Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. T. 44, Номер 1, 2026

  1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология
  4. T. 44, № 1, 2026

Молекулярная генетика, микробиология и вирусология, 2026, T. 44, № 1, стр. 19-34

Геномные особенности нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1 Эль Тор: вариабельность и распространенность генов патогенности, лекарственной устойчивости и персистенции

Н. И. Смирнова 1, *, Д. А. Агафонов 1, Д. А. Рыбальченко 1, А. Д. Катышев 1, Я. М. Краснов 1, Ю. В. Лозовский 1, В. В. Кутырев 1

1 ФКУH Российский научно-исследовательский противочумный институт “Микроб”
Саратов, Россия

* E-mail: rusrapi@microbe.ru

Поступила в редакцию 17.11.2025
После доработки 24.11.2025
Принята к публикации 25.11.2025

Аннотация

Цель исследования – сравнительный анализ структуры и распространенности генов патогенности, лекарственной устойчивости и персистенции среди нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор разных филогенетических линий. Материал и методы. Проведен анализ нуклеотидных последовательностей полных геномов 233 токсигенных штаммов и 58 нетоксигенных штаммов холерных вибрионов. Для мультилокусного сиквенс-типирования штаммов использовали онлайн-сервис MLST 2.0 (Multilocus Sequence Typing) на платформе CGE (Center Genomic Epidemiology), анализируя последовательности семи генов “домашнего хозяйства”: adk, gyrB, mdhI, metE, pntA, purM, pyrC. Филогенетический анализ осуществляли с применением программы MrBayes v.3.2.7a. на основе SNP-матрицы, полученной с помощью программы Snippy. Результаты. Выявлены новые геномные особенности нетоксигенных штаммов V. cholerae Эль Тор с генотипами ctxAB−tcpA+ и ctxAB−tcpA−, относящихся к филогенетическим линиям L3 и L4. Обнаружена выраженная вариабельность различных генов патогенности и персистенции нетокcигенных штаммов ctxA−tcpA− (L4). Наиболее вариабельными оказались гены персистенции, локализующиеся в составе генома острова патогенности VPI-2, а также гены, участвующие в образовании биопленки. Обнаружены существенные генетические различия между штаммами ctxAB−tcpA+ линии L3. Установлено, что по ST-типу, наличию мобильных элементов ICE и VSP-II, аллельному профилю генов патогенности (tcpA, rtxA) и лекарственной устойчивости (gyrA и parC), а также присутствию гена VC2346 ряд нетоксигенных штаммов имеют значительное генетическое сходство с токсигенными и являются, повидимому, производными типичных или генетически измененных штаммов возбудителя холеры. Филогенетический анализ подтвердил явную генетическую близость этих изолятов с токсигенными и показал их принадлежность к филогенетической линии эпидемически опасных штаммов L2. Заключение. Высокий уровень полиморфизма генов персистенции лежит в основе большого генетического разнообразия нетокcигенных штаммов ctxA−tcpA− и может определять высокую способность популяции к адаптации к меняющимся условиям обитания. Cреди нетоксигенных вибрионов ctxAB−tcpA+ обнаружены штаммы с генетическими маркерами возбудителя холеры, что указывает на их происхождение от токсигенных и необходимость разработки диагностических средств для дифференциации нетоксигенных штаммов с разным патогенным потенциалом.

Ключевые слова: Vibrio choleraе, филогенетические линии, вариабельность генов, патогенность, персистентность, лекарственная устойчивость

Список литературы

  1. Mutreja A., Kim D.W., Thomson N.R., Connor T.R., Lee J.H., Kariuki S. et al. Evidence for several waves of global transmission in the seventh cholera pandemic. Nature. 2011; (477)7365: 462–465. https://doi.org/10.1038/nature10392

  2. Dziejman M., Balon E., Boyd D., Fraser C.M., Heidelberg J.F., Mekalanos J.J. et al. Comparative genomic analysis of Vibrio cholerae: genes that correlate with cholera endemic and pandemic disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99(3): 1556–1561. https://doi.org/10.1073/pnas.042667999

  3. Смирнова Н.И., Рыбальченко Д.А., Лозовский Ю.В., Краснов Я.М., Щелканова Е.Ю., Федоров А.В. и др. Геномное разнообразие токсигенных штаммов Vibrio cholerae О1 биовара Эль Тор, выделенных в период трех волн седьмой пандемии холеры. Инфекция и иммунитет. 2025; 15(1): 57–70. Smirnova N.I., Rybal’chenko D.A., Lozovsky Y.V., Krasnov Y.M., Shchelkanova E.Y., Fedorov A.V., et al. Genomic diversity of toxigenic Vibrio cholerae O1 biovar El Tor strains isolated during three waves of the 7th cholera pandemic. Russian J. Infection and Immunity. 2025; 15(1): 57–70. (In Russ.). https://doi.org/10.15789/2220-7619-GDO-17701

