее “успешных” в распространении детерминант антибиотикорезистентности. Другой интегрон, содержащий гены aadB и aadA1, которые ранее обнаруживались в составе транспозонов, впервые выявлен в структуре мобилома K. pneumoniae. В связи с этим вероятно, что штамм K. pneumoniae KP1083 – источник распространения дополнительных детерминант антибиотикорезистентности среди штаммов не только K. pneumoniae, но и представителей других видов, относящихся к возбудителям нозокомиальных инфекций.
Исследование не имело спонсорской поддержки.
Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта животных.
Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием в качестве объекта людей.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Список литературы
Paczosa M.K., Mecsas J. Klebsiella pneumoniae: going on the offense with a strong defense // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2016. V. 80. № 3. P. 629–661. https://doi.org/10.1128/MMBR.00078-15
Hou X.-H., Song X.-Y., Ma X.-B. et al. Molecular characterization of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae isolates // Braz. J. Microbiol. 2015. V. 46. № 3. P. 759–768. https://doi.org/10.1590/S1517-838246320140138
Ramirez M.S., Traglia G.M., Lin D.L. et al. Plasmid-mediated antibiotic resistance and virulence in gram-negatives: the Klebsiella pneumoniae paradigm // Microbiol. Spectr. 2014. V. 2. № 5. P. 1–15. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.PLAS-0016-2013
Navon-Venezia S., Kondratyeva K., Carattoli A. Klebsiella pneumoniae: a major worldwide source and shuttle for antibiotic resistance // FEMS Microbiol. Rev. 2017. V. 41. № 3. P. 252–275. https://doi.org/10.1093/femsre/fux013
Фурсова Н.К., Прямчук С.Д., Абаев И.В. и др. Генетическое окружение генов blaCTX-M, локализованных на конъюгативных плазмидах нозокомиальных изолятов Enterobacteriaceae, выделенных в России в 2003–2007 гг. // Антибиотики и химиотерапия. 2010. Т. 55. № 11–12. С. 3–10.
Partridge S.R. Analysis of antibiotic resistance regions in gram-negative bacteria // FEMS Microbiol. Rev. 2011. V. 35. № 5. P. 820–855. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2011.00277
Kaushik M., Kumar S., Kapoor R.K. et al. Integrons in Enterobacteriaceae: diversity, distribution and epidemiology // Int. J. Antimicrob. Agents. 2018. V. 51. № 2. P. 167–176. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2017.10.004
Bankevich A., Nurk S., Antipov D. et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing // J. Comput Biol. 2012. V. 19. № 5. P. 455–477. https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021
Altschup S.F., Gish W., Miller W. et al. Basic local alignment search tool // J. Mol. Biol. 1990. V. 215. № 3. P. 403–410. https://doi.org/10.1016/S0022-2836(05)80360-2
Carattoli A., Zankari E., Garcia-Fernandez A. et al. PlasmidFinder and pMLST: in silico detection and typing of plasmids // Antimicrob. Agents Chemother. 2014. V. 58. № 7. P. 3895–3903. https://doi.org/10.1128/AAC.02412-14
Siguier P., Perochon J., Lestrade L. et al. ISfinder: the reference centre for bacterial insertion sequences // Nucl. Acids Res. 2005. V. 34. P. 32–36. https://doi.org/10.1093/nar/gkj014
Moura A., Soares M., Pereira C. et al. INTEGRALL: a database and search engine for integrons, integrases and gene cassettes // Bioinformatics. 2009. V. 25. № 8. P. 1096–1098. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp105
Tatusova T., Ciufo S., Fedorov B. et al. RefSeq microbial genomes database: new representation and annotation strategy // Nucl. Acids Res. 2014. V. 42. P. 553–559. https://doi.org/10.1093/nar/gkt1274
