Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1897510.36233/0372-9311-678LSVTWHORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleCharacterization of the molecular genetic properties of epidemic strains of Klebsiella pneumoniae and Staphylococcus aureus, the pathogens of healthcare-associated infections circulating in the Nizhny Novgorod regionХарактеристика молекулярно-генетических свойств эпидемических штаммов Klebsiella pneumoniae и Staphylococcus aureus — возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, циркулирующих на территории Нижегородской областиhttps://orcid.org/0000-0002-3136-9500SolovyevaIrina V.СоловьеваИрина Владленовна
Russian Federation

D. Sci. (Biol.), leading researcher, Head, Laboratory of the human microbiome and means of its correction

д-р биол. наук, доцент, в. н. с., зав. лаб. микробиома человека и средств его коррекции

lab-lb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7753-5730TochilinaAnna G.ТочилинаАнна Георгиевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Laboratory of the human microbiome and means of its correction

канд. биол. наук, доцент, с. н. с. лаб. микробиома человека и средств его коррекции

lab-lb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3402-1160BelovaIrina V.БеловаИрина Викторовна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), leading researcher, Laboratory of the human microbiome and means of its correction

канд. мед. наук, доцент, в. н. с. лаб. микробиома человека и средств его коррекции

lab-lb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5370-4026ZaitsevaNatalya N.ЗайцеваНаталья Николаевна
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Director

д-р мед. наук, директор

nniiem@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0509-3459KucherenkoNatalia S.КучеренкоНаталия Сергеевна
Russian Federation

Head

руководитель

sanepid@sinn.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9412-8678SadykovaNatalia A.СадыковаНаталья Александровна
Russian Federation

Deputy Head

заместитель руководителя

sanepid@sinn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4750-5925MolodtsovaSvetlana B.МолодцоваСветлана Борисовна
Russian Federation

researcher, Laboratory of the human microbiome and means of its correction

н. с. лаб. микробиома человека и средств его коррекции

lab-lb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6903-962XKropotovVasiliy S.КропотовВасилий Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Laboratory of the human microbiome and means of its correction

канд. биол. наук, с. н. с. лаб. микробиома человека и средств его коррекции

lab-lb@yandex.ruAcademician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and MicrobiologyНижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени академика И.Н. Блохиной РоспотребнадзораDepartment of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Welfare in the Nizhny Novgorod regionУправление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Нижегородской области0511202510255605700311202503112025Copyright ©; 2025, Solovyeva I.V., Tochilina A.G., Belova I.V., Zaitseva N.N., Kucherenko N.S., Sadykova N.A., Molodtsova S.B., Kropotov V.S.Copyright ©; 2025, Соловьева И.В., Точилина А.Г., Белова И.В., Зайцева Н.Н., Кучеренко Н.С., Садыкова Н.А., Молодцова С.Б., Кропотов В.С.2025Solovyeva I.V., Tochilina A.G., Belova I.V., Zaitseva N.N., Kucherenko N.S., Sadykova N.A., Molodtsova S.B., Kropotov V.S.Соловьева И.В., Точилина А.Г., Белова И.В., Зайцева Н.Н., Кучеренко Н.С., Садыкова Н.А., Молодцова С.Б., Кропотов В.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/18975

Introduction. Molecular epidemiological monitoring is aimed at obtaining up-to-date information on the genetic variants of healthcare-associated infections (HAIs) circulating in the region. Currently, special attention is being paid to monitoring representatives of the ESKAPE group, as they are a frequent cause of HAIs, complicate the course of the underlying disease, and are becoming an increasingly serious threat to the health and lives of patients due to their complex pathogenicity genes and diverse antibiotic resistance mechanisms.

The aim of the study is to analyze the results of whole-genome sequencing of epidemic strains of pathogens of HAIs — Klebsiella pneumoniae ssp. pneumoniae and Staphylococcus aureus — circulating in the Nizhny Novgorod region.

Materials and methods. Classical bacteriological methods, MALDI-TOF mass spectrometry, whole-genome sequencing, and bioinformatics methods were used.

