Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology135910.36233/0372-9311-298ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleVirulence determinants and genotypes of Helicobacter pylori clinical isolatesДетерминанты вирулентности и генотипы клинических изолятов Helicobacter pylorihttps://orcid.org/0000-0001-9340-4132SvarvalAlena V.СварвальАлена Владимировна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), Head, Department for identification of pathogens

к.м.н., зав. лаб. идентификации патогенов

dariastarkova13@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3199-8689StarkovaDaria A.СтарковаДарья Андреевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), researcher, Department for identification of pathogens, Department of molecular epidemiology and evolutionary genetics

к.б.н., с.н.с. лаб. идентификации патогенов, н.с. лаб. молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики

dariastarkova13@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7661-3725FermanRaisa S.ФерманРаиса Семеновна
Russian Federation

researcher, Department for identification of pathogens

м.н.с. лаб. идентификации патогенов

dariastarkova13@gmail.comSt. Petersburg Pasteur InstituteСанкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера151220229966927001001202310012023Copyright ©; 2022, Svarval A.V., Starkova D.A., Ferman R.S.Copyright ©; 2022, Сварваль А.В., Старкова Д.А., Ферман Р.С.2022Svarval A.V., Starkova D.A., Ferman R.S.Сварваль А.В., Старкова Д.А., Ферман Р.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/1359

Background. H. pylori is the principal causative agent of gastroduodenal disorders in humans. The development and severity of lesions in infected individuals depend on the virulence of H. pylori strains.

Aims: Detection of virulence determinants and comparative analysis of H. pylori genotypes in patients with chronic gastritis (CG) and duodenal ulcer (DU).

Materials and methods. The 53 H. pylori strains were isolated in St. Petersburg from patients with CG (n = 34) and DU (n = 19). The genetic determinants of virulence cagA, iceA, vacA and H. pylori genotypes in patients with CG and UC were determined using the standard PCR method.

Results. The cagA gene was found in 64.1% of H. pylori strains. The proportions of cagA+ isolates from patients with CG and DU was 55.8% (15/34) and 78.9% (15/19), respectively (p > 0.05). The iceA1 allele of H. pylori was detected in 47.4% of patients with DU, the iceA2 — in 47.1% of patients with CG (p > 0.05). The vacAs1 allele was significantly dominant in patients with DU — 94.7% versus 70.6% in CG (p < 0.05). No significant difference in vacA m1 and m2 alleles was found in H. pylori from different groups of patients (p > 0.05). All cagA+ strains were carriers of the vacA s1 allele. The vast majority of strains (10 out of 11) of the cagA–/vacAs2 genotype were isolated from patients with CG.

Conclusion. The significant association between vacAs1, vacAs2 allelic variants, as well as vacA s1/m2, vacA s2/m2 genotypes of the pathogen and severity of clinical manifestations of H. pylori infection has been established in our study. The vacAs1 and vacA s1/m2 genotypes of the pathogen are associated with duodenal ulcer.

Введение. Helicobacter pylori — основной возбудитель гастродуоденальных заболеваний человека, развитие и степень тяжесть которых зависят от вирулентности штаммов H. pylori.

Цель — выявление детерминант вирулентности и сравнительный анализ генотипов H. pylori у пациентов с хроническим гастритом (ХГ) и язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки (ЯБДК).

Материалы и методы. Изучены 53 штамма H. pylori, выделенные в Санкт-Петербурге от пациентов с H. pylori-ассоциированными заболеваниями: 34 — с ХГ, 19 — с ЯБДК. Стандартным методом ПЦР определены генетические детерминанты вирулентности cagA, iceA, vacA и генотипы H. pylori у пациентов с ХГ и ЯБДК.

