Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1910910.36233/0372-9311-852TMSCWUORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleComparison of the genetic profiles of Burkholderia cenocepacia in patients with cystic fibrosis before and during targeted therapyСравнение генетических профилей Burkholderia cenocepacia у пациентов с муковисцидозом до и на фоне применения таргетной терапииhttps://orcid.org/0000-0001-9995-1006DzhovmardovaEkaterina D.ДжовмардоваЕкатерина Дмитриевна
Russian Federation

postgraduate student, Department of medical microbiology and immunology

аспирант каф. медицинской микробиологии и иммунологии

katemed96@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-1954-9245StrazhinaEkaterina A.СтражинаЕкатерина Александровна
Russian Federation

specialist, Laboratory of educational technologies in genetics, microbiology and laboratory diagnostics, Professional Center for Education and Research in Genetic and Laboratory Technologies

специалист лаб. образовательных технологий в генетике, микробиологии и лабораторной диагностике Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий

e.a.strajina@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7750-9468KondratenkoOlga V.КондратенкоОльга Владимировна
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of medical microbiology and immunology, Head, Laboratory of educational technologies in genetics, microbiology and laboratory diagnostics, Professional Center for Education and Research in Genetic and Laboratory Technologies

д-р мед. наук, доцент, зав. каф. медицинской микробиологии и иммунологии, зав. лаб. образовательных технологий в генетике, микробиологии и лабораторной диагностике Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий

o.v.kondratenko@samsmu.ruhttps://orcid.org/0009-0009-1639-1775ZalevskiyIgor V.ЗалевскийИгорь Витальевич
Russian Federation

biologist, Laboratory of genetic technologies in microbiology, Scientific and Educational Professional Center for Genetic and Laboratory Technologies

биолог лаб. генетических технологий в микробиологии Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий

i.v.zalevskiy@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9991-6750KokorevDaniil A.КокоревДаниил Андреевич
Russian Federation

junior researcher, Laboratory of genetic technologies in microbiology, Professional Center for Education and Research in Genetic and Laboratory Technologies, Assistant Professor, Chair of medical microbiology and immunology

м. н. с. лаб. генетических технологий в микробиологии Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий, ассистент каф. медицинской микробиологии и иммунологии

d.a.kokorev@samsmu.ruhttps://orcid.org/0009-0003-9759-9944PonomarevArtem E.ПономаревАртем Евгеньевич
Russian Federation

specialist, BigData analysis laboratory, collection of microorganisms, biobank, Scientific and Educational Professional Center for Genetic and Laboratory Technologies

специалист лаб. анализа BigData, коллекция микроорганизмов, биобанк Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий

a.e.ponomonarev@samsmu.ruhttps://orcid.org/0009-0001-2151-6511ZarovEvgenii V.ЗаровЕвгений Владимирович
Russian Federation

Specialist, Laboratory of the immunological research methods, Professional Center for Education and Research in Genetic and Laboratory Technologies

специалист лаб. иммунологических методов исследования Научно-образовательного профессионального центра генетических и лабораторных технологий

e.v.zarov@samsmu.ruSamara State Medical UniversityСамарский государственный медицинский университет02102026103451652915042026Copyright ©; 2026, Dzhovmardova E.D., Strazhina E.A., Kondratenko O.V., Zalevskiy I.V., Kokorev D.A., Ponomarev A.E., Zarov E.V.Copyright ©; 2026, Джовмардова Е.Д., Стражина Е.А., Кондратенко О.В., Залевский И.В., Кокорев Д.А., Пономарев А.Е., Заров Е.В.2026Dzhovmardova E.D., Strazhina E.A., Kondratenko O.V., Zalevskiy I.V., Kokorev D.A., Ponomarev A.E., Zarov E.V.Джовмардова Е.Д., Стражина Е.А., Кондратенко О.В., Залевский И.В., Кокорев Д.А., Пономарев А.Е., Заров Е.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/19109

Introduction. Cystic fibrosis is an autosomal recessive genetic disorder caused by mutations in the CFTR gene and characterized by involvement of the exocrine glands. Of particular clinical importance for patients with cystic fibrosis are bacteria Burkholderia cenocepacia, due to their propensity for persistence and the development of chronic lower respiratory tract infection, which remains the leading cause of death in this patient population.