Results. In-depth analysis revealed the circulation of a population of classical K. pneumoniae strains of sequence type (ST) 3-K type (K) 3 in the neonatal intensive care unit, containing a number of virulence genes and the blaSHV-1 beta-lactamase. Circulation of a population of K. pneumoniae strains of the convergent pathotype ST395 and K39 was detected in a multidisciplinary hospital, and strains of the convergent pathotype K. pneumoniae ST395-K2, K47, as well as strains of the classical pathotype K. pneumoniae ST5209-K35, ST441-K62, ST147-K64, containing a spectrum of pathogenicity genes and beta-lactamases in their genome, including New Delhi metallo-beta-lactamase blaNDM-1, were identified. S. aureus strains associated with catheter-associated bloodstream infections have significant pathogenic potential, belonging to 13 different STs and 19 spa types (t). Circulation of methicillin-resistant (SCCmec IV, ST8, t008) and methicillin-susceptible (ST1, t127) staphylococcal strains has been detected in hemodialysis centers and departments.

Conclusion. The data obtained indicate the circulation of convergent and classical strains of K. pneumoniae and virulent strains of S. aureus in medical and preventive organizations, which justifies the need for molecular epidemiological monitoring.

Введение. Молекулярно-эпидемиологический мониторинг направлен на получение актуальной информации о генетических вариантах возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП), циркулирующих в регионе. В настоящее время особое внимание уделяется слежению за представителями группы ESKAPE, т. к. они являются частой причиной ИСМП, осложняют течение основного заболевания и становятся всё более серьёзной угрозой здоровью и жизни пациентов, поскольку обладают комплексом генов патогенности и разнообразными механизмами антибиотикорезистентности.

Цель работы — анализ результатов полногеномного секвенирования эпидемических штаммов возбудителей ИСМП — Klebsiella pneumoniae ssp. pneumoniae и Staphylococcus aureus, циркулирующих на территории Нижегородской области.

Материалы и методы. Использованы классические бактериологические методы, MALDI TOF масс-спектрометрия, полногеномное секвенирование, биоинформатические методы.

Результаты. Углублённый анализ показал циркуляцию в отделении новорождённых популяции классических штаммов K. pneumoniae сиквенс-типа (ST) 3-К-типа (К) 3, содержащих ряд генов патогенности и бета-лактамазу blaSHV-1. В многопрофильном стационаре обнаружена циркуляция популяции штаммов конвергентного патотипа K. pneumoniae ST395-К39, а также выявлены штаммы конвергентного патотипа K. pneumoniae ST395-К2, К47 и штаммы классического патотипа K. pneumoniae ST5209-К35, ST441-К62, ST147-К64, содержащие в геноме спектр генов патогенности и бета-лактамаз, в том числе Нью-Дели металло-бета-лактамазу blaNDM-1. Штаммы S. aureus, связанные с катетер-ассоциированными инфекциями кровотока, обладают выраженным патогенным потенциалом, относятся к 13 различным ST и 19 spa-типам (t). В гемодиализных центрах и отделениях гемодиализа выявлена циркуляция штаммов метициллин-резистентных (SCCmec IV, ST8, t008) и метициллин-чувствительных (ST1, t127) стафилококков.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о циркуляции в лечебно-профилактических медицинских организациях конвергентных и классических штаммов K. pneumoniae и вирулентных штаммов S. aureus, что обосновывает необходимость молекулярно-эпидемиологического мониторинга.