  4. Olsvik O., Wahlberg J., Petterson B., Uhlén M., Popovic T., Wachsmuth I.K. et al. Use of automated sequencing of polymerase chain reaction-generated amplicons to identify three types of cholera toxin subunit B in Vibrio cholerae O1 strains. J. clinical microbiology. 1993; 31(1): 22–25. https://doi.org/10.1128/jcm.31.1.22-25.1993

  5. Kim E.J., Lee D., Moon S.H., Lee C.H., Kim S.J., Lee J.H. et al. Molecular insights into the evolutionary pathway of Vibrio cholerae O1 atypical El Tor variants. PLOS Pathogens. 2014; 10(9): e1004384. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1004384

  6. Talkington D., Bopp C., Tarr C., Parsons M.B., Dahour G., Freeman M. et al. Characterization of toxigenic Vibrio cholerae from Haiti, 2010–2011. Emerg. Infect. Dis. 2011; 17(11): 2122–2129.https://doi.org/10.3201/eid1711.110805

  7. Dolores J., Satchell K.J. Analysis of Vibrio cholerae genome sequences reveals unique rtxA variants in environmental strains and an rtxA-null mutation in recent altered El Tor isolates. mBio. 2013; 4(2): e00624. https://doi.org/10.1128/mBio.00624-12

  8. Taviani E., Grim C.J., Choi J., Chun J., Haley B., Hasan N.A. et al. Discovery of novel Vibrio cholerae VSP-II genomic islands using comparative genomic analysis. FEMS microbiology letters. 2010; 308(2): 130–137. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2010.02008.x

  9. Waldor M.K., Tschäpe H., Mekalanos J.J. A new type of conjugative transposon encodes resistance to sulfamethoxazole, trimethoprim, and streptomycin in Vibrio cholerae O139. J. bacteriology. 1996; 178(14): 4157–4165. https://doi.org/10.1128/jb.178.14.4157-4165.1996

  10. Kim H.B., Wang M., Ahmed S., Park C.H., LaRocque R.C., Faruque A.S. et al. Transferable quinolone resistance in Vibrio cholerae. Antimicrobial agents and chemotherapy. 2010; 54(2): 799–803. https://doi.org/10.1128/AAC.01045-09

  11. Samanta P., Mandal R.S., Saha R.N., Shaw S., Ghosh P., Dutta S. et al. A Point Mutation in carR Is Involved in the Emergence of Polymyxin B-Sensitive Vibrio cholerae O1 El Tor Biotype by Influencing Gene Transcription. Infect. Immun. 2020; 88(5): e00080-20. https://doi.org/10.1128/IAI.00080-20

  12. Монахова Е.В., Кругликов В.Д., Водопьянов А.С., Гаевская Н.Е. Нетоксигенные штаммы Vibrio cholerae O1, вызвавшие гастроэнтероколиты в Запорожской и Херсонской областях: описание случаев и молекулярно-генетическая характеристика возбудителей. Инфекция и иммунитет. 2025; 15(3): 575–581. Monakhova E.V., Kruglikov V.D., Vodop’yanov A.S., Gaevskaya N.E. Non-toxigenic Vibrio cholerae O1 strains that caused gastroenterocolitis in the Zaporizhia and Kherson regions: case reports and pathogen molecular genetic characteristics // Russian J. Infection and Immunity. 2025; 15(3): 575–581. (In Russ.). https://doi.org/10.15789/2220-7619-NVC-17787

  13. Смирнова Н.И., Кульшань Т.А., Баранихина Е.Ю., Краснов Я.М., Агафонов Д.А., Кутырев В.В. Структура генома и происхождение нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль Тор с различной эпидемиологической значимостью. Генетика. 2016; 52(9): 1029–1041. Smirnova N.I., Kul’shan’ T.A., Baranikhina E.Y., Krasnov Y.M., Agafonov D.A., Kutyrev V.V. Genome structure and origin of nontoxigenic strains of Vibrio cholerae of El Tor biovar with different epidemiological significance. Russian J. Genetics. 2016; 9(52): 914–925. (In Russ). https://doi.org/10.7868/S0016675816060126

  14. Смирнова Н.И., Агафонова Е.Ю., Щелканова Е.Ю., Агафонов Д.А., Краснов Я.М., Ливанова Л.Ф. и др. Геномное разнообразие нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1, выделенные на территории России и сопредельных стран. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2018; 2(2): 76–86. Smirnova N.I., Agafonova E.Y., Shchelkanova E.Y., Agafonov D.A., Krasnov Y.M., Livanova L.F. et al. Genomic diversity of nontoxigenic Vibrio cholerae O1 strains isolated in the territory of Russia and neighboring states. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2018; 33(20): 97–109. (In Russ). https://doi.org/10.18821/0208-0613-2018-36-2-76-84

  15. Левченко Д.А., Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., Водопьянов А.С., Непомнящая Н.Б. Фено- и генотипические особенности нетоксигенных штаммов холерных вибрионов различного происхождения, изолированных на территории России. Проблемы особо опасных инфекций. 2020; (3): 89–96. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2020-3-89-96

