CC BY
51
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016 УДК 579.873.21:579.25
1 Жданова С.Н.,13Огарков О.Б., 4Алексеева Г.И., 4Винокурова М.К., 1Синьков В.В., 13Астафьев В.А.,13Савилов Е.Д., 4Кравченко А.Ф.
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ИЗОЛЯТОВ МИКОБАКТЕРИЙ ТУБЕРКУЛЕЗА ИЗ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ), РОССИЯ
'ФГБНУ «Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека», 664003, Иркутск, Россия; 2 ФГБО ВПО «Иркутский государственный университет» 664003, Иркутск, Россия; 3ГБО ДПО «Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования», 664079, Иркутск, Россия; 4ГБУ РС (Я) НПЦ «Фтизиатрия», 677015, Якутск, Россия;
Методом MIRU-VNTR-генотипирования по 24 локусам оценена популяционная структура M. tuberculosis в Республике Саха (Якутия). Исследовано 199 штаммов, выделенных от 199 больных туберкулезом легких. Наибольшее количество штаммов — 34,2% (68/199) принадлежало генотипу Beijing. Среди изолятов генотипа Beijing выявлено значимое преобладание (х2 = 15,5; p < 0,001) множественной и широкой лекарственной устойчивости (MDR/XDR) у субтипа CC2/W148 — 9,5% (19/199). Штаммы генотипа S — 15,6% (31/199) были вторыми по распространенности после генотипа Beijing. Большинство S-штаммов имели идентичный профиль 233325153325141344222372. Штаммы генотипа S значимо чаще несли MDR или XDR (х2 = 59,8; p < 0,001) среди non-Beijing изолятов. Штаммы генотипа Ural занимали третье место по распространенности — 10,0% (20/199). К семейству LAM относилось 8,5% (17/199) штаммов, отличавшихся значительной генетической гетерогенностью. Также большим генетическим разнообразием отличались минорные генотипы Т и Haarlem. Проведено филогенетическое моделирование заноса МБТ эпидемических генотипов s и субтипа CC2/W148 генотипа Beijing на территорию Республики Саха (Якутия) с оценкой вероятного времени по шкале, предложенной M. Merker и соавт. (2015). Показано, что штаммы субтипа CC2/W148 принадлежат 4 филогенетическим сублиниям и занесены на изучаемую территорию в исторически недавние сроки, то есть в XX веке. Проведена оценка филогенетических взаимоотношений 30 MIRU-VNTR-профилей штаммов S-семейства из Республики Саха (Якутия) и 31 референсного S-профиля от штаммов из Европы и Канады. Профили генотипа s из Республики Саха (Якутия) образуют филогенетически компактную группу, свидетельствующую о том, что вся эволюционная история этих штаммов прошла на территории этой республики. Время заноса предкового генотипа S на территорию Якутии оценено диапазоном 300—600 лет.
Ключевые слова: M. tuberculosis, MIRU-VNTR, Beijing генотип, S-генотип, Республика Саха (Якутия). DOI 10.18821/0208-0613-2016-34-2-43-48
Туберкулез по-прежнему остается одним из наиболее распространенных инфекционных заболеваний во всех регионах Крайнего Севера, в том числе и на территории России в Республике Саха (Якутия). В 2013 г. в Республике Саха (Якутия) показатель заболеваемости туберкулезом составил 78,9 на 100 тыс. населения, что на 25% больше, чем аналогичный показатель заболеваемости в среднем по РФ [1].
На данный момент опубликовано большое количество работ по молекулярно-генетическому типированию штаммов М. tuberculosis (МБТ), проводимому в большинстве развитых стран, в том числе и ряде регионов России. Якутия долгое время оставалась за рамками подобного рода исследований. Первая работа, проведенная нами на территории Саха (Якутии) и посвященная оценке лекарственной устойчивости МБТ у различных штаммов, выявила необычное для России соотношение Beijing и non-Beijing генотипов и необычный эпидемический кластер штаммов, принадлежащий семейству S [2]. Настоящая работа является продолжением указанных исследований, в ней проведен углубленный анализ распространенности представителей различных генетических семейств МБТ по результатам типирования 24 локусов MIRU-VNTR и дополнительной идентификации штаммов семейства Beijing по участкам генома RD105 и RD207. Кроме того,
в соответствии с новой классификацией, приведенной в статье [3], проводится сравнительная оценка времени заноса штаммов основных эпидемических сублиний МБТ на исследуемую территорию.
Материалы и методы
Соблюдение этических норм. Настоящее исследование одобрено Этическим комитетом ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ.
Штаммы микобактерий и пациенты. В исследовании использовано 199 штаммов МБТ от 199 (125 мужчин — 62,8%) ВИЧ-негативных больных туберкулезом легких, проживающих в различных районах Республики Саха (Якутия). Культуры МБТ от вышеназванных пациентов получены из мокроты в стационаре НПЦ «Фтизиатрия» в 2008—2012 гг. В настоящей выборке 15б штаммов принадлежали больным с впервые выявленным туберкулезом и 43 пациентам, проходящим повторный курс лечения (хронические формы и рецидивы). Возраст пациентов в среднем составил 43,7 ± 5,4 года. Все пациенты являлись постоянными жителями Республики Саха (Якутия), по национальности 106 человек якуты и эвенки (101 и 5 соответственно), 88 — русские, 3 буряты, 2 — татары. В качестве референсных штаммов использовали 83 уникальных MtRU-VNTR-профиля из группы CC-2 [3], 12 европейских профилей штаммов генетического семейства S из базы данных MtRUVNTRplus [4], 12 профилей штаммов семейства S из Болгарии [5] и 7 уникальных профилей штаммов семейства S из Канады [6, 7].