Klebsiella pneumoniaeStaphylococcus aureushealthcare-associated infectionswhole-genome sequencingmicrobiological monitoringKlebsiella pneumoniaeStaphylococcus aureusинфекции, связанные с оказанием медицинской помощиполногеномное секвенированиемикробиологический мониторингЗубков В.В., Любасовская Л.А., Рюмина И.И. и др. Микробиологический мониторинг в системе инфекционного контроля неонатальных стационаров. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2014;59(1):51–6. Zubkov V.V., Lyubasovskaya L.A., Ryumina I.I., et al. Microbiological monitoring of the infection control system of neonatal hospitals. Russain Bulletin of Perinatology and Pediatrics. 2014;59(1):51–6. EDN: https://elibrary.ru/rwimxhМихайловская В.С., Селиванова П.А., Кузнецова М.В. Распространённость генов qacEΔ1, qacE, oqxA, oqxB, acrA, cepA и zitB среди мультирезистентных Klebsiella pneumoniae, выделенных в кардиохирургическом стационаре. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2024;101(4):502–11. Mihailovskaya V.S., Selivanova P.A., Kuznetsova M.V. Prevalence of qacEΔ1, qacE, oqxA, oqxB, acrA, cepA and zitB genes among multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae isolated in a cardiac hospital. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2024;101(4): 502–11. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-548 EDN: https://elibrary.ru/fcoyeeНовикова И.Е., Садеева З.З., Алябьева Н.М. и др. Антибиотикорезистентность и вирулентность карбапенем-устойчивых штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных у детей в реанимационных и хирургических отделениях. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023;100(4):321–32. Novikova I.E., Sadeeva Z.Z., Alyabyeva N.M., et al. Antimicrobial resistance and virulence of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae strains isolated from children in intensive care and surgical units. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2023;100(4):321–32. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-373 EDN: https://elibrary.ru/rmjxslРоманов А.В., Дехнич А.В., Эйдельштейн М.В. Молекулярная эпидемиология штаммов Staphylococcus aureus в детских стационарах России. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012;14(3):201–8. Romanov А.V., Dekhnich А.V., Edelstein М.V. Molecular epidemiology of Staphylococcus aureus in Russian pediatric hospitals. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2012;14(3):201–8. EDN: https://elibrary.ru/pcnnlpВоронина О.Л., Кунда М.С., Рыжова Н.Н. и др. Геномные особенности резистентных изолятов Klebsiella pneumoniae, выделенных из кровяного русла и ликвора пациентов детского стационара. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023;100(6):399–409. Voronina O.L., Kunda M.S., Ryzhova N.N., et al. Genomic features of resistans Klebsiella pneumoniae, isolated from the bloodstream and cerebrospinal fluid of pediatric hospital patients. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2023;100(6):399–409. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-430 EDN: https://elibrary.ru/ylxbdzBankevich A., Nurk S., Antipov D., et al. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012;19(5):455–77. DOI: https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021Seemann T. Prokka: rapid prokaryotic genome annotation. Bioinformatics. 2014;30(14):2068–9. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu153Chen L.H., Yang J., Yu J., et al. VFDB: a reference database for bacterial virulence factors. Nucleic Acids Res. 2005;33(1):325–8. DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gki008Bortolaia V., Kaas R.S., Ruppe E., et al. ResFinder 4.0 for predictions of phenotypes from genotypes. J. Antimicrob. Chemother. 2020;75(12):3491–500. DOI: https://doi.org/10.1093/jac/dkaa345Jolley K.A., Bray J.E., Maiden M.C.J. Open-access bacterial population genomics: BIGSdb software, the PubMLST.org website and their applications. Wellcome Open Res. 2018;3:124. DOI: https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.14826.1Guo C., Yang X., Wu Y., et al. MLST-based inference of genetic diversity and population structure of clinical Klebsiella pneumoniae, China. Sci. Rep. 2015;5:7612. DOI: https://doi.org/10.1038/srep07612Bartels M.D., Petersen A., Worning P., et al. Comparing whole-genome sequencing with Sanger sequencing for spa typing of methicillin-resistant Staphylococcus aureus. J. Clin. Microbiol. 2014;52(12):4305–8. DOI: https://doi.org/10.1128/jcm.01979-14International Working Group on the Classification of Staphylococcal Cassette Chromosome Elements (IWG-SCC). Classification of staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec): guidelines for reporting novel SCCmec elements. Antimicrob. Agents Chemother. 