  16. Миронова Л.В., Федотова И.С., Галачьянц Ю.П., Пономарева А.С., Эрдынеев С.В., Хунхеева Ж.Ю. и др. Геномный анализ штаммов Vibrio cholerae, выделенных в Сибири и на Дальнем Востоке в период седьмой пандемии холеры: идентификация принадлежности к глобальным филогенетическим линиям. Проблемы особо опасных инфекций. 2024; (2): 122–131. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2024-2-122-131

  17. Wang H., Yang C., Sun Z., Zheng W., Zhang W., Yu H. et al. Genomic epidemiology of Vibrio cholerae reveals the regional and global spread of two epidemic non-toxigenic lineages. PLoS Negl Trop Dis. 2020; 14(2): e0008046. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0008046

  18. Ayyappan M.V., Kishore P., Panda S.K., Kumar A., Uchoi D., Nadella R.K. et al. Emergence of multidrug resistant, ctx negative seventh pandemic Vibrio cholerae O1 El Tor sequence type (ST) 69 in coastal water of Kerala, India. Scientific reports 2024; 14(1): 2031. https://doi.org/10.1038/s41598-023-50536-z

  19. Hao T., Zheng W., Wu Y., Yu H., Qian X., Yang C. et al. Population genomics implies potential public health risk of two non-toxigenic Vibrio cholerae lineages. Infect. Genet. Evol. 2023; (112): 105441. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2023.105441

  20. Spagnoletti M., Ceccarelli D., Rieux A., Fondi M., Taviani E., Fani R. et al. Acquisition and evolution of SXT-R391 integrative conjugative elements in the seventh-pandemic Vibrio cholerae lineage. mBio. 2014; 5(4): e01356-14. https://doi.org/10.1128/mBio.01356-14

  21. Almagro-Moreno S., Boyd E.F. Sialic acid catabolism confers a competitive advantage to pathogenic Vibrio cholerae in the mouse intestine. Infect. Immun. 2009; 77(9): 3807–3816. https://doi.org/10.1128/IAI.00279-09

  22. Taviani E., Spagnoletti M., Ceccarelli D., Haley B.J., Hasan N.A., Chen A. et al. Genomic analysis of ICEVchBan8: An atypical genetic element in Vibrio cholerae. FEBS Lett. 2012; 586(11): 1617–1621. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2012.03.064

  23. Смирнова Н.И., Крицкий А.А., Альхова Ж.В., Агафонова Е.Ю., Щелканова Е.Ю., Баданин Д.В. и др. Вариабельность генома островов патогенности нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 биовара Эль Тор. Генетика. 2020; 56(9): 1018–1033. https://doi.org/10.31857/S0016675820080147

  24. Marsh J.W., Taylor R.K. Genetic and transcriptional analyses of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin type 4 pilus gene locus. J. Bacteriol. 1999; 181(4): 1110–1017. https://doi.org/10.1128/jb.181.4.1110-1117.1999

  25. Fong J.C.N., Syed K.A., Klose K.E., Yildiz F.H. Role of Vibrio polysaccharide (vps) genes in VPS production, biofilm formation and Vibrio cholerae pathogenesis. Microbiology (Reading). 2010; 156(Pt 9): 2757–2769. https://doi.org/10.1099/mic.0.040196-0

  26. McCarter L.L. Polar flagellar motility of the Vibrionaceae. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2001; 65(3): 445–462. https://doi.org/10.1128/MMBR.65.3.445-462.2001

  27. Blokesch M. Defence systems encoded by core genomic islands of seventh pandemic Vibrio cholerae. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2025; 380(1934): 20240083. https://doi.org/10.1098/rstb.2024.0083

  28. Ильина Т.С. Системы адаптивного иммунитета бактерий: связь с самосинтезирующимися транспозонами, полифункциональность. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2022; 40(3): 13–21. Ilyina T.S. Adaptive immunity systems of bacteria: connection with self-synthesizing transposons, polyfunctionality. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2022; 40(3): 13–21. (In Russ.) https://doi.org/10.17116/molgen20224003113

  29. McDonald N.D., Regmi A., Morreale D.P., Borowski J.D., Boyd E.F. CRISPR-Cas systems are present predominantly on mobile genetic elements in Vibrio species. BMC Genomics. 2019; 20(1): 105. https://doi.org/10.1186/s12864-019-5439-1

  30. Смирнова Н.И., Агафонов Д.А., Кульшань Т.А., Щелканова ЕЮ, Краснов Я.М., Лозовский ЮВ. и др. Влияние делеции профага CTXφ возбудителя холеры на экспрессию регуляторных генов, контролирующих вирулентность и образование биопленки. Генетика. 2017; 53(2): 1–14. Smirnova N.I., Agafonov D.A., Kul’shan’ T.A., Shchelkanova E.Yu., Krasnov Ya.M., Lozovsky Yu.V. et al. Effect of CTXφ prophage deletion in cholera agent on expression of regulatory genes controlling virulence and biofilm formation. Russian J. Genetics. 2017; 53(2): 1–14 (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1022795417020119

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Молекулярная генетика, микробиология и вирусология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал