The application of molecular genetic analysis and genomic profiling of infectious diseases causative agents in Sochi during the preparation and holding of the Fifa World Cup 2018

Full Text

Качественное проведение эпидемиологического расследования вспышек и
случаев инфекционных болезней, мониторинга их возбудителей, прогнозирование возможных осложнений эпидемиологической обстановки сегодня невозможно
без эффективной системы генетического анализа штаммов возбудителей инфекций.
В последние годы в системе эпидемиологического надзора широкое практическое применение получили молекулярно-генетические методы, с помощью которых на основании сравнительного анализа геномных портретов можно установить источник инфекции, дифференцировать эндемичные для данной территории
и заносные штаммы, выявить генетические маркеры патогенности. Наибольшее
распространение для генотипирования возбудителей инфекционных болезней получили мультилокусный анализ вариабельного числа тандемных повторов (MLVA),
мультилокусное сиквенс-типирование (MLST), электрофорез в пульсирующем поле
(PFGE), секвенирование участков генома по Сэнгеру. С целью получения полной
информации о генетической структуре возбудителя используют полногеномное секвенирование.
Современные технологии генетического анализа применяют для решения следующих основных задач: мониторинг за циркуляцией возбудителей инфекций на
определенной территории, в т.ч. определение пространственных и временных особенностей распространения генетических вариантов по территории, оценка динамики эволюционных изменений в популяции; эпидемиологическая расшифровка
вспышек (случаев) инфекционных болезней, в т.ч. выявление источника инфекции,
региона происхождения штамма, путей заноса, оценка эпидемического потенциала
штамма.Качественное проведение эпидемиологического расследования вспышек и
случаев инфекционных болезней, мониторинга их возбудителей, прогнозирование возможных осложнений эпидемиологической обстановки сегодня невозможно
без эффективной системы генетического анализа штаммов возбудителей инфекций.
В последние годы в системе эпидемиологического надзора широкое практическое применение получили молекулярно-генетические методы, с помощью которых на основании сравнительного анализа геномных портретов можно установить источник инфекции, дифференцировать эндемичные для данной территории
и заносные штаммы, выявить генетические маркеры патогенности. Наибольшее
распространение для генотипирования возбудителей инфекционных болезней получили мультилокусный анализ вариабельного числа тандемных повторов (MLVA),
мультилокусное сиквенс-типирование (MLST), электрофорез в пульсирующем поле
(PFGE), секвенирование участков генома по Сэнгеру. С целью получения полной
информации о генетической структуре возбудителя используют полногеномное секвенирование.
Современные технологии генетического анализа применяют для решения следующих основных задач: мониторинг за циркуляцией возбудителей инфекций на
определенной территории, в т.ч. определение пространственных и временных особенностей распространения генетических вариантов по территории, оценка динамики эволюционных изменений в популяции; эпидемиологическая расшифровка
вспышек (случаев) инфекционных болезней, в т.ч. выявление источника инфекции,
региона происхождения штамма, путей заноса, оценка эпидемического потенциала
штамма.Все исследованные штаммы S. enterica обладали идентичным MLVA-профилем 3-
10-5-4-1.
На территории г. Сочи установлена циркуляция Rickettsia helvetica и R. conorii,
хантавирусов «Добрава/Белград» и «Адлер», Borrelia garinii (ST 251) и B. lusitaniae,
выявлено 3 новых сиквенс-типа боррелий.
Таким образом, была впервые осуществлена комплексная молекулярно-генетическая характеристика изолятов НК возбудителей ОКИ и ПОИ, циркулирующих на
отдельной территории (г. Сочи). На основании результатов генетической идентификации изолятов возбудителей ОКИ и ПОИ проведена оценка их эпидемиологической значимости и определены особенности региональных популяций возбудителей
ОКИ и ПОИ.
Варианты норовирусов генотипов GII.4_Sydney_2012 и GII.17, выявленные в
регионе Сочи в 2015-2017 гг., обладают наибольшим эпидемическим потенциалом