Выделение геномной ДНК. Экстракцию ДНК штаммов МБТ проводили из инактивированных культур. Для инактивации одну или несколько колоний со среды Левенштейна-Йенсена ресуспендировали в 500 мл 1% смеси N-acetyl-N,N,N-trimethyl ammonium bromide (CTAB) в 50% изопропаноле, как описано ранее [8]. ДНК выделяли набором ДНК-сорб-B (Интерлабсервис, Россия) согласно протокола производителя.
MtRU-VNTR-генотипирование проводили по протоколу сайта MtRUVNTRplus [4]. С помощью пакета филогенетических программ сайта осуществляли первичное определение генотипов МБТ. Для уточнения распространенности штаммов также использовался ресурс открытой БД SITVIT [9]. Генотипы семейства Beijing дополнительно субтипировали по участкам генома RD105/RD207, как описано ранее [10]. Профили штаммов, верифицированные вышеуказанными методами как генотип Beijing, по 24 локусам MIRU-VNTR сравнивали с базой данных, приведенной в статье M. Merker и соавт. [3].
Индекс Hunter-Gaston (HGI) определяли по формуле, предложенной авторами [11]:
D = 1- -
1
- УП(П - 1), N(N-1) j=/j
где N — общее число штаммов, s — общее число определенных генотипов, nj — число штаммов, принадлежащих каждому генотипу.
Уровень кластеризации (clustering rate) оценивали по формуле CR = (nc - c)/n [12],
где nc — общее количество кластеризованных штаммов, с — количество кластеров, n — общее количество штаммов. При этом кластером считали филогенетическую группу, состоящую из 2 или более идентичных по 24 локусам штаммов. Матрица генетических дистанций между исследуемыми и референсными профилями получена с помощью пакета программ сайта MtRUVNTRplus [4]. Построение первичного UPGMA древа, анализ его методом наименьших квадратов (least squares) и построение
временного древа (timetree) проведено программой MEGA 6.06. [13]. Статистическую обработку данных проводили в редакторе электронных таблиц MS Excel 7.0 и пакете статистических программ Statistica для Windows (версия 6.0).
Результаты и обсуждение
Для полученного массива из 199 MIRU-VNTR профилей оценено генетическое разнообразие каждого полиморфного локуса MIRU-VNTR по индексу Hunter-Gaston (HGDI) [11]. Индекс дискриминации варьировал от 0 для MIRU 24 до 0,782 для QUB 26. На основании этих данных MIRU локусы были разделены на группы с низкой (менее 0,3), средней (от 0,3 до 0,6) и высокой дискриминационной силой по величине индекса. В настоящем исследовании дискриминационная сила 7 ло-кусов была выше 0,6 (Mtud 04, MIRU 40, Mtud 21, Qub 11b, MIRU 26, MIRU 31, QUB 26), 9 локусов показывали средние значения (ETR C, ETR D, MIRU 10, MIRU 16, ETR A, Mtud 30, Mtud 39, QUB-4156c, MIRU39), а 8 ло-кусов имели индекс менее 0,3 (MIRU2, MIRU 20, Mtud 29, ETR B, MIRU 23, MIRU 24, MIRU 27, Mtud 34). Для наиболее распространенного на территории республики генотипа Beijing характерно относительно невысокое, по сравнению с общей выборкой генетическое разнообразие, связанное, по всей видимости, с «эффектом основателя», т.е. относительно недавним распространением штаммов этого генотипа на территории Саха (Якутия) (табл. 1).
Для 199 изолятов получены 135 различных MIRU-VNTR-профилей по 24 локусам, 120 из которых соответствовали единичным штаммам, остальные 15 групп содержали от 2 до 18 идентичных профилей. Частота кластеризации общей выборки составила 0,33.
