Email this article PECULIARITIES OF RECOMBINATIVE GENOMICS OF ACINETOBACTER — HUMAN PATHOGEN
- Authors: Solomennyi A.P.1, Zubareva N.A.2
-
Affiliations:
- Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms
- Wagner State Medical University
- Issue: Vol 95, No 3 (2018)
- Pages: 40-44
- Section: ORIGINAL RESEARCHES
- URL: https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/412
- DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-3-40-44
- ID: 412
Cite item
Full Text
Abstract
Aim. The disclosure of the role of genetic markers variability among Acinetobacter genus in connection with multidrug-resistant phenotype realization. Materials and methods. A comparative analysis was reviewed on DNA fragments important for genetic recombination in A. baumannii — one of the most relevant pathogens of postoperative infection, as well as A. pittii and A. lwoffii. Results. Integrase/recombinase XerC gene-bearing region of the chromosome is notably different and could include the genes responsible for the development of resistance against polymyxins and (fluoro)quinolones, as well as other antibiotics. Conclusion. The results obtained are important in surveillance of epidemic (pandemic) strains of Acinetobacter spp.
Full Text
ВВЕДЕНИЕAcinetobacter baumannii — оппортунистический патоген, один из наиболее
важных возбудителей широкого спектра нозокомиальных, в том числе и по-
слеоперационных, инфекций с уровнем летальности до 35%. Инфекционные
вспышки в стационаре и учреждениях длительного ухода часто связаны с
множественной лекарственной устойчивостью данного патогена. Результаты
многоцентрового эпидемиологического исследования «Марафон» демонстри-
руют неуклонное увеличение роли ацинетобактера в этиологии нозокомиаль-
ных инфекций в Российской Федерации и нарастании устойчивости изолятов
к большинству антибактериальных препаратов, в том числе, к карбапенемам
[2, 3]. Большинство инфекций вызываются двумя основными популяцион-
ными клонами A. baumannii, распространенными во всех регионах мира. При
этом вирулентность и патогенный потенциал данного возбудителя оконча-
тельно не определены и являются предметом интенсивных исследований [5,
9]. Естественные места обитания и потенциальные резервуары A. baumannii
как нозокомиального возбудителя также окончательно не установлены [15].
Способность к колонизации и хорошей адаптации во внешней среде, в том
числе и за счет образования биопленок, делают необходимым соблюдение
строгих мер инфекционного контроля в отделениях реанимации и интенсив-
ной терапии (ОРИТ), пациенты которых являются наиболее уязвимыми для
инфекций [7, 10]. Предшествующая колонизация пациентов полирезистент-
ными штаммами A. baumannii является фактором риска неблагоприятного
исхода при последующих госпитализациях [13]. При этом совершенно не ис-
ключена возможность обмена генетическим материалом между штаммами в
очаге инфекции. Расширение списка видов, геном которых полностью секве-
нирован, позволяет провести их сравнительный филогенетический анализ с
целью понимания молекулярных механизмов адаптации ацинетобактера к
роли патогена человека [8, 9].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объекты исследования — доступные в базе данных GenBank геномы
A. baumannii, Acinetobacter pittii и Acinetobacter lwoffii с различным уровнем
устойчивости к антимикробным препаратам. Полногеномное пиросеквени-
рование штамма A. baumannii Pеrm [1] после приготовления библиотек фраг-
ментов ДНК (shotgun) по стандартному протоколу (454/Roche) проведено на
аппарате «GS Junior» в Центре коллективного пользования и высокопроизво-
дительного секвенирования Института молекулярной биологии им.
В.А.Энгельгардта (Москва). Геном был прочитан с 50-кратным покрытием,
биоинформационное аннотирование выполнено на сервере RAST (GenBank
AUZL000000000. Штамм A. baumannii 28 секвенирован на приборе «GS Junior»
в рамках коллективного проекта (GenBank Acc. no. MAFT00000000). Глобаль-
ное выравнивание и геномный анализ нуклеотидных последовательностей
выполнено с помощью алгоритм BLAST.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Ранее установлено, что эффлюкс-транспортер SMR-типа QacE кодирует-
ся в геноме большинства лекарственно-устойчивых грамотрицательных бак-
терий, в том числе в аттенуированной форме в составе большинства интегро-
нов резистентности [14]. Поиск ассоциации генов, кодирующих иные
системы выброса антимикробных агентов из бактериальной клетки, с генами
интеграз/рекомбиназ выявил, что гены, кодирующие такие системы, располо-
жены на хромосоме представителей рода Acinetobacter проксимально гену
тирозиновой рекомбиназы XerC.
