Патогенный потенциал орнитогенных штаммов Escherichia coli, выявленных в полярных регионах Земли

Полный текст

Введение

Escherichia coli является уникальным микроорганизмом, способным вызвать инфекции в широком спектре клинических проявлений у человека и различных животных, что определяет значимость мониторинга распространения основных его патотипов в природе, сельском хозяйстве и человеческом обществе [1].

Одним из таких мониторируемых в рамках концепции «Единого здоровья» патотипов является птичья патогенная E. coli (avian pathogenic E. coli — APEC), относящаяся к группе возбудителей заболеваний внекишечной локализации (extraintestinal pathogenic E. coli — ExPEC) [2, 3].

Несмотря на то что возможность прямой зоонозной передачи APEC от птиц человеку является дискутабельной [4], многочисленные исследования показывают, что APEC генетически сходны с человеческими ExPEC (уропатогенными эшерихиями (UPEC) и эшерихиями, ассоциированными с менингитом новорождённых (NMEC)). Имеются исследования, подтверждающие общность факторов патогенности у изолятов APEC и ExPEC человека. Например, гены вирулентности iroN, traT, iucD, cvi/cva, ibeA, gimB, tia, neuC, kpsMTII, tsh, iss, sitD, chuA, fyuA, irp2, vat, malX и pic присутствуют в геномах как APEC, так и UPEC и NMEC [5].

Схожесть вируломов штаммов APEC и человеческих ExPEC подчёркивает потенциальную угрозу распространения зоонозных инфекций, ассоциированных с птицами. Важно отметить, что дикие птицы могут выступать в качестве фактора, способствующего распространению ассоциированных с APEC генов вирулентности и устойчивости к антимикробным препаратам. Например, было показано, что детерминанты антибиотикорезистентности могут передаваться от штаммов энтеробактерий диких гусей и лебедей к штаммам домашним птицам, а от последних — человеку [6, 7].

Приполярные области Земли представляют собой уникальную географическую среду, в которой, несмотря на экстремальные климатические условия, высокая продуктивность шельфовых морей [8] поддерживает высокий уровень биологического разнообразия фауны. Побережья Северного Ледовитого и Южного океанов в пределах континентальной Антарктики, антарктических и субантарктических архипелагов являются точками притяжения миллиардов мигрирующих птиц, значительная часть из которых совершает длительные, в том числе трансконтинентальные перелеты. Например, только палеарктическо-африканская миграционная система включает в себя 2,1 млрд мигрирующих особей [9]. Колонии мигрирующих птиц и птичьи базары в высоких широтах могут быть точками активных внутривидовых и межвидовых контактов между птицами и другими животными, сопровождающихся обменом микробиотой, включая патогенную её часть [10].

В этой связи представляются важными исследования по изучению распространения связанных с птицами патогенов в орнитогенных экосистемах, складывающихся вокруг колоний птиц на побережьях арктических и антарктических морей.

В то же время филогеография и генетические особенности такого актуального объекта эпидемиологического и эпизоотологического надзора, как E. coli, в полярных регионах практически не изучалась.

Цель исследования: оценка патогенного потенциала штаммов E. coli, распространённых в полярных регионах Земли, на основе анализа геномов данных бактерий из выборки, характеризующей типичные орнитогенные экосистемы Арктики и Антарктики.

Материалы и методы

В работе были использованы коллекции штаммов E. coli, выделенных из орнитогенного биологического материала (помёт, погадки и тушки павших птиц, субстраты гнезд, микробные маты водоёмов, контаминируемых птичьим помётом) в ходе нескольких экспедиций.

В частности, при реализации научной программы Российской арктической экспедиции на архипелаге Шпицберген в 2018 г. было собрано 28 образцов орнитогенного материала, из которого были выделены 6 изолятов, в экспедиции «Арктический плавучий университет» (2023 г.) — 8 изолятов из 38 образцов, в 68-й Российской антарктической экспедиции (2022–2023 гг.) — 19 изолятов из 29 образцов.