The aim of the study was to analyze the presence of genetic determinants associated with the production of pathogenicity factors in B. cenocepacia isolates from respiratory samples of patients with cystic fibrosis before the start of targeted therapy and for 36 months after its start, regardless of the specific type of targeted therapy.

Materials and methods. 151 B. cenocepacia isolates from respiratory samples of 12 patients with cystic fibrosis in the Samara Region were studied, while 32 isolates (21.2%) were isolated from patients before the start of targeted therapy, and 119 (78.8%) after its start for 36 months. The genetic profiles of the strains were analyzed for the presence of 13 genes associated with the production of a number of B. cenocepacia pathogenicity factors of different groups: fliC, fliJ, rpoN, shvR, luxR, atsR, rpfF, katA, katB, hppD, mgtC, zmpA, zmpB. At the second stage of the study, the occurrence of combinations of genes grouped by their functions was assessed: genes associated with bacterial motility and adhesion (fliC, fliJ, rpoN, shvR); genes associated with quorum sensing systems and biofilm formation (shvR, luxR, atsR, rpfF); genes encoding virulence factors associated with evasion of the immune response, tissue damage and existence in conditions of micronutrient deficiency (katA, katB, hppD, mgtC, zmpA, zmpB).

Results. During targeted therapy, a statistically significant increase in the prevalence of katA genes (associated with protection against peroxide under iron-deficient conditions) and the ability to grow in the presence of carbon sources was observed (p < 0.05). The mgtC-fliC gene combination, associated with survival inside macrophages and loss of motility, was found in 25.0% of isolates before targeted therapy and increased to 45.4% of isolates during targeted therapy, with statistically significant differences.

Conclusion. Against the background of targeted therapy, there is a tendency to increase the frequency of strains with genes associated with the possibility of survival inside phagocytes and resistance to oxidative stress (katA, katB, mgtC, rpfF, zmpA, zmpB). In isolates obtained against the background of targeted therapy, there was no significant change in the occurrence of regulatory genes for quorum sensing systems and biofilm formation.

Введение. Муковисцидоз (МВ) — генетическое аутосомно-рецессивное заболевание, вызываемое мутацией гена CFTR и проявляющееся поражением экзокринных желез. Особое клиническое значение для пациентов с МВ имеют бактерии Burkholderia cenocepacia из-за их склонности к персистенции и развитию хронической инфекции нижних дыхательных путей, которая остается ведущей причиной смерти данной категории пациентов.

Целью исследования стал анализ наличия генетических детерминант, ассоциированных с продукцией факторов патогенности, у изолятов B. cenocepacia, выделенных из респираторных образцов пациентов с МВ до начала таргетной терапии и в течение 36 мес после её начала независимо от конкретного вида таргетной терапии.

Материалы и методы. Исследован 151 изолят B. cenocepacia, выделенный из респираторных образцов 12 пациентов Самарской области с МВ, при этом 32 (21,2%) изолята выделены от пациентов до начала применения таргетной терапии, а 119 (78,8%) — после её начала на протяжении 36 мес. Независимо от комбинации препаратов таргетной терапии был проведён анализ генетических профилей штаммов на наличие 13 генов, ассоциированных с продукцией ряда факторов патогенности B. cenocepacia: fliC, fliJ, rpoN, shvR, luxR, atsR, rpfF, katA, katB, hppD, mgtC, zmpA, zmpB. На втором этапе исследования была проведена оценка встречаемости комбинаций генов, сгруппированных по выполняемым функциям: гены, связанные с бактериальной подвижностью и адгезией (fliC, fliJ, rpoN, shvR); гены, связанные с системами quorum sensing и биоплёнкообразованием (shvR, luxR, atsR, rpfF); гены, кодирующие факторы вирулентности, ассоциированные с уклонением от иммунного ответа, повреждением тканей и существованием в условиях дефицита микроэлементов (katA, katB, hppD, mgtC, zmpA, zmpB).

Результаты. На фоне таргетной терапии выявлено статистически значимое увеличение распространённости генов katA, связанных с защитой от действия перекиси в условиях дефицита железа, а также способности к росту в присутствии источников углерода (p < 0,05). Комбинация генов mgtC-fliC, ассоциированная с выживанием в макрофагах и потерей подвижности, встречалась у 25,0% изолятов до применения таргетной терапии с повышением значений до 45,4% штаммов на её фоне, что сопровождалось достоверными различиями.