В результате комплексного анализа было установлено, что семейство Beijing представлено наибольшим
Таблица 1
Индекс Hunter-Gaston для всех штаммов выборки и для штаммов генотипа Beijing
Локус HGDI-индекс, все штаммы HGDI-индекс, Beijing
MIRU2 0,216 0,163
Mtud 04 0,726 0,285
ETR C 0,512 0,000
ETR D (MIRU-4) 0,366 0,000
MIRU 40 0,652 0,058
MIRU 10 0,526 0,029
MIRU 16 0,468 0,029
Mtud 21 0,748 0,221
MIRU 20 0,059 0,029
Qub 11b 0,778 0,425
ETR A 0,545 0,086
Mtud 29 0,078 0,000
Mtud 30 0,568 0,029
ETR B 0,078 0,000
MIRU 23 0,171 0,000
MIRU 24 0,000 0,000
MIRU 26 0,614 0,587
MIRU 27 0,010 0,029
Mtud 34 0,295 0,058
MIRU 31 0,688 0,335
Mtud 39 0,303 0,000
QUB 26 0,782 0,525
QUB-4156c 0,375 0,000
MIRU39 0,507 0,112
Табли ца 2
Преобладание MDR/xDR у штаммов CC2/W148 субтипа, генотипа Beijing
Генотип
Число штаммов
MDR/XDR (%)
СС2/Ш48
СС1, СС3, СС4, Bj-orph
19 46
15 (78,9) 12 (26,1)
15,5; p < 0,001
количеством штаммов — 34,2% (68/199). Эта группа включала 60 изолятов с известными MIT (MIRU international types) [9] и 7 изолятов, не идентифицированных по SITVIT базе данных, но имеющих делеции в RD105/207, соответствующие представителям генотипа Beijing. Далее следуя алгоритму, предложенному М. Merker и соавт. [3], выявлены субтипы Beijing: СС1 — 21; CC2/W148 — 19; CC3 — 2; CC4-3; неклассифицированных Beijing (Bj-orph) — 23 штамма. Распределение лекарственной устойчивости среди штаммов генотипа Beijing выявило значимое преобладание множественной и широкой лекарственной устойчивости (MDR/XDR) у штаммов группы CC2/W148 (табл. 2). Из 19 два штамма чувствительны ко всем препаратам 14 — MDR, 1 — XDR, остальные были полирезистентны.
Наиболее часто встречающимися MIRU-VNTR-про-филями среди штаммов Beijing генотипа были 223325153533445644423382 (CC1) — 17 и 223325173533445644423372 (CC2/W148) —15.
Вторыми по распространенности были штаммы семейства S — 15,6% (31/199), составившие на филогенетическом древе отдельный кластер, содержащий 19 идентичных MIRU-VNTR-профиль 233325153325141344222372, идентифицируемый по 12 локусам как MIT256 [9]. Остальные 10 штаммов отличались только по гипервариабельному локусу Qub26. В двух случаях наблюдалась микст-инфекция, предположительно связанная с одновременным присутствием генотипов S и Beijing. Все штаммы семейства S были лекарственно устойчивыми, 3 штамма имели широкую лекарственную устойчивость (XDR) и 21 штамм — множественную лекарственную устойчивость (MDR). Наблюдалось значимое преобладание распространения MDR/XDR-изолятов, принадлежащих семейству S, среди штаммов генотипов non-Beijing (табл. 3).
Немалую часть — 9,5% (19/199) составили штаммы семейства Ural (см. табл. 3). В половине случаев они имели профиль MIT171 [9], причем 7 из 10 изолятов были с идентичным профилем 227225113223353244423363. Также были выявлены профили MIT 197, 756 и близкие к ним характеристики штаммов, не идентифицируемых SITVIT, но имеющие типичные черты для Ural по MIRU-VNTR [14]. Кроме того, как и в группе семейства S, наблюдались 3 случая смешанной инфекции: предположительно 2 генотипы Ural и Beijing и 1 генотип Ural и non-Beijing.
Таблица 3
Преобладание MDR/xDR у штаммов генотипа s среди генотипов non-Beijing
Генотип
Число штаммов
MDR/XDR (%)
X2*
S
Ural
Другие non-Beijing
31 18 82
24 (77,4) 0 (0) 8 (9,4)
58,1; p < 0,001
* Генотип S по „отношению к остальным non-Beijing штаммам, X2 с коррекцией по Йетсу.
В исследуемой популяции МБТ также представлено семейство LAM (8,5%, 17/199), состоящее из филогенетически подобных, но неидентичных MIRU-VNTR-профилей. В этот кластер вошли штаммы с известными MIT 1, 140, 326 [9] и штаммы, генетически близкие к вышеназванным профилям LAM. Штаммы LAM-семейства имели вариации в локусах Mtub 4, Mtub 30 и Qub 26, что свидетельствует о давней циркуляции МБТ этого семейства на территории Республики Саха (Якутия).
Более гетерогенную группу представлял филогенетический куст семейства Haarlem. Сюда вошли 13 штаммов с MIT 45, 152, 188, 740 [9] и 5 Haarlem-подобных MIRU-VNTR-профилей. Штаммы генотипов X и T не образовали явных филогенетических групп. Единственный об-
щий MIRU-VNTR-профиль 223125153324232224223352 — MIT8, встречающийся сразу у 3 штаммов, относился к семейству Т [9].
Использование современных методов идентификации изолятов M. tuberculosis позволило нам получить подробную характеристику популяции возбудителя, циркулирующей на одной из мало изученных северных территорий России. Генотипирование по 24 локусам MIRU-VNTR, несмотря на относительно низкий индекс Hunter- Gaston ряда локусов (MIRU2, MIRU 20, Mtud 29, ETR B, MIRU 23, MIRU 24, MIRU 27, Mtud 34), дает возможность определить типичные штаммы известных генетических семейств возбудителя туберкулеза и оценить их распространенность в исследуемом районе.
Временное дерево (timetree). Над корневыми узлами куста генотипа S в верхней части рисунка, а приведены оценки в годах расхождения основных филогенетических линий исследуемого семейства. Объединенные ветви представлены в виде треугольников, в скобках приведены оценки в годах соответствующие времени происхождения объединенной ветви. На рисунке, б, приведена развернутая ветвь штаммов генотипа S (S Yakutia), циркулирующих на территории Саха (Якутия). Буквенные обозначения соответствуют MDR — множественная лекарственная устойчивость, XDR — широкая лекарственная устойчивость, S — устойчивость к стрептомицину, Н — устойчивость к изониазиду, К — устойчивость к канамицину, R - устойчивость к рифампицину.