В настоящей работе описаны культуры E. coli, выделенные на птичьих базарах архипелага Шпицберген (остров Западный Шпицберген), архипелагах Новая Земля и Земля Франца-Иосифа, а также на островах архипелага Хасуэлл, ставшего благодаря многотысячным колониям пингвинов Адели и императорских пингвинов одной из ключевых орнитологических территорий Восточной Антарктики.

Кроме того, в качестве штаммов сравнения были использованы 5 штаммов E. coli, выделенные из клоакальных смывов в период кольцевания птиц в весенне-летний период 2023 г. на Ладожской орнитологической станции (Нижне-Свирский заповедник, урочище Гумбарицы, Ленинградская область). Все арктические и антарктические культуры были выделены без применения методов обогащения с использованием плотных питательных сред при культивировании непосредственно в полевых условиях, как было описано ранее [11]. Процедура отбора образцов биологического материала осуществлялась в соответствии с общепринятыми нормами биоэтики, что подтверждено решением локального этического комитета СЗГМУ им. И.И. Мечникова (протокол № 3 от 13.03.2024)

Видовую идентификацию выделенных штаммов проводили при помощи времяпролетной масс-спектрометрии (MALDI-TOF) на приборе «Bactoscreen» («Литех»). Масс-спектры анализировали с использованием программного обеспечения «Biotyper 3.1».

В результате случайной выборки для полногеномного секвенирования (WGS) были отобраны 16 штаммов с последующей аннотацией и оценкой патогенного потенциала. Информация об источниках культур, геномы которых были секвенированы, представлена в табл. 1.

 