Результаты. Ген cagA обнаружен у 64,1% штаммов H. pylori. У пациентов с ХГ и ЯБДК доля cagA+ штаммов H. pylori составляла 55,8 и 78,9 соответственно (р > 0,05). Аллельный вариант iceA1 H. pylori выявлен у 47,4% пациентов с ЯБДК, iceA2 — у 47,1% пациентов с ХГ (р > 0,05); аллель vacAs1 доминировал у штаммов, выделенных от больных ЯБДК (94,7% против 70,6% при ХГ; p < 0,05). Существенной разницы в распределении аллельных вариантов m1 и m2 гена vacA H. pylori между группами пациентов не выявлено. Доля штаммов H. pylori генотипа s1/m2 у пациентов с ЯБДК (52,6%) значимо превышала таковую у пациентов с ХГ (20,6%); р = 0,02. Все cagA+ штаммы являлись носителями аллеля vacAs1. Подавляющее большинство штаммов (10 из 11) генотипа cagA-/vacAs2 выделены от больных ХГ.

Заключение. Установлена статистически значимая ассоциация аллельных вариантов vacAs1 и vacAs2, а также генотипов vacA s1/m2 и vacA s2/m2 возбудителя с тяжестью клинических проявлений инфекции H. pylori. Генотипы vacAs1 и vacA s1/m2 возбудителя ассоциированы с язвой двенадцатиперстной кишки.