Заключение. На фоне таргетной терапии отмечается тенденция к увеличению частоты встречаемости штаммов с генами, ассоциированными с возможностью выживания внутри фагоцитов и устойчивостью к окислительному стрессу (katA, katB, mgtC, rpfF, zmpA, zmpB). У изолятов, выделенных на фоне применения таргетной терапии, не наблюдалось значимого изменения встречаемости генов-регуляторов систем quorum sensing и образования биоплёнки.

cystic fibrosisBurkholderia cenocepaciapathogenicity factorsgenetic determinantstargeted therapyмуковисцидозBurkholderia cenocepaciaфакторы патогенностигенетические детерминантытаргетная терапияPetrova N.V., Kashirskaya N.Y., Vasilyeva T.A., et al. Analysis of CFTR mutation spectrum in ethnic russian cystic fibrosis patients. Genes (Basel). 2020;11(5):554. DOI: https://doi.org/10.3390/genes11050554Anwar S., Peng J.L., Zahid K.R., et al. Cystic fibrosis: understanding cystic fibrosis transmembrane regulator mutation classification and modulator therapies. Adv. Respir. Med. 2024;92(4):263–77. DOI: https://doi.org/10.3390/arm92040026Petrocheilou A., Moudaki A., Kaditis A.G. Inflammation and infection in cystic fibrosis: update for the clinician. Children (Basel). 2022;9(12):1898. DOI: https://doi.org/10.3390/children9121898Buruiană G., Sima C.M., Anton-Păduraru D.-T., et al. Airway microbiome in children with cystic fibrosis: a review of microbial shifts and therapeutic impacts. Medicina (Kaunas). 2025;61(9):1605. DOI: https://doi.org/10.3390/medicina61091605Фурсов М.В., Пославская Е.Е., Сухаричева Н.А. и др. Респираторный микробиом при муковисцидозе. Бактериология. 2024;9(4):130–8. Fursov M.V., Poslavskaya E.E., Sukharicheva N.A., et al. Respiratory microbiome in cystic fibrosis. Bacteriology. 2024;9(4):130–8. DOI: 10.20953/2500-1027-2024-4-130-138Thornton C.S, Parkins M.D. Microbial epidemiology of the cystic fibrosis airways: past, present, and future. Semin. Respir. Crit. Care Med. 2023;44(2):269–86. DOI: https://doi.org/10.1055/s-0042-1758732Iwańska A., Trafny E.A., Czopowicz M., Augustynowicz-Kopeć E. Phenotypic and genotypic characteristics of Pseudomonas aeruginosa isolated from cystic fibrosis patients with chronic infections. Sci. Rep. 2023;13(1):11741. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39005-9Hardouin P., Pible O., Marchandin H., et al. Quick and wide-range taxonomical repertoire establishment of the cystic fibrosis lung microbiota by tandem mass spectrometry on sputum samples. Front. Microbiol. 2022;13:975883. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.975883Михайлович В.М., Гейдаров Р.Н., Бочарова Ю.А., Чеботарь И.В. Молекулярно-генетический портрет вирулентности Stenotrophomonas maltophilia. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023;100(5):380–90. Mikhailovich V.M., Geydarov R.N., Bocharova J.A., Chebotar I.V. Molecular-genetic portrait of virulence of Stenotrophomonas maltophilia. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2023;100(5):380–90. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-417Veschetti L., Sandri A., Patuzzo C., et al. Genomic characterization of Achromobacter species isolates from chronic and occasional lung infection in cystic fibrosis patients. Microb. Genom. 2021;7(7):000606. DOI: https://doi.org/10.1099/mgen.0.000606Медицинская микробиология. Клинически значимые микроорганизмы с позиции современной таксономии. Т. 1. Прокариоты. Домен Археи. Домен Бактерии (Царство Гидробактерии) / под ред. А.Л. Гинцбурга и др. М.; 2025. 515 с. Medical microbiology. Clinically significant microorganisms from the position of modern taxonomy. Vol. 1. Prokaryotes. Domain Archaea. Domain Bacteria (Kingdom Hydrobacteria). In: A.L. Gintsburg, et al. Moscow; 2025: 515 p.Loutet S.A., Valvano M.A. A decade of Burkholderia cenocepacia virulence determinant research. Infect. Immun. 2010;78(10):4088–100. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.00212-10Magizhvannan V., Veerappapillai, S. Genome-wide analysis of Burkholderia for the management of antimicrobial-resistant in cystic fibrosis patients. AMB Express. 