Таблица 1. Характеристика культур, использованных в исследовании

Table 1. Characteristics of studied isolates

№ No.	Культура Isolates	Место выделения, координаты Place of isolation, coordinates	Источник выделения Source of isolation
Культуры, ассоциированные с орнитогенными экосистемами Арктики Isolates associated with bird ecosystems of the Arctic
1	67Spits	Архипелаг Шпицберген, окрестности поселка Баренцбург, 78°03'N 14°16'E Svalbard archipelago, Barentsburg, 78°03'N 14°16'E	Фекалии моевки обыкновенной (Rissa trydacyla) Feces of Rissa trydacyla
2	70_2Spits	Архипелаг Шпицберген, Побережье залива Гренфиорд, N 78°00'36.2"N 14°18'09.7"E Svalbard archipelago, Gronfjorden Bay coast, N 78°00'36.2"N 14°18'09.7"E	Фекалии моевки обыкновенной (Rissa trydacyla) Feces of Rissa trydacyla
3	89Spits	Архипелаг Шпицберген, окрестности поселка Баренцбург, 78°03'N 14°16'E Svalbard archipelago, Barentsburg, 78°03'N 14°16'E	Фекалии гуменника короткоклювого (Anser brachyrhynchus) Feces of Anser brachyrhynchus
4	97Spits	Архипелаг Шпицберген, окрестности поселка Баренцбург, 78°03'N 14°16'E Svalbard archipelago, Barentsburg, 78°03'N 14°16'E	Субстрат гнезда гуменника короткоклювого (Anser brachyrhynchus) Feces of Anser brachyrhynchus
5	AFU_2	Югорский полуостров, мыс Белый нос, 69°36'14.7"N 60°12'08.1"E Yugorsky Peninsula, White Nose Cape, 69°36'14.7"N 60°12'08.1"E	Фекалии обыкновенной гаги (Somateria mollissima) Feces of Somateria mollissima
6	AFU_32_1	Архипелаг Новая Земля, Северный о-в, мыс Желания, 76°57'18.5"N 68°34'41.9"E Novaya Zemlya archipelago, Cape of Desire, 76°57'18.5"N 68°34'41.9"E	Фекалии белого медведя, найденные рядом с птичьим базаром, сформированным моевкой обыкновенной (Rissa trydacyla) Feces of polar bear near the Rissa trydacyla bird spot
7	AFU_33_1	Архипелаг Новая Земля, Северный о-в, мыс Желания, 76°57'18.5"N 68°34'41.9"E Novaya Zemlya archipelago, North Island, Cape of Desire, 76°57'18.5"N 68°34'41.9"E	Субстрат гнезд под птичьим базаром, сформированным моевкой обыкновенной (Rissa trydacyla) Nests in the bird spot of Rissa trydacyla
8	AFU_43_1	Архипелаг Земля Франца-Иосифа, о-в Вильчека, 79°53'41.8"N 58°44'07.2"E Franz Josef Archipelago, Wilczek Island, 79°53'41.8"N 58°44'07.2"E	Скорлупа яйца толстоклювой кайры (Uria lomvia) Egg shell of Uria lomvia
9	AFU_55_1	Архипелаг Земля Франца-Иосифа, о-ва Комсомольские (Южный остров), 80°34'48.3"N 58°32'40.2"E Franz Josef Archipelago, Komsomolskie islands (South Island), 80°34'48.3"N 58°32'40.2"E	Микробные маты во временном водоёме в месте массового скопления полярных крачек (Sterna paradisaea) Рond near the Sterna paradisaea bird spot
Культуры из орнитогенных биотопов Антарктиды Isolates associated with bird ecosystems of the Antarctic
10	15myr	Восточная Антарктида, Земля Королевы Мэри, архипелаг Хасуэлл, остров Хасуэлл, 66°31'36.6"S 93°00'20.8"E West Antarctica, Queen Mary Land, Haswell Archipelago, Haswell Island, 66°31'36.6"S 93°00'20.8"E	Труп птенца пингвина Адели, смыв из клоаки (Pygoscelis adeliae) Adelie penguin (Pygoscelis adeliae), cloaca sample
11	17_1myr	Восточная Антарктида, Земля Королевы Мэри, архипелаг Хасуэлл, остров Хасуэлл, 66°31'36.6"S 93°00'20.8"E West Antarctica, Queen Mary Land, Haswell Archipelago, Haswell Island, 66°31'36.6"S 93°00'20.8"E	Желудочный секрет антарктического глупыша (Fulmarus glacialoides) Stomach sample from Fulmarus glacialoides
12	28myr	Восточная Антарктида, Земля Королевы Мэри, архипелаг Хасуэлл, остров Токарева, 66°32'06.1"S 92°58'25.8"E West Antarctica, Queen Mary Land, Haswell Archipelago, Tokareva Island, 66°32'06.1"S 92°58'25.8"E	Фекалии пингвина Адели (Pygoscelis adeliae) Feces of Adelie penguin (Pygoscelis adeliae)
Культуры от птиц Европейской части России, полученные при кольцевании птиц на Ладожской орнитологической станции (ЛОС) Isolates form birds in European region of Russia, Ladoga Ornithological Station (LOS)
13	LOS_49	Нижне-Свирский заповедник, ЛОС, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E Nizhne-Svirskiy Reserve, LOS, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E	Черноголовая гаичка (Poecile palustris), смыв из клоаки Сloaca sample from Poecile palustris
14	LOS_51	Нижне-Свирский заповедник ЛОС, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E Nizhne-Svirskiy Reserve, LOS, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E	Чирок-свистунок (Anas crecca), фекалии Anas crecca feces
15	LOS_52	Нижне-Свирский заповедник, ЛОС, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E Nizhne-Svirskiy Reserve, LOS, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E	Дрозд-рябинник (Turdus pilaris), смыв из клоаки Сloaca sample from Turdus pilaris
16	LOS_54	Нижне-Свирский заповедник ЛОС, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E Nizhne-Svirskiy Reserve, LOS, 60°40'35.0"N 32°56'27.2"E	Дрозд-рябинник (Turdus pilaris), смыв из клоаки Сloaca sample from Turdus pilaris