Helicobacter pyloricagAiceAvacAvirulence determinantgenotypingchronic gastritisduodenal ulcerHelicobacter pyloricagAiceAvacAгенотипированиегены вирулентностихронический гастритязвенная болезнь двенадцатиперстной кишкиde Brito B.B., da Silva F.A.F., Soares A.S., Pereira V.A., Santos M.L.C., Sampaio M.M., et al. Pathogenesis and clinical management of Helicobacter pylori gastric infection. World J. Gastroenterol. 2019; 25(37): 5578–89. https://doi.org/10.3748/wjg.v25.i37.5578Nejati S., Karkhah A., Darvish H., Validi M., Ebrahimpour S., Nouri H.R. Influence of Helicobacter pylori virulence factors CagA and VacA on pathogenesis of gastrointestinal disorders. Microb. Pathog. 2018; 117: 43–8. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.02.016Covacci A., Telford J.L., Del Giudice G., Parsonnet J., Rappuoli R. Helicobacter pylori virulence and genetic geography. Science. 1999; 284(5418): 1328–33. https://doi.org/10.1126/science.284.5418.1328Whitmire J.M., Merrell D.S. Helicobacter pylori genetic polymorphisms in gastric disease development. Adv. Exp. Med. Biol. 2019; 1149: 173–94. https://doi.org/10.1007/5584_2019_365Foegeding N.J., Caston R.R., McClain M.S., Ohi M.D., Cover T.L. An overview of Helicobacter pylori VacA toxin biology. Toxins (Basel). 2016; 8(6): E173. https://doi.org/10.3390/toxins8060173Atherton J.C., Cao P., Peek R.M.Jr., Tummuru M.K., Blaser M.J., Cover T.L. Mosaicism in vacuolating cytotoxin alleles of Helicobacter pylori. Association of specific vacA types with cytotoxin production and peptic ulceration. J. Biol. Chem. 1995; 270(30): 17771–7. https://doi.org/10.1074/jbc.270.30.17771Van Doorn L.J., Figueiredo C., Mégraud F., Pena S., Midolo P., Queiroz D.M., et al. Geographic distribution of vacA allelic types of Helicobacter pylori. Gastroenterol. 1999; 116(4): 823–30. https://doi.org/10.1016/s0016-5085(99)70065-xTumurru M.K., Cover T.L., Blaser M.J. Cloning and expression of a high-molecular mass major antigen of Helicobacter pylori: evidence of linkage to cytotoxin production. Infect. Immun. 1993; 61(5): 1799–809. https://doi.org/10.1128/iai.61.5.1799-1809.1993Yamaoka Y., Kodama T., Gutierrez O., Kim J.G., Kashima K., Graham D.Y. Relationship between Helicobacter pylori iceA, cagA, and vacA status and clinical outcome: studies in four different countries. J. Clin. Microbiol. 1999; 37(7): 2274–9. https://doi.org/10.1128/jcm.37.7.2274-2279.1999van Doorn L.J., Figueiredo C., Sanna R., Plaisier A., Schneeberger P., de Boer W., et al. Clinical relevance of the cagA, vacA, and iceA status of Helicobacter pylori. Gastroenterol. 1998; 115(1): 58–66. https://doi.org/10.1016/s0016-5085(98)70365-8Miehlke S., Kirsch C., Agha-Amiri K., Günther T., Lehn N., Malfertheiner P., et al. The Helicobacter pylori vacA s1, m1 genotype and cagA is associated with gastric carcinoma in Germany. Int. J. Cancer. 2000; 87(3): 322–7.Podzorski R.P., Podzorski D.S., Wuerth A., Tolia V. Analysis of the vacA, cagA, cagE, iceA, and babA2 genes in Helicobacter pylori from sixty-one pediatric patients from the Midwestern United States. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 2003; 46(2): 83–8. https://doi.org/10.1016/s0732-8893(03)00034-8Perng C.L., Lin H.J., Sun I.C., Tseng G.Y. Helicobacter pylori cagA, iceA and vacA status in Taiwanese patients with peptic ulcer and gastritis. J. Gastroenterol. Hepatol. 2003; 18(11): 1244–9. https://doi.org/10.1046/j.1440-1746.2003.03214.xUchida T., Miftahussurur M., Pittayanon R., Vilaichone R.K., Wisedopas N., Ratanachu-Ek T., et al. Helicobacter pylori infection in thailand: a nationwide study of the CagA phenotype. PLoS One. 2015; 10(9): e0136775. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136775Govorun V.M., Momynaliev K.T., Smirnova O.V., Chelysheva V.V., Kudryavtseva L.V., Sergienko V.I., et al. The modern approaches to molecular diagnostics and identification of Helicobacter pylori clinical isolates in Russia. Rossiyskiy zhurnal gastroenterologii, gepatologii, koloproktologii. 2002; 12(3): 57–65. (in Russian)Говорун В.М., Момыналиев К.Т., Смирнова О.В., Челышева В.В., Кудрявцева Л.В., Сергиенко В.И. и др. Современные подходы к молекулярной диагностике и типированию клинических изолятов Helicobacter pylori в России. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2002; 12(3): 57–65.Spivak E.M., Levit R.M., Kuz'mina G.V., Demenchuk M.Yu. Influence of genetic characteristics of Helicobacter pylori on pathomorphology of gastric mucosa in young persons with chronic gastritis. Bakteriologiya. 2017; 2(4): 25–9. https://doi.org/10.20953/2500-1027-2017-4-25-29 (in Russian)Спивак Е.М., Левит Р.М., Кузьмина Г.В., Деменчук М.