Обнаруженная нами частота встречаемости генотипа Beijing (34,2%) является наименьшей среди МБТ этого генотипа по сравнению с другими регионами России [14—17]. Важно, что индекс генетического разнообразия субтипов Beijing был значительно ниже по всем исследованным локусам по сравнению с общей выборкой. По всей видимости основной причиной этого феномена является «эффект основателя», связанный с исторически недавним заносом МБТ генотипа Beijing на территорию Республики Саха (Якутия).
Характерно, что по классификации М. Merker и со-авт. [3] на исследуемой территории среди МБТ генотипа Beijing наибольшее эпидемическое значение имеют субтипы СС1 (среднеазиатское происхождение) и СС2/ W148 (российское происхождение), что является отражением глобальных потоков распространения этих пандемических субтипов. Таким образом, широкая распространенность двух основных субтипов Beijing в Саха (Якутия), несмотря на различия в лекарственной устойчивости, подтверждает их высокую трансмиссивность. Обнаруженное явление служит еще одним доказательством отсутствия прямой связи повышенной трансмис-сивности MDR-штаммов по сравнению с лекарственно-чувствительными [18]. Это называют «ценой адаптации» [19], которая варьирует в зависимости от мутаций к конкретным противотуберкулезным препаратам и от генетического фона популяции хозяина, который может модулировать приспособляемость возбудителя [20].
Весьма необычна как для России, так и в глобальном масштабе роль изолятов семейства S в распространении MDR. В настоящем исследовании по результатам MIRU-VNTR-типирования был обнаружен филогенетический куст семейства S с высокой частотой кластеризации (0,91) при отсутствии эпидемиологической связи между случаями заболевания. Генотип S ранее обнаруживали в России лишь в единичных случаях [16, 17]. Изолированная распространенность штаммов семейства S может быть связана с давней циркуляцией в удаленных и малонаселенных регионах на северо-востоке России. Частота выявления изолятов семейства S в глобальном масштабе носит мозаичный характер. Штаммы этого семейства описаны практически во всех странах, осуществляющих молекулярно-эпидемиологический мониторинг популяции возбудителя туберкулеза. Наиболее частое обнаружение представителей семейства S, согласно глобальной базе SITVIT [9], приходится на страны Североамериканского континента: США и Канаду. Представители семейства S выявлены также в Бразилии. Высокая частота изолятов семейства S обнаружена в Европе (Италия) и Южной Африке (ЮАР). В меньшей мере они присутствуют в коллекциях штаммов из европейских (Франция, Австрия, Болгария, Чехия, Турция, Греция, Германия, Польша, Финляндия), южноафриканских стран, на Австралийском континенте (Австралия, Новая Зеландия), в юго-восточной и восточной Азии [9].
Первоначально семейство S было описано исследователями в Италии (Сицилии) [21], Канаде [22] и Южной Африке [23]. Его зарождение относят к Средиземноморью, которое рассматривают в качестве возможного источника распространения штаммов этого семейства на другие территории, где укоренение привело к возникновению генотипических вариаций [24].
Проведенный нами поиск 12-локусного MIRU-VNTR-профиля генотипа S, обнаруженного в Якутии [2], выявил его среди штаммов из Южной Африки — 5,2% (188/3646) общей выборки [25]. Аналогичные находки были и в Канаде, где указанный профиль обнаруживал-
ся в популяции аборигенов из районов Saskatchewan и Alberta [26]. Авторы рассматривали профили генотипа S как последствие распространения МБТ среди аборигенов Канады, начавшееся во времена торговли мехом с европейцами в XVIII веке [26]. Наиболее подробные данные о генотипе S опубликованы V. Valcheva и соавт. [5], где изоляты с анализируемым нами профилем были выделены из различных районов Болгарии. Профиль MIRU-VNTR по 24 локусам болгарских и канадских штаммов имел отличия в одно-два мутационных события в локусах (Mtub 04, Mtub 34, ETR A, Qub 11b и Qub26) от полученных нами данных.
Накопленный объем данных по 24 локусам MIRU-VNTR позволил сделать оценку времени циркуляции основных эпидемических генотипов, ответственных за распространение MDR/XDR на исследуемой территории субтипа — CC2/W148 генотипа Beijing и генотипа S.
На рисунке приведего временная шкала и временное древо (timetree). За основную шкалу было взято время происхождения группы CC2/W148 генотипа Beijing в 1797 лет [3], представленное на древе (см. рисунок, а) 83 уникальными профилями. Над корневыми узлами куста генотипа s в верхней части рисунка, а приведены оценки в годах расхождения основных филогенетических линий исследуемого семейства. После OTU (operational taxonomic unit) объединенных ветвей в виде треугольников приведены оценки в годах соответствующие времени происхождения объединенной ветви. На рисунке, б приведена развернутая ветвь штаммов генотипа S, циркулирующих на территории Саха (Якутии).