 

Для выделения геномной ДНК использовали наборы производства «Биолабмикс». Геномное секвенирование проводили с использованием технологии BGI на базе НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера. Аннотацию геномов производили с использованием сервера RAST (https://rast.nmpdr.org/rast.cgi), поиск генов лекарственной устойчивости и вирулентности — при помощи программы ABRicate v 0.8 (https://github.com/tseemann/abricate), для чего были использованы базы данных MEGARes (https://megares.meglab.org/amrplusplus/latest/html, Comprehensive Antibiotic Resistance Database, CARD 3.0.2 (https://card.mcmaster.ca/analyze/rgi) и VFDB (https://www.mgc.ac.cn/VFs/).

Антигенную структуру E. coli определяли при помощи онлайн-инструмента SerotypeFinder 2.0 (https://cge.food.dtu.dk/services/SerotypeFinder/). Для оценки результатов мультилокусного секвенирования-типирования (MLST) использовали ресурс MLST 2.0 (https://cge.food.dtu.dk/services/MLST/). Результаты WGS-типирования по коровым генам, полученные при помощи онлайн-инструмента cgMLSTFinder 1.2 (https://cge.food.dtu.dk/services/cgMLSTFinder/), сопоставляли с данными по соответствующим cgMLST-типам, депонированными в базе данных EnteroBase (https://enterobase.warwick.ac.uk/species/index/ecoli), допуская при этом различия (показатель Max Number MisMatches) не более чем в 20 точечных полиморфизмах (SNP).

Результаты

Проведённое аннотирование геномов позволило установить их принадлежность к различным сиквенс-типам (ST) в схемах MLST- и WGS-типирования. Основные характеристики изученных геномов и номера доступа к их последовательностям представлены в табл. 2.

 

Таблица 2. Генетические характеристики изученных штаммов E. coli

Table 2. Genetic characteristics of isolated E. coli strains

Штамм Strain	Регион выделения Region of isolation	Серотип Serotype	Сиквенс-тип (ST) Sequence type (ST)	ST по SNP в коровых генах (cgST) ST by core genome (cgST)	Номер доступа GenBank GenBank access number
67Spits	Арктика | Arctic	O4:H5	12	10054	JAYEAG010000000
70_2Spits	Арктика | Arctic	O43:H2	937	28072	JAYEAE000000000.1
89Spits	Арктика | Arctic	O83:H1	135	87221	JAYEAD000000000.1
97Spits	Арктика | Arctic	O166:H49	1246	162	JAYEAC000000000.1
AFU_2	Арктика | Arctic	O93:H16	8097	132840	JAYEAJ000000000
AFU_32_1	Арктика | Arctic	O54:H45	491	11903	JAYEAI000000000
AFU_33_1	Арктика | Arctic	O15:H2	69	189219	JAYEAH000000000
AFU_43_1	Арктика | Arctic	O9:H49	6163*	1429	JBIQXY000000000
AFU_55_1	Арктика | Arctic	O39:H4	1155	196482	JBIQXZ000000000
15myr	Антарктика | Antarctic	O8:H7	127	196780	JBIQXV000000000
17_1myr	Антарктика | Antarctic	O6:H31	196	133718	JBIQXW000000000
28myr	Антарктика | Antarctic	O182:H38	1632	94237	JBIQXX000000000
LOS_49	Европейская часть РФ European Russia	O8:H5	2594*	47119	JBIQYA000000000
LOS_51	Европейская часть РФ European Russia	O85:H8	297	114487	JBIQYB000000000
LOS_52	Европейская часть РФ European Russia	Н/и | N/i	1333*	119313	JBIQYC000000000
LOS_54	Европейская часть РФ European Russia	Н/и | N/i	58	126100	JBIQYD000000000

Примечание. *Генотипы, имеющие однонуклеотидные SNP в генах, по которым осуществлялось секвенирование-типирование, различающие их от указанных ST. Н/и — серотип не идентифицирован.

