Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology98710.36233/0372-9311-29ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯUnknownGenetic typing of Vibrio cholerae strains biovar El Tor isolated from the Caucasus region during the 1970–1998 period using MLVA-5 and wgSNPГенетическое типирование штаммов Vibrio cholerae биовара El Tor, выделенных на территории Кавказа в период 1970–1998 гг., с применением MLVA-5 и wgSNPhttps://orcid.org/0000-0002-9366-5647KovalevD. A.КовалевД. А.
Russian Federation

Dmitry A. Kovalev — PhD (Chem.), Head, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Ковалев Дмитрий Анатольевич — к.х.н., зав. лаб. биохимии

Ставрополь

stavnipchi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9152-4026ShapakovN. A.ШапаковН. А.
Russian Federation

Nikolay A. Shapakov — junior researcher, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Шапаков Николай Андреевич — м.н.с. лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-6458-6790PisarenkoS. V.ПисаренкоС. В.
Russian Federation

Sergey V. Pisarenko — PhD (Chem.), leading researcher, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Писаренко Сергей Владимирович — к.х.н., в.н.с. лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0002-1254-2259Savel’evaI. V.СавельеваИ. В.
Russian Federation

Irina V. Savel’eva — PhD (Med.), doctor-bacteriologist, Research and production laboratory of drugs for the diagnosis of especially dangerous and other infections

Stavropol

Савельева Ирина Вилорьевна — к.м.н., врач-бактериолог научно-производственной лаборатории препаратов для диагностики особо опасных и других инфекций

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0002-8882-6477Vasil’evaO. V.ВасильеваО. В.
Russian Federation

Oksana V. Vasil’eva — PhD (Med.), Head, Laboratory of diagnosis of bacterial infections

Stavropol

Васильева Оксана Васильевна — к.м.н., зав. лаб. диагностики бактериальных инфекций

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-6458-3725Savel’evV. N.СавельевВ. Н.
Russian Federation

Vilory N. Savel’ev — D. Sci. (Med.), main researcher, Laboratory of epidemiology

Stavropol

Савельев Вилорий Николаевич — д.м.н., г.н.с. лаб. эпидемиологии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-9442-6966SiritsaYu. V.СирицаЮ. В.
Russian Federation

Yulia V. Siritsa — biologist, Laboratory of diagnosis of bacterial infections

Stavropol

Сирица Юлия Владимировна — биолог лаб. диагностики бактериальных инфекций

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0002-7698-7361ZhirovA. M.ЖировА. М.
Russian Federation

Andrey M. Zhirov — junior researcher, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Жиров Андрей Михайлович — м.н.с. лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-7754-2201Ul’shinaD. V.УльшинаД. В.
Russian Federation

Diana V. Ul’shina — researcher, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Ульшина Диана Васильевна — н.с. лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-9513-0761KuznetsovaI. V.КузнецоваИ. В.
Russian Federation

Irina V. Kuznetsova — doctor-bacteriologist, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Кузнецова Ирина Владимировна — врач-бактериолог лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0001-6338-4476BobryshevaO. V.БобрышеваО. В.
Russian Federation

Olga V. Bobrysheva — junior researcher, Laboratory of biochemistry

Stavropol

Бобрышева Ольга Викторовна — м.н.с. лаб. биохимии

Ставрополь

https://orcid.org/0000-0002-9362-3949KulichenkoA. N.КуличенкоА. Н.
Russian Federation

Aleksandr N. Kulichenko — D. Sci. (Med.), Prof., Associate Member of RAS, Director