и наиболее часто являются этиологическими факторами крупных вспышек норовирусной инфекции [4, 5, 10]. Соотношение генетических вариантов ротавирусов в
популяции г. Сочи (2015-2016 гг.) отличается от других регионов РФ. В регионе Сочи
преобладали генотипы G9[P]8 (43,8 %) и G4[P]8 (31,3 %). В РФ доминирует генотип
ротавирусовG4[P]8 (36,5-50,5 %), доля генотипа G9[P8] составляет 4,4-10 % [9].
В районе Сочи продолжается циркуляция хантавирусов «Адлер» и «ДобраваСочи», являющихся эндемичными для этой территории. Заболевание, вызванное вирусом генотипа «Добрава-Сочи», отличается тяжелым течением [8].
Идентифицированные изоляты НК возбудителей иксодового клещевого боррелиоза
и риккетсиозов, циркулирующие в регионе Сочи, наиболее генетически близки к
европейским штаммам. Так, штаммы B. garinii сиквенс-типа ST251 ранее были выявлены в Германии (1994 г., 2008 г.) и Латвии (2007 г.). Впервые описанные сиквенстипы B. garinii и B. lusitaniae наиболее генетически близки сиквенс-типам 244, 262,
576, 153, 148, 218 и 630. Варианты B. garinii сиквенс-типа 244 ранее были выявлены
в Великобритании (2008 г.), Германии (1992 г. и 2011 г.) и России (г. Екатеринбург,
2014 г.), штаммы сиквенс-типов 576 и 262 выделены в Германии в 1992 г. и 2009 г.
Варианты B. lusitaniae сиквенс-типа 148, 153 и 630 описаны в Сербии в 2010 г. и 2013
г., сиквенс-типа 218 — в Латвии (2007 г.).
R. helvetica, обнаруженная в клещах, собранных на территории г. Сочи, ранее
была выделена из клещей I. ricinus и Dermacentor reticulatus на территории стран
Европы: Франции — 1997 г., Хорватии — 2007 г., Швеции — 2006 г. [2, 3, 6].
На территории Лазаревского района Сочи установлена циркуляция R. helvetica,
в Хостинском районе выявлены боррелии вида B. lusitaniae и хантавирус «Адлер»
подгруппы II, на территории Адлерского района обнаружены боррелии B. garinii и
хантавирус «Добрава/Белград» генотипа «Сочи». Территориальная приуроченность
генетических вариантов возбудителей ПОИ в регионе Сочи определена с применением программного обеспечения ArcGis 10.1 [1].
Молекулярно-генетический анализ штаммов-патогенов был успешно применен
в ноябре 2017 г. в период проведения XIX Международного фестиваля молодежи и
студентов для эпидемиологического анализа случая заболевания лихорадкой денге
участника фестиваля, прибывшего из Индии. Секвенирована нуклеотидная последовательность участка гена CprM (435 п.н.) изолята РНК вируса денге из крови больного. В результате филогенетического анализа установлена принадлежность исследуемого изолята к генотипу V в пределах серотипа 1. С использованием информации
из международной он-лайн базы данных DengueGenographicViewer (DGV), содержащей сведения о мировом распределении геновариантов вируса денге, установлено, что генотип V имеет космополитное распространение, преобладает в Индии, также
в 2016 г. большая часть случаев заболевания лихорадкой денге в Индии была связана с данным генотипом [7]. Сравнение секвенированной нуклеотидной последовательности с последовательностями из базы данных The Virus Pathogen Database and
Analysis Resource (ViPR) показало, что исследуемый изолят наиболее близок к изоляту Dengue virus 1 isolate D1/IND/PUNE/IRSHA-06, выделенному в Индии в 2016
г. Таким образом, в результате молекулярно-генетического анализа установлено, что
исследуемый изолят РНК вируса денге занесен из Индии, что соответствует данным
эпиданамнеза.
Применение методов молекулярно-генетического типирования штаммов возбудителей инфекционных болезней человека для обеспечения биологической безопасности в
период проведения чемпионата мира по футболу 2018 г. в г. Сочи. В период проведения чемпионата мира по футболу в г. Сочи в 2018 г. была обеспечена готовность к
проведению генотипирования возбудителей актуальных для региона природно-очаговых, острых кишечных, а также особо опасных инфекций, накоплены данные о
геномных портретах региональных штаммов: возбудителей ОКИ бактериальной и
вирусной этиологии (Shigella spp., Salmonella sрp., Escherichia coli, ОРВИ (вирусы
гриппа); возбудителей, эндемичных для региона, и других природно-очаговых инфекций (ГЛПС, КГЛ, ЛЗН, лихорадка Денге, Зика, Чикунгунья, Желтая лихорадка); возбудителей, являющихся потенциальными агентами биотерроризма (Yersinia