2025;15(1):127. DOI: https://doi.org/10.1186/s13568-025-01926-1Афанасьева М.В., Красовский С.А., Амелина Е.Л. Особенности течения муковисцидоза у взрослых больных, инфицированных микроорганизмами Burkholderia cepacia complex. Пульмонология. 2025;35(2):241–53. Afanaseva M.V., Krasovskiy S.A., Amelina E.L. The course of cystic fibrosis in adult patients with Burkholderia cepacia complex infection. Pulmonologiya. 2025;35(2):241–53. DOI: https://doi.org/10.18093/0869-0189-2025-35-2-241-253Gutiérrez Santana J.C., Coria Jiménez V.R. Burkholderia cepacia complex in cystic fibrosis: critical gaps in diagnosis and therapy. Ann. Med. 2024;56(1):2307503. DOI: https://doi.org/10.1080/07853890.2024.2307503Scoffone V.C., Chiarelli L.R., Trespidi G., et al. Burkholderia cenocepacia infections in cystic fibrosis patients: drug resistance and therapeutic approaches. Front. Microbiol. 2017;8:1592. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01592Parisi G.F., Terlizzi V., Manti S., et al. Cutting-edge advances in cystic fibrosis: from gene therapy to personalized medicine and holistic management. Genes. 2025;16(4):402. DOI: https://doi.org/10.3390/genes16040402Jia S., Taylor-Cousar J.L. Cystic fibrosis modulator therapies. Annual review of medicine. 2023;74(1):413–26. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-med-042921-021447Куцев С.И., Ижевская В.Л., Кондратьева Е.И. Таргетная терапия при муковисцидозе. Пульмонология. 2021;31(2): 226–36. Kutsev S.I., Izhevskaya V.L., Kondratyeva E.I. Targeted therapy for cystic fibrosis. Pulmonologiya. 2021;31(2):226–236. DOI: https://doi.org/10.18093/0869-0189-2021-31-2-226-236Симонова О.И., Горинова Ю.В., Черневич В.П. Муковисцидоз: прорыв в терапии XXI века. Российский педиатрический журнал. 2020;23(1):35–41. Simonova O.I., Gorinova Yu.V., Chernevich V.P. Cystic fibrosis: a breakthrough in the therapy of the 21st century. Russian Pediatric Journal. 2020; 23(1):35–41.Сучкова П.А., Панова С.А., Лисенко О.Я., Раевский К.П. Муковисцидоз: новые тенденции в методах терапии. Архивъ внутренней медицины. 2025;15(4):275–83. Suchkova P.A., Panova S.A., Lisenko O.Ya., Raevskij K.P. Cystic fibrosis: new trends in therapy methods. The Russian Archives of Internal Medicine. 2025;15(4):275–83. DOI: https://doi.org/10.20514/2226-6704-2025-15-4-275-283Zeng X., Zou Y., Zheng J., et al. Quorum sensing-mediated microbial interactions: Mechanisms, applications, challenges and perspectives. Microbiol. Res. 2023;273:127414. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micres.2023.127414Steiner E., Shilling R.E., Richter A.M., et al. The BDSF quorum sensing receptor RpfR regulates Bep exopolysaccharide synthesis in Burkholderia cenocepacia via interaction with the transcriptional regulator BerB. NPJ Biofilms Microbiomes. 2022;8(1):93. DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-022-00356-2Sousa S.A., Feliciano J.R., Pita T., et al. Burkholderia cepacia complex regulation of virulence gene expression: a review. Genes (Basel). 2017;8(1):43. DOI: https://doi.org/10.3390/genes8010043Kong X., Li X., Hou H., et al. Quorum sensing in the Burkholderia cepacia complex: biosynthesis, functions, and signaling pathways. Appl. Environ. Microbiol. 2026;92(1):e0202025. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.02020-25Choudhary K.S., Hudaiberdiev S., Gelencsér Z., et al. The organization of the quorum sensing luxI/R family genes in Burkholderia. Int. J. Mol. Sci. 2013;14(7):13727–47. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms140713727Gomes M.C., Tasrini Y., Subramoni S., et al. The afc antifungal activity cluster, which is under tight regulatory control of ShvR, is essential for transition from intracellular persistence of Burkholderia cenocepacia to acute pro-inflammatory infection. PLoS Pathog. 2018;14(12):e1007473. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007473Fazli M., Rybtke M., Steiner E., et al. Regulation of Burkholderia cenocepacia biofilm formation by RpoN and the c-di-GMP effector BerB. MicrobiologyOpen. 