Stavropol

Куличенко Александр Николаевич — д.м.н., проф., член-корр. РАН, директор

Ставрополь

Stavropol Plague Control Research InstituteСтавропольский противочумный институт0403202198146580303202103032021Copyright ©; 2021, Kovalev D.A., Shapakov N.A., Pisarenko S.V., Savel’eva I.V., Vasil’eva O.V., Savel’ev V.N., Siritsa Y.V., Zhirov A.M., Ul’shina D.V., Kuznetsova I.V., Bobrysheva O.V., Kulichenko A.N.Copyright ©; 2021, Ковалев Д.А., Шапаков Н.А., Писаренко С.В., Савельева И.В., Васильева О.В., Савельев В.Н., Сирица Ю.В., Жиров А.М., Ульшина Д.В., Кузнецова И.В., Бобрышева О.В., Куличенко А.Н.2021Kovalev D.A., Shapakov N.A., Pisarenko S.V., Savel’eva I.V., Vasil’eva O.V., Savel’ev V.N., Siritsa Y.V., Zhirov A.M., Ul’shina D.V., Kuznetsova I.V., Bobrysheva O.V., Kulichenko A.N.Ковалев Д.А., Шапаков Н.А., Писаренко С.В., Савельева И.В., Васильева О.В., Савельев В.Н., Сирица Ю.В., Жиров А.М., Ульшина Д.В., Кузнецова И.В., Бобрышева О.В., Куличенко А.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/987

Aim. Our aim was to perform phylogenetic analysis of Vibrio cholerae O1 El Tor biovar strains, isolated from the Caucasus region over the years, using MLVA and wgSNP methods.Materials and methods. We studied genomic sequences of 16 clinical V. cholerae O1 strains of El Tor biovar isolated on the territory of Caucasus from 1970 to 1998. These strains were obtained from the State Collection of Pathogenic Microorganisms of Stavropol Plague Control Research Institute. 87 whole genome sequences of V. cholerae strains, obtained from NCBI database, were also included in the analysis. MLVA-typing was carried out at 5 VNTR-loci. Whole genome sequencing was performed on Ion Torrent PGM platform.Results. We determined that the studied strains belong to 15 MLVA-types and are divided in 3 groups of 1 cluster. We performed an analysis of the structure of the main virulence and pathogenicity islands, as well as nucleotide polymorphisms in ctxB, tcpA, RstR genes. We performed a wgSNP-based phylogenetic analysis of the strains, and described SNPs, specific for each phylogenetic group.Conclusion. We confirmed the polyclonal origin of genetically modified variants of V. cholerae O1 biovar El Tor. We determined the place of V. cholerae strains of biovar El Tor, isolated from 1970 to 1998 on the territory of the Caucasus, in the global population of the pathogen. It is shown that during this period, strains belonging to the first and second waves of the seventh cholera pandemic circulated within the Caucasus. It was confirmed that cases of cholera in the Caucasus were imported from the territory of endemic countries, and the most probable sources of infection were identified.

Цель. Филогенетический анализ штаммов Vibrio cholerae O1 биовара El Tor, выделенных в разные годы на территории Кавказа, с использованием мультилокусного анализа числа вариабельных тандемных повторов (MLVA) и полногеномного анализа распределения единичных нуклеотидных полиморфизмов (wgSNP).Материалы и методы. Объектами исследования служили геномные последовательности 16 клинических штаммов V. cholerae O1 биовара El Tor из коллекции Ставропольского противочумного института, выделенных на территории Кавказа с 1970 по 1998 г., а также 87 полногеномных последовательностей V. cholerae из базы данных NCBI. MLVA проводили по 5 VNTR-локусам. Полногеномное секвенирование осуществляли на платформе «Ion Torrent PGM».Результаты. Исследуемые штаммы относятся к 15 MLVA-типам и делятся на 3 группы в составе одного кластера. Осуществлен анализ структуры основных островов вирулентности и патогенности, а также нуклеотидных полиморфизмов в генах ctxB, tcpA и RstR. Проведен филогенетический анализ штаммов на основе wgSNP-типирования, описаны SNP, специфичные для каждой филогенетической группы.Заключение. Установлено поликлональное происхождение генетически измененных вариантов V. cholerae O1 биовара El Tor. Определено место штаммов V. cholerae биовара El Tor, выделенных с 1970 по 1998 г. на территории Кавказа, в глобальной популяции возбудителя. Показано, что в указанный период на территории Кавказа циркулировали штаммы, принадлежащие к 1-й и 2-й волнам 7-й пандемии холеры. Подтверждено, что случаи холеры на Кавказе являются завозными с территории эндемичных стран, определены наиболее вероятные источники инфекции.