pestis, Bacillus anthracis, Francisella tularensis, Vibrio choleraе, Brucella sрp.);
Осложнений эпидемиологической обстановки в г. Сочи в период проведения
матчей чемпионата мира по футболу не наблюдалось. Зарегистрированы спорадические случаи заболевания ОКИ бактериальной и вирусной этиологии и гриппом.
Проведено молекулярно-генетическое типирование РНК-изолята норовируса, выявленного в клиническом материале с достаточной вирусной нагрузкой от
больного из Республики Панама. Расшифрована нуклеотидная последовательность
фрагмента белка нуклеокапсида размером 227 п.н. Сравнение секвенированной
последовательности с данными GeneBank, NoroNET и последовательностями ранее
секвенированных изолятов из г. Сочи позволило определить принадлежность выявленного изолята к генотипу GII.4_Sydney_2012, который с 1990 г. является доминирующим в мире и обладает наибольшим эпидемическим потенциалом [4]. Норовирусы
этого генотипа широко распространены в регионах Российской Федерации, данный
геновариант доминирует в г. Сочи (47 % от всех изолятовноровирусов).
Мероприятия, проведенные в период подготовки к проведению чемпионата
мира по футболу FIFA-2018, направленные на получение сведений о генетических
особенностях региональных штаммов возбудителей инфекций в г. Сочи, мировом
распространении геновариантов патогенов, занос которых возможен на данную
территорию, а также обеспечению готовности лабораторной базы к проведению генетического типирования возбудителей инфекций позволили успешно применить
методы молекулярно-генетического анализа для эпидемиологического анализа
случаев заболевания людей при проведении чемпионата мира по футболу и международного фестиваля молодежи и студентов в г. Сочи. Необходимо отметить, что
эффективность применения методов молекулярно-генетического анализа зависит
от наличия информации о генетических особенностях как региональных штаммов,
так и сведений о мировом генетическом разнообразии и преобладающих геновариантах различных возбудителей на текущий момент в различных регионах мира.
Продолжение начатых исследований по изучению генетического спектра возбудителей инфекционных болезней в регионах Российской Федерации позволит уточнить характеристику фоновых генетических вариантов возбудителей ПОИ и ОКИ
на отдельных территориях. Полученные данные будут использованы при эпидемиологическом анализе возможных случаев (вспышек) инфекционных болезней для
определения источника и путей распространения инфекции. Актуальна разработка
программных (компьютерных) платформ для автоматизации эпидемиологического
анализа с использованием молекулярно-генетической информации о возбудителях.
Создание и внедрение в практику он-лайн платформы, позволяющей осуществлять
сравнительный молекулярно-генетический анализ нуклеотидных последовательностей и геномных профилей штаммов-патогенов, накапливать и систематизировать и отображать на карте данные о циркуляции в мире генетических вариантов
возбудителей актуальных инфекций, способных вызвать эпидемические осложнения при заносе на территорию страны, и геновариантов, характерных для отдельных
регионов России, позволит повысить эффективность эпидемиологического анализа
случаев инфекционных заболеваний.

About the authors

A. Yu. Popova

Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing

Email: fake@neicon.ru

Moscow

Россия

A. N. Kulichenko

Stavropol Research Institute for Plague Control

Email: fake@neicon.ru
Россия

A. S. Volynkina

Stavropol Research Institute for Plague Control

Author for correspondence.
Email: fake@neicon.ru

Волынкина Анна Сергеевна

355035, Ставрополь, ул. Советская, 13-15, р.т. (8652)26-03-12

Россия

I. V. Kuznetsova

Stavropol Research Institute for Plague Control

Email: fake@neicon.ru
Россия

A. T. Podkolzin

Central Research Institute of Epidemiology

Email: fake@neicon.ru

Moscow

Россия

E. V. Chekhvalova

Center of Hygiene and Epidemiology in Krasnodar Territory (Sochi Branch)

Email: fake@neicon.ru
Россия

V. G. Orobey

Territorial Department of Rospotrebnadzor in Krasnodar Territory

Email: fake@neicon.ru
Россия

References

Supplementary files