Note. *Genotypes with single nucleotide polymorphisms in genes for which sequencing-typing was performed, distinguishing them from the specified sequence types. N/I — not identified.

 

Во всех изученных геномах были идентифицированы гены, кодирующие AmpC-подобные бета-лактамазы, гиперпродукция которых обеспечивает устойчивость к цефалоспоринам [12]. Кроме того, геном арктического штамма E. coli 33-1 характеризовался наличием плазмиды размером около 78 тыс. п. н., содержащей ген бета-лактамазы расширенного спектра TEM-1b и транспозон Tn1721, включающий гены устойчивости к тетрациклинам (tetA-tetR). В геномах изученных микроорганизмов были обнаружены многочисленные гены факторов патогенности, ассоциированные с адгезией, инвазией, захватом железа (табл. 3).

 

Таблица 3. Факторы патогенности изученных штаммов E. coli

Table 3. Pathogenic determinants in studied E. coli strains

Факторы патогенности Рathogenic determinants

17myr

15myr

28myr

67Spits

70_2Spits

89Spits

97Spits

AFU_2

AFU_32_1

AFU_33_1

AFU_43_1

AFU_55_1

LOS_49

LOS_51

LOS_52

LOS_54

Гемолизины | Hemolysins

Гемолизин A (hlyA) | Hemolysin A (hlyA)

+

–

–

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Птичий гемолизин E (hlyE) | Bird hemolysin E (hlyE)

–

+

+

–

+

–

+

+

–

+

+

–

–

+

–

+

Гемолизин F (hlyF) | Hemolysin F (hlyF)

+

+

–

–

–

–

–

–

–

+

–

+

+

–

–

+

Сидерофоры | Siderophores

Энтеробактиновый оперон | Enterobactin operon

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

+

–

–

+

Иерсиниабактиновый оперон | Yersiniabactin operon

+

–

–

+

–

+

–

–

+

+

–

+

–

+

+

–

Аэробактиновый оперон | Aerobactin operon

+

+

–

–

–

–

–

–

–

+

–

+

–

–

–

–

Токсины | Toxins

Термостабильный энтеротоксин EAST-1 Heat-stable enterotoxin EAST-1

–

–

–

–

–

–

+

–

+

–

–

–

–

–

+

+

Субтилаза | Subtilase

–

–

–

–

–

–

–

–

+

–

–

–

–

–

–

–

Цитолетальные токсины набухания (cdt) Сytolethal distending toxin (cdt)

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

–

Факторы адгезии, инвазии и биоплёнкообразования | Adhesion, invasion and biofilm formation determinants

Адгезин AIDA-I | Аdhesin AIDA-I

–

–

–

+

–

–

–

–

–

–

–

–

+

–

–

+

Субстанция аггрегации Tia | Аggregation substance Tia

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

Гомолог гена eilA (Salmonella HilA homolog) Gen eilA homologue (Salmonella HilA homolog)

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

+

–

–

–

–

–

Энтероаггрегативный белок (air) Enteroaggregative protein (air)

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

+

–

–

–

–

–

Фактор инвазии в эндотелий мозга (ibeA) Factor of invasion of brain endothelium (ibeA)

–

–

–

–

–

+

–

–

–

–

–

+

+

–

+

–

Фактор выживания в сыворотке (iss) Serum survival gene (iss)

+

–

+

–

+

–

+

–

–

+

–

+

+

–

–

+

Арисульфатаза AslA | Аrylsulfatase AslA

+

–

+

+

–

+

–

–

–

–

–

–

+

–

+

–

Термостабильный агглютинин (hra) Heat-resistant agglutinin (hra)

+

–

–

+

+

–

+

–

–

–

–

–

–

–

–

+

Цитотоксический некротизирующий фактор 1 (cnf) Сytotoxic necrotizing factor (cnf)