Ю. Влияние генетической характеристики Helicobacter pylori на воспалительный процесс в слизистой оболочке верхних отделов пищеварительного тракта детей с хроническим гастритом. Бактериология. 2017; 2(4): 25–9. https://doi.org/10.20953/2500-1027-2017-4-25-29Bereznyak E.A., Sorokin V.M., Karpova I.O., Stupina N.A., Terent'ev A.N. Genotype peculiarities of regional Helicobacter pylori strains from the Rostov district. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika. 2013; (4): 30–3. (in Russian)Березняк Е.А., Сорокин В.М., Карпова И.О., Ступина Н.А., Терентьев А.Н. Особенности генотипов штаммов Helicobacter pylori, циркулирующих в Ростовской области. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2013; (4): 30–3.Sorokin V.M., Pisanov R.V., Vodop'yanov A.S., Golubkina E.V., Bereznyak E.A. Comparative analysis of genotypes of Helicobacter pylori strains in the Rostov and Astrakhan regions. Meditsinskiy vestnik Yuga Rossii. 2018; 9(4):81–6. https://doi.org/10.21886/2219-8075-2018-9-4-81-86 (in Russian)Сорокин В.М., Писанов Р.В., Водопьянов А.С., Голубкина Е.В., Березняк Е.А. Сравнительный анализ генотипов штаммов Helicobacter pylori в Ростовской и Астраханской области. Медицинский вестник Юга России. 2018; 9(4):81–6. https://doi.org/10.21886/2219-8075-2018-9-4-81-86Abu-Taleb A.M.F., Abdelattef R.S., Abdel-Hady A.A., Omran F.H., El-Korashi L.A., Abdel-Aziz El-Hady H., et al. Prevalence of Helicobacter pylori cagA and iceA genes and their association with gastrointestinal diseases. Int. J. Microbiol. 2018; 2018: 4809093. https://doi.org/10.1155/2018/4809093Wei G.C., Chen J., Liu A.Y., Zhang M., Liu X.J., Liu D., et al. Prevalence of Helicobacter pylori vacA, cagA and iceA genotypes and correlation with clinical outcome. Exp. Ther. Med. 2012; 4(6): 1039–44. https://doi.org/10.3892/etm.2012Boyanova L., Yordanov D., Gergova G., Markovska R., Mitov I. Association of iceA and babA genotypes in Helicobacter pylori strains with patient and strain characteristics. Antonie Van Leeuwenhoek. 2010; 98(3): 343–50. https://doi.org/10.1007/s10482-010-9448-yAlmeida N., Donato M.M., Romãozinho J.M., Luxo C., Cardoso O., Cipriano M.A., et al. Correlation of Helicobacter pylori genotypes with gastric histopathology in the central region of a South-European country. Dig. Dis. Sci. 2015; 60(1): 74–85. https://doi.org/10.1007/s10620-014-3319-8Akhtereeva A.R., Davidyuk Yu.N., Fayzullina R.A., Ivanovskaya K.A., Safin A.G., Safina D.D., et al. Prevalence of Helicobacter pylori genotypes in patients with gastroduodenal pathology in Kazan. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2017; (5): 723–8. https://doi.org/10.17750/KMJ2017-723 (in Russian)Ахтереева А.Р., Давидюк Ю.Н., Файзуллина Р.А., Ивановская К.А., Сафин А.Г., Сафина Д.Д. и др. Распространённость генотипов Helicobacter pylori у пациентов с гастродуоденальной патологией в Казани. Казанский медицинский журнал. 2017; (5): 723–8. https://doi.org/10.17750/KMJ2017-723Momynaliev K., Smirnova O., Kudryavtseva L., Govorun V. Helicobacter pylori genotypes in Russia. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2003; 22(9): 573–4. https://doi.org/10.1007/s10096-003-0987-2Keikha M., Ali-Hassanzadeh M., Karbalaei M. Association of Helicobacter pylori vacA genotypes and peptic ulcer in Iranian population: a systematic review and meta-analysis. BMC Gastroenterol. 2020; 20(1): 266. https://doi.org/10.1186/s12876-020-01406-9Ben Mansour K., Fendri C., Zribi M., Masmoudi A., Labbene M., Fillali A., et al. Prevalence of Helicobacter pylori vacA, cagA, iceA and oipA genotypes in Tunisian patients. Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2010; 9: 10. https://doi.org/10.1186/1476-0711-9-10Ribeiro M.L., Godoy A.P., Benvengo Y.H., Mendonça S., Pedrazzoli J. Jr. Clinical relevance of the cagA, vacA and iceA genotypes of Helicobacter pylori in Brazilian clinical isolates. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2003; 36(3): 181–5. https://doi.org/10.1016/S0928-8244(03)00029-4Lin H.J., Perng C.L., Lo W.C., Wu C.W., Tseng G.Y., Li A.F., et al. Helicobacter pylori cagA, iceA and vacA genotypes in patients with gastric cancer in Taiwan. World J. Gastroenterol. 2004; 10(17): 2493–7. https://doi.org/10.3748/wjg.v10.i17.2493Erzin Y., Koksal V., Altun S., Dobrucali A., Aslan M., Erdamar S., et al. Prevalence of Helicobacter pylori vacA, cagA, cagE, iceA, babA2 genotypes and correlation with clinical outcome in Turkish patients with dyspepsia. Helicobacter. 2006; 11(6): 574–80. https://doi.org/10.1111/j.1523-5378.2006.00461.xMarie M.A. Relationship between Helicobacter pylori virulence genes and clinical outcomes in Saudi patients. J. Korean Med. Sci. 2012; 27(2): 190–3. https://doi.org/10.3346/jkms.2012.27.2.190