Bertels F., Silander O.K., Pachkov M.l. et al. Automated reconstruction of whole-genome phylogenies from short-sequence reads // Mol. Biol. Evol. 2014. V. 31. № 5. P. 1077–1088. https://doi.org/10.1093/molbev/msu088
Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets // Mol. Biol. Evol. 2016. V. 33. № 7. P. 1870–1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054
Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: A new method for reconstructing phylogenetic trees // Mol. Biol. Evol. 1987. № 4. P. 406–425. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454
Алексеева А.Е., Бруснигина Н.Ф., Солнцев Л.А. и др. Молекулярное типирование клинических изолятов Klebsiella pneumoniae, продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра действия // Клин. лаб. диагн. 2017. Т. 62. № 11. С. 699–704. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2017-62-11-699-704
Villa L., Poirel L., Nordmann P. et al. Complete sequencing of an IncH plasmid carrying the blaNDM-1, blaCTX-M-15 and qnrB1 genes // J. Antimicrob. Chemother. 2012. V. 67. № 7. P. 1645–1650. https://doi.org/10.1093/jac/dks114
Giani T., Conte V., Di Pilato V. et al. Escherichia coli from Italy producing OXA-48 carbapenemase encoded by a novel Tn1999 transposon derivative // Antimicrob. Agents Chemother. 2012. V. 56. № 4. P. 2211–2213. https://doi.org/10.1128/AAC.00035-12
Poirel L., Bonnin R. A., Nordmann P. Genetic features of the widespread plasmid coding for the carbapenemase OXA-48 // Antimicrob. Agents Chemother. 2012. V. 56. № 1. P. 559–562. https://doi.org/10.1128/AAC.05289-11
Bailey J.K., Pinyon J.L., Anantham S. et al. Distribution of the blaTEM gene and blaTEM-containing transposons in commensal Escherichia coli // J. Antimicrob. Chemother. 2011. V. 66. № 4. P. 745–751. https://doi.org/10.1093/jac/dkq529
Rui Y., Lu W., Li S. et al. Integrons and insertion sequence common region 1 (ISCR1) of carbapenem-non-susceptible Gram-negative bacilli in fecal specimens from 5000 patients in southern China // Int. J. Antimicrob. Agents. 2018. V. 52. № 5. P. 571–576. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2018.06.015
Прямчук С.Д. Идентификация специфичных маркеров для характеристики множественно-устойчивых госпитальных штаммов Enterobacteriaceae: Дис. … канд. биол. наук. Оболенск: Гос. науч. центр прикл. микробиологии и биотехнологии, 2011. 191 с.
Ensor V.M., Shahid M., Evans J.T. et al. Occurrence, prevalence and genetic environment of CTX-M beta-lactamases in Enterobacteriaceae from Indian hospitals // J. Antimicrob. Chemother. 2006. V. 58. № 6. P. 1260–1263. https://doi.org/10.1093/jac/dkl422
Becker L., Bunk B., Eller C. et al. Complete genome sequence of a CTX-M-15-producing Klebsiella pneumoniae outbreak strain from multilocus sequence type 514 // Genome Announc. 2015. V. 3. № 4. 2 p. https://doi.org/10.1128/genomeA.00742-15
Ильина Т.С. Мобильные ISCR-элементы: структура, функции и роль в создании, наращивании и распространении блоков бактериальных генов множественной резистентности к антибиотикам // Мол. ген. микробиол. вирусол. 2012. № 4. С. 3–13.
Tomova A., Ivanova L., Buschmann A.H. Plasmid-mediated quinolone resistance (PMQR) genes and class 1 integrons in quinolone-resistant marine bacteria and clinical isolates of Escherichia coli from an aquacultural area // Microb. Ecol. 2018. V. 75. № 1. P. 104–112. https://doi.org/10.1007/s00248-017-1016-9
Quiroga M.P., Arduino S.M., Merkier A.K. et al. Distribution and functional identification of complex class 1 integrons // Infect. Genet. Evol. 2013. V. 19. P. 88–96. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2013.06.029
Дополнительные материалы отсутствуют.