При сравнении последовательности, прилегающей к xerC установлены
определенные закономерности (табл.). Так, выявлена высокая степень гомо-
логии (не менее 97%) нуклеотидных последовательностей генов, кодирующих
эффлюкс-транспортер с обеспечением устойчивости к антимикробным пре-
паратам и токсичным ионам, а именно AdeABC (Acinetobacter drug efflux и
ATPbinding cassette), а также мембранный белок MFP транспортной системы
RND и компоненты системы MFS (дистальнее по хромосоме). У лекарст -
венно-устойчивых штаммов A. baumannii присутствует сцепление генов arnTC,
кодирующих ферменты, вовлеченные в процесс переноса 4-амино-4-дезокси-
L-арабинозы на липид А, в то же время, у лекарственно-чувствительного
штамма SDF последовательность arnTC фрагментирована вставкой IS-
элемента, полученной, по-видимому, от другого вида бактерий. Интегразная
последовательность обнаруживается здесь в геноме A. pittii. Аминокислотная
замена Ser83Leu в транслированной последовательности QRDR-региона гена
gyrA отмечена только среди клинических штаммов A. baumannii с устойчиво-
стью к фторхинолонам. Таким образом, присутствие и возможность модифи-
кации данного «горячего» участка хромосомы разных видов и штаммов может
реализоваться в лекарственно-резистентном фенотипе.
ОБСУЖДЕНИЕ
Эффлюкс-транспортерные системы представляют собой один из ключевых
молекулярных механизмов множественной лекарственной устойчивости гра-
мотрицательных бактерий. Транспортеры ABC способны активно экспорти-
ровать широкий спектр антимикробных агентов (таких как антибиотики,
антисептики и многие цитотоксические химические вещества). Их присутст-
вие в специфическом сайте хромосомы может быть связано не только с более
высокой вероятностью генетической рекомбинации, но и с обеспечением
определенной стабильности этих ассоциированных (сцепленных) генов в по-
пуляции [4].
С другой стороны, изменения биохимического процесса синтеза липида
А способны привести к снижению аффинности липополисахарида клеточной
стенки бактерий к полимиксинам, что важно для клинических изолятов
[4]. Число сообщений об обнаружении колистин-резистентных штаммов сре-
ди бактерий, которые не обладают естественной устойчивостью (A. baumannii,
Pseudomonas aeruginosa и представители семейства Enterobacteriaceae) про-
грессивно увеличивается, при этом установлен факт формирования группы
панрезистентных возбудителей [11]. Устойчивость A. baumannii к колистину,
например, в Греции достигла 21,1% [12]. В Российской Федерации ситуация
в отношении полимиксин-резистентных возбудителей более благоприятна, в
частности, штаммы A. baumannii Perm и 28 чувствительны к полимиксину В
и колистину. Однако они являются устойчивыми к фторхинолонам в соот-
ветствии с критериями EUCAST (ципрофлоксацин МПК >2 мг/л, левофлок-
сацин МПК 2 мг/л).
В отличие от ацинетобактера у лекарственно-устойчивых энтеробактерий
разных видов изменчивость последовательности, расположенной проксималь-
но гену xerC практически не прослеживается, и с резистентным фенотипом
здесь можно связать лишь наличие гена, кодирующего хлорамфеникол-
чувствительный мембранный белок RarD молекулярного семейства EAM
(данные не приведены). Однако и здесь Xer-связывающие сайты вовлечены в
мобилизацию отдельных фрагментов ДНК посредством сайт-специфической
рекомбинации [6].
Таким образом, в исследовании получено новое доказательство пластич-
ности генома ацинетобактера, что, безусловно, способствует формированию
лекарственно-устойчивой популяции. Полногеномное секвенирование долж-
но стать неотъемлемой частью молекулярной диагностики данного возбуди-
теля, т.к. иными методами получить представленную в работе информацию
практически невозможно. Молекулярно-генетический подход позволяет,
среди прочего, уточнить особенные свойства эпидемического генотипа.