Как видно на рисунке, а, время заноса генотипа s на территорию Якутии близко к 600 годам, что сравнимо со временем генетической дивергенции близкородственных генотипов, циркулирующих на территории Болгарии (459, 678 лет) и Канады (684 года). Особый интерес для нас представляли уникальные профили штаммов семейства S из Канады [6, 7], в том числе профили широко распространенного генотипа S0007 [6]. Первоначальной гипотезой, потребовавшей проведения оценки времени дивергенции исследуемых генотипов, было предположение о возможном родстве штаммов семейства s из Якутии и Канады. Однако проведенная реконструкция не позволяет однозначно подтвердить эту гипотезу. В рамках полученной модели можно предполагать, что занос предкового штамма генотипа S на территорию Якутии произошел в сроки, сравнимые с распространением этого генотипа в Европе и северной Америке, т. е. в раннюю постколумбову эпоху вместе с другими генотипами европейско-американской линии [27]. Полученные оценки приблизительно в 2 раза превышают предполагаемое время первых контактов аборигенов Канады с европейцами (начало XVIII века) и распространение европейских МБТ среди этой популяции [26]. Аналогичным образом временная оценка распространения генотипа S в Якутии (600 лет) вдвое превышает предполагаемое время (XVII—XVIII век) начала распространения европейских штаммов среди коренного населения Якутии [28]. Полученные результаты можно интерпретировать двояко. Наиболее вероятным выглядит предположение, что использование в качестве шкалы среднего времени происхождения субтипа CC2/W148 в 1797 [3] порождает системную ошибку и более уместно по отношению к канадским и якутским штаммам семейства s применить минимальную шкалу субтипа CC2/W148 в 958 лет [3]. В этом случае время распространения предковых форм генотипа s на территории Канады и Якутии приближается к 300 годам и соответствует известным историческим событиям [26, 28]. Несмотря на такой значитель-
ный разброс во временных оценках, можно с большой долей уверенности утверждать, что распространение МБТ генотипа S на территории Якутии и Канады произошло независимо друг от друга с волнами миграций европеоидов. Отдельный интерес представляет тропность отдельных субпопуляций генотипа S к монголоидным популяциям, проживающим в экстремальных климатических условиях Якутии и Канады. Нельзя исключать, что феномен высокой трансмиссивности отдельных субтипов генотипа S, выявленных на территории Якутии (см. рисунок, б, кластер из 18 идентичных профилей) и Канады, кластер — 0007 [6], имеет общую биологическую природу и связан с коадаптацией части популяции возбудителя к популяции хозяина.
Финансирование. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 15-04-00632.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах:
Жданова Светлана Николаевна (Zhdanova Svetlana Nikolaevna) [email protected] с.н.с. лаборатории эпидемически и социально значимых инфекций, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ, к.м.н.
Огарков Олег Борисович (Ogarkov Oleg Borisovich) [email protected] заведующий лабораторией эпидемически и социально значимых инфекций, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ, д.м.н.
Алексеева Галина Ивановна (Alexeeva Galina Ivanovna), заведующая лабораторией ГБУ РС (Я) НПЦ «Фтизиатрия», д.м.н.
Винокурова Мария Константиновна (Vinokurova Maria Konstantinovna) заместитель директора ГБУ РС (Я) НПЦ «Фтизиатрия», д.м.н.
Синьков Вячеслав Владимирович (Sinkov Vyacheslav Vladimirovich) с.н.с. лаборатории эпидемически и социально значимых инфекций, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ, к.м.н.
Астафьев Виктор Александрович, с.н.с., д-р мед. наук, проф. лаборатории эпидемически и социально значимых инфекций, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ,
Савилов Евгений Дмитриевич (Savilov Evgeniy Dmitrievich) г.н.с. лаборатории эпидемически и социально значимых инфекций, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ, д.м.н., проф.
Кравченко Александр Федорович (Kravchenko Alexander Fedorovich) директор ГБУ РС (Я) НПЦ «Фтизиатрия», д.м.н.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ресурсы и деятельность противотуберкулезных организаций в 2011—2013 гг. 2014. Avaible at: http://mednet.ru/images/stories/ files/CMT/resursy_2011_2013.pdf
2. Zhdanova S., Heysell S., Ogarkov O., Boyarinova G., Alexeeva G., Pholwat S, et al. Primary multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis in 2 regions, Eastern Siberia, Russian Federation. Emerg. Infect. Dis. 2013; 19 (10): 1649—52.
3. Merker M., Blin C., Mona S., Duforet-Frebourg N., Lecher S., Wil-lery E. et al. Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis Beijing lineage. Nat. Genet. 2015; 47 (3): 242—249.
4. MIRU. Avaible at: http://www.miru-vntrplus.org/MIRU/miruinfo. faces;jsessionid = 89112F274226E781C7B0B0D9118FDD70
5. Valcheva V., Mokrousov I., Narvskaya O., Rastogi N., Markova N. Utility of new 24-locus variable-number tandem-repeat typing for discriminating Mycobacterium tuberculosis clinical isolates collected in Bulgaria. J. Clin. Microbiol. 2008; 46 (9): 3005—11.
6. Christianson S., Wolfe J., OrrP., Karlowsky J., Levett P.N., Horsman G.B. et al. Evaluation of 24 locus MIRU-VNTR genotyping of Mycobacterium tuberculosis isolates in Canada. Tuberculosis (Edinb.). 2010; 90 (1): 31—8.