whole genome sequencingphylogenetic analysisVibrio choleraeMLVAwgSNPполногеномное секвенированиефилогенетический анализVibrio choleraeMLVAwgSNPВОЗ. Международные медико-санитарные правила (2005 г.). Available at: https://www.who.int/ihr/IHR_2005_ru.pdfRamamurthy T., Mutreja A., Weill F.X., Das B., Ghosh A., Nair G.B. Revisiting the global epidemiology of cholera in conjuction with the genomics of Vibrio cholerae. Front. Public Health. 2019; 7: 203. https://doi.org/10.3389/fpubh.2019.00203Greig D.R., Schaefer U., Octavia S., Hunter E., Chattaway M.A., Dallman T.J., et al. Evaluation of whole-genome sequencing for identification and typing of Vibrio cholerae. J. Clin. Microbiol. 2018; 56(11): e00831–18. https://doi.org/10.1128/JCM.00831-18Москвитина Э.А., Тюленева Е.Г., Кругликов В.Д., Титова С.В., Водопьянов А.С., Куриленко М.Л. и др. Холера: оценка эпидемиологической обстановки в мире и России в 2008–2017 гг. Прогноз на 2018 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2018; (1): 36–43. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2018-1-36-43Харченко Г.А., Кимирилова О.Г., Буркин В.С. Эпидемиология и клиника холеры 1970 года в Астраханской области. Детские инфекции. 2019; 18(1): 51–5. https://doi.org/10.22627/2072-8107-2019-18-1-51-55Онищенко Г.Г., Москвитина Э.А., Водопьянов А.С., Монахова Е.В., Писанов Р.В., Водопьянов С.О. и др. Ретроспективный молекулярно-эпидемиологический анализ эпидемии холеры в Республике Дагестан в 1994 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; (4): 33–41. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2016-4-33-41Челдышова Н.Б., Крицкий А.А., Лозовский Ю.В., Гусева Н.П. Сравнительный MLVA-анализ штаммов Vibrio cholerae классического биовара, выделенных в России и за рубежом. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; (4): 88–92. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2016-4-88-92George C.M., Rashid M., Almeida M., Saif-Ur-Rahman K.M., Monira S., Bhuyian M.S.I., et al. Genetic relatedness of Vibrio cholerae isolates within and between households during outbreaks in Dhaka, Bangladesh. BMC Genomics. 2017; 18(1): 903. https://doi.org/10.1186/s12864-017-4254-9Kachwamba Y., Mohammed A.A., Lukupulo H., Urio L., Majigo M., Mosha F., et al. Genetic characterization of Vibrio cholerae O1 isolates from outbreaks between 2011 and 2015 in Tanzania. BMC Infect. Dis. 2017; 17(1): 157. https://doi.org/10.1186/s12879-017-2252-9Garrine M., Mandomando I., Vubil D., et al. Minimal genetic change in Vibrio cholerae in Mozambique over time: multilocus variable number tandem repeat analysis and whole genome sequencing. PLoS Negl. Trop. Dis. 2017; 11(6): e0005671. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005671Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Олейников И.П., Мишанькин Б.Н. INDEL-типирование штаммов Vibrio cholerae. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2017; 22(4): 195–200. https://doi.org/10.18821/1560-9529-2017-22-4-195-200Водопьянов А.С., Мазрухо А.Б., Водопьянов С.О., Мишанькин Б.Н., Кругликов В.Д., Архангельская И.В. и др. VNTR-генотипирование штаммов Vibrio cholerae, выделенных из объектов внешней среды на территории Российской Федерации в 2012 году. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014; 91(2): 46–51.Селянская Н.А., Архангельская И.В., Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Кругликов В.Д., Водяницкая С.Ю. и др. Типирование штаммов Vibrio cholerae не О1/не О139, изолированных в Ростовской области в 2014 году. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2016; 93(1): 3–9. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2016-1-3-9Водопьянов А.С., Водопьянов С.О., Олейников И.П., Мишанькин Б.Н., Кругликов В.Д., Архангельская И.