2009;53(12):4961–7. DOI: https://doi.org/10.1128/aac.00579-09Treangen T.J., Ondov B.D., Koren S., et al. The Harvest suite for rapid core-genome alignment and visualization of thousands of intraspecific microbial genomes. Genome Biol. 2014;15(11):524. DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-014-0524-xLetunic I., Bork P. Interactive tree of life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucleic Acids Res. 2021;49(W1):293–6. DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkab301Брико Н.И., Брусина Е.Б., Зуева Л.П. и др. Госпитальный штамм – непознанная реальность. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2013;(1):30–5. Briko N.I., Brusina E.B., Zueva L.P., et al. Hospital strain — a mysterious reality. Epidemiology and Vaccinal Prevention. 2013;(1):30–5. EDN: https://elibrary.ru/pvsumnАгеевец В.А., Агеевец И.В., Сидоренко С.В. Конвергенция множественной резистентности и гипервирулентности у Klebsiella pneumoniae. Инфекция и иммунитет. 2022;12(3):450–60. Ageevets V.A., Ageevets I.V., Sidorenko S.V. Convergence of multiple resistance and hypervirulence in Klebsiella pneumoniae. Russian Journal of Infection and Immunity. 2022;12(3):450–60. DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-COM-1825 EDN: https://elibrary.ru/ucpmnfКомисарова Е.В., Воложанцев Н.В. Гипервирулентная Klebsiella pneumoniae — новая инфекционная угроза. Инфекционные болезни. 2019;17(3):81–9. Komisarova E.V., Volozhantsev N.V. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae: a new infectious threat. Infectious diseases. 2019;17(3):81–9. DOI: https://doi.org/10.20953/1729-9225-2019-3-81-89 EDN: https://elibrary.ru/idonjyAli M.R., Yang Y., Dai Y., et al. Prevalence of multidrug-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae without defined hypervirulent biomarkers in Anhui, China: a new dimension of hypervirulence. Front. Microbiol. 2023;14:1247091. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1247091.8Устюжанин А.В., Маханёк А.А., Чистякова Г.Н. и др. Сравнительный геномный анализ клинических изолятов Klebsiella pneumoniae, выделенных от новорождённых детей с различными исходами инфекционного процесса в неонатальном периоде. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2025;102(1):62–71. Ustyuzhanin A.V., Makhanyok A.A., Chistyakova G.N. et al. Comparative genomic analysis of clinical isolates of Klebsiella pneumoniae isolated from newborns with different outcomes of the infectious process in the neonatal period. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2025;102(1):62–71. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-544 EDN: https://elibrary.ru/zxmnbqСамойлова А.А., Краева Л.А., Михайлов Н.В. и др. Геномный анализ вирулентности и антибиотикорезистентности штаммов Klebsiella pneumoniae. Инфекция и иммунитет. 2024;14(2):339–50. Samoylova A.A., Kraeva L.A., Mikhailov N.V., et al. Genomic analysis of virulence and antibiotic resistance of Klebsiella pneumoniae strains. Infection and Immunity. 2024;14(2):339–50. DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-GAO-15645 EDN: https://elibrary.ru/cmtxuzСкачкова Т.С., Замятин М.Н., Орлова О.А. и др. Мониторинг метициллинрезистентных штаммов стафилококка в многопрофильном стационаре Москвы с помощью молекулярно-биологических методов. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2021;20(1):44–50. Skachkova T.S., Zamyatin M.N., Orlova O.A., et al. Monitoring of methicillin-resistant staphylococcal strains in the Moscow medical and surgical center using molecular biological methods. Epidemiology and Vaccinal Prevention. 2021;20(1):44–50. DOI: https://doi.org/10.31631/2073-3046-2021-20-1-44-50 EDN: https://elibrary.ru/fwncisЯкубцевич Р.Э., Лемеш А.В., Кирячков Ю.Ю. Патогенетические механизмы формирования генетической устойчивости к антибиотикам при лечении тяжелых инфекций в интенсивной терапии. Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2021;19(3):255–62. Yakubtsevich R.E., Lemesh A.V., Kiryachkov Yu.Yu. Pathogenetic mechanisms of formation of genetic resistance to antibiotics in the treatment of severe infections in intensive care. Journal of the Grodno State Medical University. 2021;19(3):255–62. DOI: https://doi.org/10.25298/2221-8785-2021-19-3-255-262 EDN: https://elibrary.ru/rtqhgvMalachowa N., DeLeo F.R. Mobile genetic elements of Staphylococcus aureus. Cell Mol. Life Sci. 2010;67(18):3057–71. DOI: https://doi.org/10.1007/s00018-010-0389-4Schwarz S., Cardoso M. Nucleotide sequence and phylogeny of a chloramphenicol acetyltransferase encoded by the plasmid pSCS7 from Staphylococcus aureus. Antimicrob. Agents Chemother. 1991;35(8):1551–6. DOI: https://doi.org/10.1128/aac.35.8.1551