7. Gardy J.L., Johnston J.C., Ho Sui S.J., Cook V.J., Shah L., Brodkin E. et al. Whole-genome sequencing and social-network analysis of a tuberculosis outbreak. N. Engl. J. Med. 2011; 364 (8): 730—9.
8. Ogarkov O., Zhdanova S., Savilov E., Mokrousov I., Sinkov V., Antipina S. Lethal combination of mycobacterium tuberculosis Beijing genotype and human CD209-336G allele in Russian male population Infection. Genet. andEvol. 2012; 12 (4): 732—6.
9. SITVIT Avaible at: http://www.pasteur-guadeloupe.fr:8081/SITVIT_ ONLINE/query
10. Жданова С.Н., Огарков О.Б., Степаненко Л.А., Лац А.А., Синьков В.В., Унтанова Л.С. и др. Применение делеционного анализа по RD105 для выявления генотипа Пекин Mycobacterium tuberculosis. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН. 2011; 2: 194—7.
11. Hunter P.R., Gaston M.A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson's index of diversity. J. Clin. Microbiol. 1988; 26 (11): 2465—6.
12. Supply P., Allix C., Lesjean S., Cardoso-Oelemann M., RuschGerdes S., Willery E. et al. Proposal for standardization of optimized mycobacterial interspersed repetitive unit-variable number tandem repeat typing of Mycobacterium tuberculosis. J. Clin. Microbiol. 2006; 44 (12): 4498—510.
13. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0. Mol. Biol. Evol. 2013; 30: 2725—9.
14. Огарков О.Б., Медведева Т.В., Zozio Т., Погорелое В.И., Неки-пелов О.М., Гутникова М.Ю. и др. Молекулярное типирование штаммов микобактерий туберкулеза в Иркутской области (Восточная Сибирь) в 2000—2005 гг. Молекулярная медицина. 2007; 2: 33—8.
15. Afanas'ev M.V., Ikryannikova L.N., Il'ina E.N., Sidorenko S.V, Kuz'min A.V., Larionova E.E. et al. Molecular characteristics of ri-fampicin- and isoniazid resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from Russian Federation. J. Antimicrob. Chemother. 2007; 59: 1057—64.
16. Dymova M.A., Kinsht V.N., Cherednichenko A.G., Khrapov E.A., SvistelnikA.V., FilipenkoM.L. Highest prevalence of the Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype isolates in patients newly diagnosed with tuberculosis in the Novosibirsk oblast, Russian Federation. J. Med. Microbiol. 2011; 60: 1003—9.
17. Kovalev S.Y., Kamaev E.Y., Kravchenko M.A., Kurepina N.E., Skor-niakov S.N. Genetic analysis of Mycobacterium tuberculosis strains isolated in Ural region, Russian Federation, by MIRU-VNTR genotyping. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2005; 9 (7): 746—52.
18. Borrell S., Gagneux S. Infectiousness, reproductive fitness and evolution of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis. Int. J. Tuberc. Lung. Dis. 2009; 13: 1456—66.
19. Gagneux S., Long C.D., Small P.M., Van T., Schoolnik G.K., Bohan-nan B.J. The competitive cost of antibiotic resistance in Mycobacterium tuberculosis. Science. 2006; 312: 1944—6.
20. Cohen T., Becerra M.C., Murray M.B. Isoniazid resistance and the future of drug-resistant tuberculosis. Microb. Drug Resist. 2004; 10: 280—5.
21. Sola C., FerdinandS., Mammina C., Nastasi A., Rastogi N. Genetic diversity of Mycobacterium tuberculosis in Sicily based on spoligo-typing and variable number of tandem DNA repeats and comparison with a spoligotyping database for population-based analysis. J. Clin. Microbiol. 2001; 39 (4): 1559—65.
22. Cheng S.J., Thibert L., Sanchez T., Heifets L., Zhang Y. PncA mutations as a major mechanism of pyrazinamide resistance in Mycobacterium tuberculosis: spread of a monoresistant strain in Quebec, Canada. Antimicrob. Agents Chemother. 2000; 44 (3): 528—32.
23. Demay C., Liens B., Burguiere T., Hill V., Couvin D., Millet J. et al. SITVITWEB-a publicly available international multimarker database for studying Mycobacterium tuberculosis genetic diversity and molecular epidemiology. Infect. Genet. Evol. 2012; 12 (4): 755—66.
24. Bonura С., Mammina С., Refregier G. Sola C. The reconstruction of the _Mycobacterium tuberculosis_ «S» family history using Sicily as a start point. What did we learn from 20 years of spoligotyping VNTR and SNP typing? In: Abstract of 35th Congress of the European Society of Mycobacteriology. 2014; Vol. 5. Avlable at:https:// www.researchgate.net/publication/266156625
25. Mlambo C.K., WarrenR.., PoswaX., VictorT.C., DuseA.G., MaraisE. Genotypic diversity of extensively drug-resistant tuberculosis (XDR-TB) in South Africa. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2008. 12: 99—104.
26. PepperellС.S., GrankJ.M., AlexanderD.C., BehrM.A., ChuiL., Gordon J. et al. Dispersal of Mycobacterium tuberculosisvia the Canadian fur trade. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011; 108 (16): 6526—31.