×
About the authors
A. P. Solomennyi
Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms
Author for correspondence.
Email: fake@neicon.ru
Perm Russian Federation
N. A. Zubareva
Wagner State Medical University
Email: fake@neicon.ru
Perm Russian Federation
References
- Гончаров А.Е., Еремеева М.И., Зубарева Н.А., Соломенный А.П. Генотипический анализ карбапенем-устойчивого штамма Acinetobacter baumannii. Перм. мед. журнал. 2011, 28 (6): 95-99.
- Сухорукова М.В., Эйдельштейн М.В., Склеенова Е.Ю., Иванчик Н.В., Тимохова А.В., Шек Е.А., Дехнич А.В., Козлов Р.С. и исследовательская группа «Марафон». Антибиотикорезистентность нозокомиальных штаммов Acinetobacter spp. в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования МАРАФОН в 2011—2012 гг. Клин. микробиол. антимикроб. химиотер. 2014, 16 (4): 266-272.
- Сухорукова М.В., Эйдельштейн М.В., Склеенова Е.Ю., Иванчик Н.В., Шек Е.А., Дехнич А.В., Козлов Р.С. и исследовательская группа «Марафон» Антибиотикорезистентность нозокомиальных штаммов Acinetobacter spp. в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования «Марафон» 2013—2014. Клин. микробиол. антимикроб. химиотер. 2017, 19 (1): 42-48.
- Чеботарь И.В., Лазарева А.В., Масалов Я.К., Михайлович В.М., Маянский Н.А. Acinetobacter: микробиологические, патогенетические и резистентные свойства. Вестник РАМН. 2014, 9-10: 39-50.
- Antunes L.C., Visca P., Towner K.J. Acinetobacter baumannii: evolution of a global pathogen. Pathog. Dis. 2014, 71: 292-301.
- Castillo F., Benmohamed A., Szatmari G. Xer site specific recombination: double and single recombinase systems. Front. Microbiol. 2017, 8: Art. 453.
- Dettori M., Piana A., Deriu M.G. et al. Outbreak of multidrug-resistant Acinetobacter baumannii in an intensive care unit. New Microbiol. 2014, 37: 185-191.
- Ellington M.J., Ekelund O., Aarestrup F.M. et al. The role of whole genome sequencing in antimicrobial susceptibility testing of bacteria: report from the EUCAST Subcommittee. Clin. Microbiol. Infect. 2017, 23: 2-22.
- Harding C.M., Hennon S.W., Feldman M.F. Uncovering the mechanisms of Acinetobacter baumannii virulence. Nat. Rev. Microbiol. 2018. 16: 91-102.
- Krzyciak P., Chmielarczyk A., Pobiega M. et al. Acinetobacter baumannii isolated from hospital-acquired infection: biofilm production and drug susceptibility. APMIS. 2017, 125: 1017-1026.
- Olaitan A.O., Morand S., Rolain J-M. Mechanisms of polymyxin resistance: acquired and intrinsic resistance in bacteria. Front. Microbiol. 2014, 5: Art. 643.
- Oikonomou O., Sarrou S., Papagiannitsis C.C. et al. Rapid dissemination of colistin and carbapenem resistant Acinetobacter baumannii in Central Greece: mechanisms of resistance, molecular identification and epidemiological data. BMC Infect. Dis. 2015, 15: Art. 559.
- Segagni Lusignani L., Starzengruber P., Dosch V. et al. Molecular epidemiology of multidrugresistant clinical isolates of Acinetobacter baumannii: A 10-year analysis in a large tertiary care university hospital in central Europe with international admissions. Wien Klin. Wochenschr. 2017, 129: 816-822.
- Shafaati M., Boroumand M., Nowroozi J. et al. Correlation between qacE and qacEΔ1 efflux pump genes, antibiotic and disinfectant resistant among clinical isolates of E. coli. Recent Pat. Antiinfect. Drug Discov. 2016, 11: 189-195.
- Wilharm G., Skiebe E., Higgins P.G. et al. Relatedness of wildlife and livestock avian isolates of the nosocomial pathogen Acinetobacter baumannii to lineages spread in hospitals worldwide. Environ. Microbiol. 2017, 19: 4349-4364.
Supplementary files