2017;6(4):e00480. DOI: https://doi.org/10.1002/mbo3.480Saldías M.S., Lamothe J., Wu R., Valvano M.A. Burkholderia cenocepacia requires the RpoN sigma factor for biofilm formation and intracellular trafficking within macrophages. Infect. Immun. 2008;76(3):1059–67. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.01167-07Singh D., Kumar J., Kumar A. Isolation of pyomelanin from bacteria and evidences showing its synthesis by 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase enzyme encoded by hppD gene. Int. J. Biol. Macromol. 2018;119:864–73. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.003Keith K.E., Killip L., He P., et al. Burkholderia cenocepacia C5424 produces a pigment with antioxidant properties using a homogentisate intermediate. J. Bacteriol. 2007;189(24):9057–65. DOI: https://doi.org/10.1128/JB.00436-07Kooi C., Sokol P.A. Burkholderia cenocepacia zinc metalloproteases influence resistance to antimicrobial peptides. Microbiology (Reading). 2009;155(Pt 9):2818–25. DOI: https://doi.org/10.1099/mic.0.028969-0Ramchunder K., Anderson M.H., Senzani S. Bacterial zinc metalloproteases as facilitators of pathogenic success: a review. Arch. Microbiol. 2026;208(2):97. DOI: https://doi.org/10.1007/s00203-025-04673-wKooi C., Corbett C.R., Sokol P.A. Functional analysis of the Burkholderia cenocepacia ZmpA metalloprotease. J. Bacteriol. 2005;187(13):4421–9. DOI: https://doi.org/10.1128/JB.187.13.4421-4429.2005Sheikh S., Britt R.D. Jr, Ryan-Wenger N.A., et al. Impact of elexacaftor-tezacaftor-ivacaftor on bacterial colonization and inflammatory responses in cystic fibrosis. Pediatr. Pulmonol. 2023;58(3):825–33. DOI: https://doi.org/10.1002/ppul.26261Lefebre M.D., Flannagan R.S., Valvano M.A. A minor catalase/peroxidase from Burkholderia cenocepacia is required for normal aconitase activity. Microbiology (Reading). 2005;151 (Pt 6):1975–85. DOI: https://doi.org/10.1099/mic.0.27704-0Assani K., Shrestha C.L., Robledo-Avila F., et al. Human cystic fibrosis macrophages have defective calcium-dependent protein kinase C activation of the NADPH oxidase, an effect augmented by Burkholderia cenocepacia. J. Immunol. 2017;198(5):1985–94. DOI: https://doi.org/10.4049/jimmunol.1502609Maloney K.E., Valvano M.A. The mgtC gene of Burkholderia cenocepacia is required for growth under magnesium limitation conditions and intracellular survival in macrophages. Infect. Immun. 2006;74(10):5477–86. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.00798-06Tomich M., Herfst C.A., Golden J.W., Mohr C.D. Role of flagella in host cell invasion by Burkholderia cepacia. Infect. Immun. 2002;70(4):1799–806. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.70.4.1799-1806.2002Urban T.A., Griffith A., Torok A.M., et al. Contribution of Burkholderia cenocepacia flagella to infectivity and inflammation. Infect. Immun. 2004;72(9):5126–34. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.72.9.5126-5134.2004Kumar B., Cardona S.T. Synthetic cystic fibrosis sputum medium regulates flagellar biosynthesis through the flhF gene in Burkholderia cenocepacia. Front. Cell Infect. Microbiol. 2016;6:65. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2016.00065Drevinek P., Holden M.T., Ge Z., et al. Gene expression changes linked to antimicrobial resistance, oxidative stress, iron depletion and retained motility are observed when Burkholderia cenocepacia grows in cystic fibrosis sputum. BMC Infect Dis. 2008;8:121. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2334-8-121Malešević M., Vasiljević Z., Sovtić A., et al. Virulence traits associated with Burkholderia cenocepacia ST856 epidemic strain isolated from cystic fibrosis patients. Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2017;6:57. DOI: https://doi.org/10.1186/s13756-017-0215-ySass A., Marchbank A., Tullis E., et al. Spontaneous and evolutionary changes in the antibiotic resistance of Burkholderia cenocepacia observed by global gene expression analysis. BMC Genomics. 2011;12:373. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2164-12-373