27. Galagan J.E. Genomic insights into tuberculosis. Nat. Rev. Genet. 2014; 15 (5): 307—20.
28. Dabernat H., Theves C., Bouakaze C., Nikolaeva D., Keyser C., Mokrousov I. et al. Tuberculosis epidemiology and selection in an autochthonous Siberian population from the 16th—19th century. PLoS One. 2014; 9 (2): e89877.
REFERENCES
1. Resources and activities of anti-TB organizations in 2011—2013 years. 2014; Avaible at: http://mednet.ru/images/stories/files/CMT/ resursy_2011_2013.pdf (in Russian)
2. Zhdanova S., Heysell S, Ogarkov O., Boyarinova G., Alexeeva G., Pholwat S. et al. Primary multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis in 2 regions, Eastern Siberia, Russian Federation. Emerg. Infect. Dis. 2013; 19 (10): 1649—52.
3. MerkerM., Blin C., MonaS., Duforet-FrebourgN., LecherS., Willery E., et al., Evolutionary history and global spread of the Mycobacterium tuberculosis Beijing lineage. Nat. Genet. 2015; 47 (3): 242—9.
4. MIRU. Avaible at: http://www.miru-vntrplus.org/MIRU/miruinfo. faces;jsessionid = 89112F274226E781C7B0B0D9118FDD70
5. Valcheva V., Mokrousov I., Narvskaya O., Rastogi N., Markova N. Utility of new 24-locus variable-number tandem-repeat typing for discriminating Mycobacterium tuberculosis clinical isolates collected in Bulgaria. J. Clin. Microbiol. 2008; 46 (9): 3005—11.
6. Christianson S., Wolfe J., Orr P., Karlowsky J., Levett P.N., Horsman G.B. et al. Evaluation of 24 locus MIRU-VNTR genotyping of Mycobacterium tuberculosis isolates in Canada. Tuberculosis (Edinb.). 2010; 90 (1): 31—8.
7. Gardy J.L., Johnston J.C., Ho Sui S.J., Cook V.J., Shah L., Brodkin E. et al. Whole-genome sequencing and social-network analysis of a tuberculosis outbreak. N. Engl. J. Med. 2011; 364 (8): 730—9.
8. Ogarkov O., Zhdanova S., Savilov E., Mokrousov I., Sinkov V., Antipina S. Lethal combination of mycobacterium tuberculosis Beijing genotype and human CD209-336G allele in Russian male population Infection. Genet. andEvol. 2012; 12 (4): 732—6.
9. SITVIT Avaible at: http://www.pasteur-guadeloupe.fr:8081/SIT-VIT_ONLINE/query
10. Zhdanova S.N., Ogarkov O.B., Stepanenko L.A., Lats A.A., Sin'kov V.V., UntanovaL.S. et al. The deletion analysis of RD105 is a useful tool in the evaluation of Beijing strains of Mycobacterium tuberculosis. Bulletin of the East Siberian Scientific Center of the Academy of Medical Sciences. 2011; 2: 194—7. (in Russian)
11. Hunter P.R., Gaston M.A. Numerical index of the discriminatory ability of typing systems: an application of Simpson's index of diversity. J. Clin. Microbiol. 1988; 26 (11): 2465—6.
12. Supply P., Allix C., Lesjean S., Cardoso-Oelemann M., RüschGerdes S., WilleryE., et al. Proposal for standardization of optimized myco-bacterial interspersed repetitive unit-variable number tandem repeat typing of Mycobacterium tuberculosis. J. Clin. Microbiol. 2006; 44 (12): 4498—510.
13. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0. Mol. Biol. Evol. 2013; 30: 2725—9.
14. Ogarkov О.В., Medvedeva T.V., Zozio Т., Pogorelov V.I., Nekipelov O.M., GutnikovaM.Yu. et al., Molecular typing of Mycobacterium tuberculosis strains in the Irkutsk Region (Eastern Siberia) in 2000— 2005. Molekulyarnayameditsina. 2007; 2: 33—8. (in Russian)
15. Afanas 'ev M. V, IkryannikovaL.N., Il 'inaE.N., Sidorenko S. V., Kuz 'min A.V., Larionova E.E. et al. Molecular characteristics of rifampicin- and isoniazid resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from Russian Federation. J. Antimicrob. Chemother. 2007; 59: 1057—64.
16. Dymova M.A., Kinsht V.N., Cherednichenko A.G., Khrapov E.A., SvistelnikA.V., FilipenkoM.L. Highest prevalence of the Mycobac-terium tuberculosis Beijing genotype isolates in patients newly diagnosed with tuberculosis in the Novosibirsk oblast, Russian Federation. J. Med. Microbiol. 2011; 60: 1003—9.
17. Kovalev S.Y., Kamaev E.Y., Kravchenko M.A., Kurepina N.E., Skor-niakov S.N. Genetic analysis of Mycobacterium tuberculosis strains isolated in Ural region, Russian Federation, by MIRU-VNTR geno-typing. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2005; 9 (7): 746—52.
18. Borrell S., Gagneux S. Infectiousness, reproductive fitness and evolution of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2009; 13: 1456—66.
19. Gagneux S., Long C.D., Small P.M., Van T., Schoolnik G.K., Bohan-nan B.J. The competitive cost of antibiotic resistance in Mycobacterium tuberculosis. Science. 2006; 312: 1944—6.