В. и др. INDEL- и VNTR-типирование штаммов Vibrio cholerae, выделенных в 2013 году из объектов окружающей среды на территории Российской Федерации. Здоровье населения и среда обитания. 2015; (5): 41–4.Van Boeckel T.P., Brower C., Gilbert M., Grenfell B.T., Levin S.A., Robinson T.P., et al. Global trends in antimicrobial use in food animals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112(18): 5649–54. https://doi.org/10.1073/pnas.1503141112Сизова Ю.В., Писанов Р.В., Водопьянов А.С., Черепахина И.Я., Бурлакова О.С. Фенотипический и генотипический анализ токсинопродукции типичных и атипичных штаммов холерных вибрионов в стрессовых условиях окружающей среды. Современные проблемы науки и образования. 2017; (3): 141.Челдышова Н.Б., Смирнова Н.И., Заднова С.П., Краснов Я.М., Крицкий А.А., Буаро М.И. и др. Молекулярно-генетические свойства штаммов Vibrio cholerae биовара Эль Тор, циркулирующих на Африканском континенте. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2017; 35(1): 12–9. https://doi.org/10.18821/0208-0613-201735-1-12-1Buroni S., Pollini S., Rossolini G.M., Perrin E. Editorial: evolution of genetic mechanisms of antibiotic resistance. Front. Genet. 2019; 10: 983. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.00983Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data; 2010. Available at: http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqcBolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014; 30(15): 2114–20. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170Gurevich A., Saveliev V., Vyahhi N., Tesler G. QUAST: quality assessment tool for genome assemblies. Bioinformatics. 2013; 29(8): 1072–5. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btt086Bertels F., Silander O.K., Pachkov M., Rainey P.B., van Nimwegen E. Automated reconstruction of whole-genome phylogenies from short-sequence reads. Mol. Biol. Evol. 2014; 31(5): 1077–88. https://doi.org/10.1093/molbev/msu088Dash H.R., Shrivastava P., Mohapatra B.K., Das S., eds. DNA Fingerprinting: Advancements and Future Endeavors. Singapore: Springer; 2018. https://doi.org/10.1007/978-98113-1583-1Савельева И.В., Куличенко А.Н., Савельев В.Н., Ковалев Д.А., Васильева О.В., Жиров А.М. и др. MLVA-типирование клинических штаммов генетически измененных Vibrio cholerae biotype El tor, изолированных в России и Украине в период седьмой пандемии холеры. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018; 95(6): 37–43. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-6-37-43Смирнова Н.И., Кульшань Т.А., Краснов Я.М. MLVA-типирование клинических штаммов Vibrio cholerae, изолированных в разные периоды текущей пандемии холеры. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2015; 33(1): 15–22.Nguyen D.T., Ngo T.C., Le T.H., Nguyen H.T., Morita M., Arakawa E., et al. Molecular epidemiology of Vibrio cholerae O1 in Northern Vietnam (2007–2009), using multilocus variable-number tandem repeat analysis. J. Med. Microbiol. 2016; 65(9): 1007–12. https://doi.org/10.1099/jmm.0.000317Bwire G., Sack D.A., Almeida M., Li S., Voeglein J.B., Debes A.K., et al. Molecular characterization of Vibrio cholerae responsible for cholera epidemics in Uganda by PCR, MLVA and WGS. PLoS Negl. Trop. Dis. 2018; 12(6): e0006492. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0006492Mironova L.V., Gladkikh A.S., Ponomareva A.S., Feranchuk S.I., Bochalgin N.О., Basov E.A., et al. Comparative genomics of Vibrio cholerae El Tor strains isolated at epidemic complications in Siberia and at the Far East. Infect. Genet. Evol. 2018; 60: 80–8. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2018.02.023Hossain Z.Z., Leekitcharoenphon P., Dalsgaard A., Sultana R., Begum A., Jensen P.K.M., et al. Comparative genomics of Vibrio cholerae O1 isolated from cholera patients in Bangladesh. Lett. Appl. Microbiol. 2018; 67(4): 329–36. https://doi.org/10.1111/lam.13046