+

–

–

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Белок уропатогенности (usp) Uropathogenic specific protein (usp)

+

–

–

+

–

+

–

–

–

–

–

+

–

–

–

–

Курлин CsgA | Сurlin CsgA

+

+

+

+

+

+

+

+

+

–

+

+

+

+

+

Гомолог гена shiA в острове патогенности Shigella flexneri SHI-2 Homologue of the Shigella flexneri SHI-2 pathogenicity island gene shiA

+

–

+

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

Интимино-подобный адгезин FdeC Intimin-like adhesin FdeC

+

+

–

+

+

+

+

+

+

–

+

–

–

–

+

+

Энтеробактериальный транспортер сериновой протеазы (SPATE) vat Serine protease autotransporters of Enterobacteriaceae (SPATE)

+

–

–

+

–

+

–

–

+

+

–

+

+

–

+

–

 

Широкая представленность в геномах изучаемых штаммов генов факторов патогенности ExPEC ставит вопрос о потенциальной связи этих штаммов со случаями инфекционных заболеваний у людей.

Используя базу данных EnteroBase (https://enterobase.warwick.ac.uk/species/index/ecoli), аккумулирующую глобальные данные о результатах cgMLST-генотипирования и включающую на данный момент информацию о более чем 340 тыс. штаммов E. coli, мы провели поиск информации о географическом распространении cgST, определённых в настоящем исследовании, и их источниках выделения. Искомую информацию удалось извлечь из метаданных, представленных в EnteroBase, для 11 ST (табл. 4).

 

Таблица 4. Географическое распространение и источники выделения штаммов cgST, выявленных в настоящем исследовании

Table 4. Geographical distribution and isolation sources of sequence types (cgST) of the identified strains

Сиквенс-тип по SNP в коровых генах (cgST) Sequence type by core genome (cgST)	Регион (регионы) идентификации Region (regions) of isolation	Источник выделения Source of isolation	Ссылка на номер архивов коротких последовательностей/Sequence Read Archive (SRA), соответствующих штаммам, идентичным или наиболее близким к выявленным ST Reference number of the Sequence Read Archive (SRA) for strains most similar to the identified STs
10054	Европа, Аландские острова Europe, Anand Islands	Человек (гемокультура) Human (blood culture)	ERR434967
28072	США USA	Сельскохозяйственные животные (коровы) Livestock (cows)	SRR3972294
162	Австралия Australia	Австралийская чайка Chroicocephalus novaehollandiae	SRR24017969
132840	США USA	Телята Livestock (calves)	SRR26082289
11903	США USA	Человек (пациент с инфекцией мочевыводящих путей) Human (patient with urinary tract infection)	SRR1314409
189219	США, Испания, Бразилия, Дания, Великобритания USA, Spain, Brazil, Denmark, UK	Цыплята, человек (гемокультуры и моча при инфекции мочевыводящих путей) Chicken, human (blood culture and urine during urinary tract infection)	SRR17774295, ERR13306341, ERR4014451, SRR21849316 SRR21846782
196780	США USA	Коровы Livestock (cows)	SRR19171807
133718	Великобритания UK	Дикие птицы (Anseriformes) Wild birds (Anseriformes)	SRR11410512
114487	США USA	Говядина Beef	SRR10156198
119313	Нидерланды Netherlands	Человек (гемокультура) Human (blood culture)	ERR3650458
126100	Швеция Sweden	Сельскохозйственные птицы Poultry	SRR14477383

 

Обсуждение

В нашем исследовании мы предприняли попытку сформировать выборку штаммов E. coli, ассоциированных с высокоширотными орнитогенными экосистемами, типичными для приполярных регионов как в Северном, так и в Южном полушарии.