20. Cohen T., Becerra M.C., Murray M.B. Isoniazid resistance and the future of drug-resistant tuberculosis. Microb. Drug Resist. 2004; 10: 280—5.
21. Sola C., FerdinandS., Mammina C., Nastasi A., Rastogi N. Genetic diversity of Mycobacterium tuberculosis in Sicily based on spoligo-typing and variable number of tandem DNA repeats and comparison with a spoligotyping database for population-based analysis. J. Clin. Microbiol. 2001; 39 (4): 1559—65.
22. Cheng S.J., Thibert L., Sanchez T., Heifets L., Zhang Y. PncA mutations as a major mechanism of pyrazinamide resistance in Myco-
bacterium tuberculosis: spread of a monoresistant strain in Quebec, Canada. Antimicrob. Agents Chemother. 2000; 44 (3): 528—32.
23. Demay C., Liens B., Burguiere T., Hill V, Couvin D., Millet J. et al. SITVITWEB-a publicly available international multimarker database for studying Mycobacterium tuberculosis genetic diversity and molecular epidemiology. Infect. Genet. Evol. 2012; 12 (4): 755—66.
24. Bonura C., Mammina C., Refregier G. Sola C. The reconstruction of the _Mycobacterium tuberculosis_ «S» family history using Sicily as a start point. What did we learn from 20 years of spoligotyping VNTR and SNP typing? In: Abstract of 35th Congress of the European Society of Mycobacteriology. 2014; Vol. 5. Avlable at: https:// www.researchgate.net/publication/266156625
25. Mlambo C.K., WarrenR.., PoswaX., Victor T.C., DuseA.G., MaraisE. Genotypic diversity of extensively drug-resistant tuberculosis (XDR-TB) in South Africa. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2008; 12: 99—104.
26. Pepperell C.S., Grank J.M., AlexanderD.C., BehrM.A., ChuiL., Gordon J. et al. Dispersal of Mycobacterium tuberculosisvia the Canadian fur trade. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011; 108 (16): 6526—31.
27. Galagan J.E. Genomic insights into tuberculosis. Nat. Rev. Genet. 2014; 15 (5): 307—20.
28. Dabernat H., Theves C., Bouakaze C., Nikolaeva D., Keyser C., Mokrousov I. et al. Tuberculosis epidemiology and selection in an autochthonous Siberian population from the 16th-19th century. PLoS One. 2014; 9 (2): e89877.
Поступила 18.02.15
GENETIC DIVERSITY OF THE MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS ISOLATES IN THE REPUBLIC SAKHA (YAKUTIA), RUSSIA
S. N. Zhdanova1,2, O. B. Ogarkov1,3, G. I. Alexeeva4, M. K. Vinokurova4, V. V. Sinkov1, V. A. Astaf'ev13, E. D. Savilov13, A. F. Kravchenko4
1 Scientific Center of the Family Health and Human Reproduction
Problems, Irkutsk, Russia; 2 Irkutsk State University, Irkutsk, Russia; 3 Irkutsk State Medical Academy of Continuing Education, Irkutsk, Russia; 4 Research and Practical Center for Tuberculosis of the Sakha Republic (Yakutia), Yakutsk, Russia
The population structure of the M. tuberculosis in Yakutia was estimated by the MIRU-VNTR method of 24 loci genotyping. 199 strains from 199 patients with pulmonary tuberculosis were tested. The greatest number of the strains (34.2%, 68/199) belonged to the genotype Beijing. The significant predominance (x2 = 15.5; p < 0.001) of the multidrug and extensively drug-resistance (MDR/XDR) among the isolates of Beijing genotype was revealed in subtype CC2/ W148 - 9.5% (19/199). Strains of the genotype S (15.6%, 31/199) were the second most common genotype after Beijing. The majority of S-strains had an identical profile 233325153325141344222372. S genotype strains also significantly more frequently carried the MDR/ XDR (x2 = 59.8; p<0.001) among non-Beijing isolates. The genotype strain Ural ranks the third in the prevalence - 10.0% (20/199). The strains belonging to the family LAM (8.5%, 17/199) had considerable genetic heterogeneity. A great genetic diversity was also found in minor genotypes T and Haarlem.
A phylogenetic reconstruction of the epidemic spread of the S-genotype and subtype CC2/W148 of the Beijing genotype in Yakutia was performed with estimation of the probable time of origin in the scale proposed by Merker M. et al. (2015). It was shown that the strains of the subtype CC2/W148 had been formed from four distinct phylogenetic sublines in recent historical period (XX century). It was estimated that phylogenetic relationships accounted for 30 MIRU-VNTR profiles of S-strains from Yakutia and 31 reference S-profiles from Europe and Canada. The profiles of the S-genotype from Yakutia form a phylogenetically compact group, indicating that all evolutionary history of these strains happened in the Sakha Republic. The time of the ancestral S-genotype spreading in Yakutia was estimated to be in the range from 300 to 600 years. Key words: M. tuberculosis, MIRU-VNTR, Beijing genotype, S-genotype, Sakha (Yakutia)
DOI 10.18821/0208-0613-2016-34-2-43-48
Funding. This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (Grant No. 15-04-00632).
Conflicts of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