В Арктике наши исследования были сфокусированы на изучении штаммов, связанных с морскими колониальными птицами (моевки, толстоклювые кайры) и представителями отряда гусеобразные (гуменник, гаги). Данные виды птиц различаются как по занимаемым экологическим нишам, так и по длительности и направлениям миграций, что может оказывать влияние на структуру их микробиоты, определяя вероятность колонизации различными генотипами E. coli.

В то же время необходимо учитывать возможность формирования единого резервуара для популяций данного микроорганизма на протяжении всего побережья Северного Ледовитого океана, определяемого миграциями птиц в меридиональном направлении. Так, недавно было выяснено, что существенная часть популяции моевки мигрирует с Южного острова Новой Земли к местам зимовки на побережья северной части Тихого океана [13]. Распространение патогенов с арктическими перелётными птицами (преимущественно из отряда гусеобразных) одновременно в широтном и в меридиональном направлениях было ранее показано для вирусов гриппа [14]. Следует отметить, что гуси-гуменники, штаммы от которых были изучены в настоящем исследовании, совершают сезонные миграции с территории архипелага Шпицберген к местам зимовки в Бельгию и Нидерланды, причём на фоне глобальных изменений климата в Арктике эти птицы активно осваивают также Новую Землю [15].

Три «антарктических» штамма, геномы которых были охарактеризованы в настоящем исследовании, выделены на территории колоний пингвинов Адели на островах архипелага Хасуэлл в Восточной Антарктиде. Несмотря на то что пингвины данного вида являются эндемичным для Антарктиды видом, на территориях колоний они соседствуют в том числе с дальнеперелётными видами птиц. Например, частый обитатель архипелага Хасуэлл — южнополярный поморник, способен совершать дальние сезонные миграции и достигать Северной Пацифики и Северной Атлантики [16]. Популяции антарктических птиц не являются, таким образом, изолированными от глобальной циркуляции патогенов, о чем, в частности, свидетельствует циркуляция в Антарктике штаммов вирусов гриппа, идентичных выделенным в других географических регионах [17].

Анализ географического распространения ST E. coli, определённых методом cgMLST, продемонстрировал их космополитизм, что проявлялось выявлением идентичных cgST в географически дистантных регионах планеты. Так, например, cgST 133718 был отмечен в Антарктиде (штамм 17_1myr) и в Великобритании, а cgST 11903, к которому принадлежал штамм 32-1 из самой северной точки Новой Земли, был ранее выявлен в США.

Несмотря на то что все изученные штаммы относятся к разным генетическим линиям (ST и серотипам), их объединяет наличие обширного вирулома. Как видно из данных табл. 3, все штаммы из полярных регионов располагают совокупностью факторов вирулентности, позволяющих рассматривать их в качестве потенциальных возбудителей инфекций человека. В этом они в целом не отличаются от штаммов, выделенных от птиц в Ленинградской области.

Так, 10 из 12 «полярных» штаммов содержали гены или сочетания генов, детерминирующих синтез гемолизинов A, E, F, которые совместно с сидерофорами энтеробактинового, аэробактинового и иерсинибактинового кластера принимают участие в захвате железа в ходе инфекционного процесса [18]. Необходимо отметить, что гены иерсинибактинового оперона, обнаруженные у половины «арктических» и «антарктических» культур, входят в состав острова высокой патогенности. Данный мобильный генетический элемент ассоциирован, как было показано ранее, с вирулентными UPEC [19].

К выявленным факторам вирулентности, для которых описана локализация на мобильных генетических элементах, относится белок уропатогенности. Продемонстрировано значение данного фактора в повреждении клеток млекопитающих, что имеет существенное значение в развитии инфекций мочевыводящих путей [20].

В изученной выборке также выявлены штаммы, маркирующие энтероаггрегативный патотип (EAEC) E. coli, в частности, в геномах штаммов AFU_33_1 и AFU_43_1 с Новой Земли и Земли Франца-Иосифа обнаруживаются распространённые у EAEC ген регулятора вирулентности eilA (Salmonella HilA homolog) и ген энтероаггрегативного белка (air). Штамм AFU_33_1, по результатам cgMLST, принадлежит к ST 189219, который широко представлен в ряде европейских стран, США и Бразилии в качестве возбудителя генерализованных инфекций человека. Таким образом, мы фактически наблюдали распространение своеобразного эпидемического клона E. coli на территориях, где отсутствуют постоянные поселения человека.

В целом распространение глобальных генетических линий E. coli в высоких широтах соответствует представлениям о том, что в отношении патогенов человека соблюдается «Правило Рапопорта», заключающееся в том, что по мере перемещения от экватора к полюсам ареалы распространения видов или иных таксономических группировок увеличиваются [21].

Проведённый в нашей работе поиск генов устойчивости к антимикробным препаратам в геномах штаммов E. coli свидетельствует об отсутствии (в пределах нашей выборки) критических детерминант лекарственной устойчивости. Тем не менее наличие генетических детерминант устойчивости к цефалоспоринам и тетрациклину в составе генома арктического штамма AFU_33_1 свидетельствует о возможности циркуляции несущих эти гены мобильных генетических элементов в «дикой природе» и их сохранении в составе микробиома арктических животных при отсутствии пресса антибиотиков.

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют о циркуляции в орнитогенных экосистемах высокоширотной Арктики и Антарктики штаммов E. coli, обладающих выраженным патогенным потенциалом. Анализ геномных данных свидетельствует о присутствии в этих регионах генетических линий, широко распространённых географически, что обосновывает значимость мониторинга эпидемических клонов E. coli, наряду с мониторингом других патогенов, в колониях птиц на высокоширотных территориях.

Об авторах

Батырбек Исмелович Асланов

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6890-8096

д. м. н., зав. каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии, зав. лаб. молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов

Россия, Санкт-Петербург

Даниил Валерьевич Азаров

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова; Институт экспериментальной медицины

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2483-5144

к. м. н., зав. лаб. инновационных методов микробиологического мониторинга НОЦ НЦМУ Центр персонализированной медицины, с. н. с. лаб. молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Мария Александровна Макарова

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3600-2377

д. м. н., в. н. с., зав. лаб. кишечных инфекций, доцент каф. медицинской микробиологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Елизавета Георгиевна Марышева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-8241-5290

студент биолого-почвенного факультета

Россия, Санкт-Петербург

Людмила Александровна Краева

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9115-3250

д. м. н., профессор, зав. лаб. медицинской бактериологии

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Сергеевич Мохов

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1519-5299

к. м. н., ассистент каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии

Россия, Санкт-Петербург

Екатерина Андреевна Лебедева

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9547-0192

к. м. н., асcистент каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии, с. н. с. лаб. молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов

Россия, Санкт-Петербург

Никита Евгеньевич Гончаров

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6097-5091

м. н. с. лаб. медицинской бактериологии

Россия, Санкт-Петербург

Наталья Викторовна Лебедева

Мурманский морской биологический институт

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3545-753X

д. б. н., профессор, г. н. с. лаб. орнитологии и паразитологии

Россия, Мурманск

Дмитрий Александрович Стариков

Нижне-Свирский государственный природный заповедник

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3721-8615

к. б. н., зам. директора по науке

Россия, Лодейное Поле

Виктория Васильевна Колоджиева

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1537-211X

к. м. н., доцент каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии, с. н. с. лаб. молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Евгеньевич Полев

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9679-2791

к. б. н., с. н. с. группы метагеномных исследований отдела эпидемиологии

Россия, Санкт-Петербург

Артемий Евгеньевич Гончаров

Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова; Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: phage1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5206-6656

д. м. н., зав. лаб. функциональной геномики и протеомики микроорганизмов, профессор каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии, в. н. с. лаб. молекулярной эпидемиологии и исследований бактериофагов

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы