ПАТОГЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ STAPHYLOCOCCUS AUREUS, КОЛОНИЗИРУЮЩИХ НОСОВУЮ ПОЛОСТЬ И ЛЕГКИЕ ОБЕЗЬЯН
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье представлены данные по исследованию генетических детерминант патогенности у изолятов S. aureus, выделенных из дыхательных путей обезьян (носовой полости и легких), собранных в течение 2017‒2019 гг. Цель работы ― определить некоторые гены патогенности и их комбинации у S. aureus, выделенных из носовой полости клинически здоровых обезьян и из легких обезьян, погибших от пневмонии. Отмечена высокая частота обнаружения генов адгезинов (fnBpA ― 74,4%, fnBpB ― 79,1%, clfA ― 95,4%, clfB ― 95,4%), гемолизинов (hla ― 83,7%, hlb ― 81,4%), лейкоцидина Пантон-Валентайна (pvl ― 48,1%), являющегося маркером повышенной патогенности микроба, а также сочетаний различных геновариантов. Установлено, что ген гемолизина α встречается чаще у S. aureus, выделенных из легких обезьян при пневмониях (87,4 %), а ген β-гемолизина выявлен практически у всех S. aureus, изолированных из носовой полости (96,2 %). Гены фибронектин-связывающих белков (fnBpA/B) с высокой частотой обнаружены у изолятов, выделенных из носовой полости, при этом также у 100 % изученных S. aureus детектированы гены хлопьеобразующих факторов (clfA/B). Почти у половины изолятов детектирован вариант hla-hlb-fnBpA-fnBpB-clfA-clfB (48,1 %), присутствие всех исследуемых детерминант патогенности (pvl-hla-hlb-fnBpA-fnBpB-clfA-clfB) отмечено у 24,8 % S. aureus. Анализ высокой распространенности генов, ответственных за экспрессию факторов патогенности, подтверждает патогенность изученных изолятов S. aureus, выделенных от обезьян. Большинство изолятов принадлежало к IV группе регуляторного гена (55,8 %), на втором месте по распространенности стоит agr I (40,8 %). ПЦР-детекция генов pvl, hla, hlb, fnBpA, fnBpB, clfA, clfB может использоваться для подтверждения патогенности изолятов S. aureus, выделенных из различного биоматериала животных, и служить критерием для эпидемиологической оценки при изучении циркуляции S. aureus у обезьян, содержащихся в питомнике.

Ключевые слова:
обезьяны, генетические детерминанты патогенности, agr-типирование, лейкоцидин Пантон-Валентайна (pvl), адгезины, гемолизины, Staphylococcus aureus
Текст
Текст (PDF): Читать Скачать

Сокращения: ДНК ― дезоксирибонукдеиновая кислота, н.п. ― нуклеотидные последовательности, ПЦР ― полимеразно-цепная реакция

 

Введение

Дыхательные пути человека и животных ― это резервуар микробиоты, состоящей из различных комменсалов и потенциальных патогенов, одним из которых является Staphylococcus aureus (Saureus). Saureus ― оппортунистический микроорганизм, вызывающий множество инфекционных заболеваний различной степени тяжести [6, 7, 10]. В последние годы интерес к нему возрос не только из-за его важной роли в медицине и ветеринарии, увеличения количества инфекционных процессов, вызываемых им, но также появлением клональных линий, связанных с различными видами животных (животными-компаньонами, домашним скотом, дикими животными), передачей возбудителя при контакте между животными и человеком. Тем самым, Saureus проявляет все более очевидный зоонозный потенциал [7, 8]. Способность колонизировать различные виды хозяев поддерживается пластичным геномом Saureus, содержащим большое количество генов патогенности [8]. Одним из основных регуляторов этих генов у золотистого стафилококка является система кворума (quorum sensing), служащая глобальным регулятором, так называемым регулятором вспомогательных генов (agr), которая контролирует экспрессию большинства факторов патогенности и образование биопленки [1]. Локус agr включает в себя пять генов (agrABCD и δ-гемолизин), при этом область agrD – agrC имеет вариабельную структуру, которая может изменяться между штаммами S. aureus. По вариабельным участкам agr делят на четыре группы (agr IIIIII и IVс различной степенью вирулентности [1]. Предположительно, существует корреляция между типом agr и наличием некоторых генов патогенности [1, 9]. Как известно, патогенность стафилококков является результатом совместной деятельности выделяемых ими токсинов, ферментов и белков на поверхности бактериальной клетки, которые связываются с белками организма хозяина [10]. Эта колонизация обычно связана с набором факторов адгезии, которые способствуют прикреплению бактерий к поверхности хозяина с использованием компонента микробной поверхности, распознающего молекулы адгезивной матрицы (MSCRAMM). Saureus экспрессирует около 20 различных MSCRAMM [10]. Основные белковые адгезины в этой группе включают в себя хлопьеобразующие факторы А и В (ClfAClfB), фибронектин-связывающие белки А и В (FnBPBFnBPA). Помимо MSCRAMM S. aureus продуцирует ряд экзотоксинов, способствующих разрушению тканевой мембраны хозяина, тем самым обеспечивая питательными веществами растущие бактериальные клетки. Вырабатываемые экзотоксины включают в себя цитотоксины, лейкоцидин Пантона-Валентайна (PVL) и гемолизины (α-, β-, γ-), которые обладают способностью образовывать поры в клетках-хозяевах, таким образом обеспечивая лизис [1, 10].

Несмотря на то, что S. aureus колонизирует область носоглотки здоровых людей и животных, он может стать основным фактором риска для последующего развития инфекций, в том числе, пневмоний [1, 6, 10]. Стафилококковая пневмония у людей является распространенной и приводит к высокой смертности [4, 10]. В развитии пневмонии имеет значение лейкоцидин Пантона-Валентайна, который делает микроб более вирулентным [4]. Хотя, как сообщает Fan J. с соавторами, в настоящее время опасность pvl-позитивных штаммов еще недостаточно ясна, поскольку существуют другие факторы, способствующие патогенности Saureus [4]. К сожалению, доступные сведения по молекулярно-генетическому исследованию Saureus у животных, в том числе, обезьян, недостаточны и ограничены небольшим количеством стран. Сообщений о патогенном потенциале Saureus, выделенных у обезьян при пневмониях, в зарубежной литературе нами не найдено.

 

Цель исследования

Определить некоторые гены патогенности и их комбинацию у Saureus, выделенных из носовой полости клинически здоровых обезьян и из легких обезьян, погибших от пневмонии.

 

Материалы и методы

Исследовано 129 изолятов Saureus, выделенных из носа 26 клинически здоровых обезьян и из легких 103 погибших, у которых на основании патоморфологического исследования поставлен диагноз «пневмония» (табл. 1). Все обезьяны содержались в условиях неволи в Адлерском питомнике, находящимся в ФГБНУ НИИ «медицинской приматологии» (г. Сочи, Россия).

1.      Характеристика обезьян, у которых выделен Saureus

Characteristics of monkeys from which S. aureus was isolated

 

Виды обезьян

Общая численность

Пол (n)

Возраст, годы

Материал исследования

До 1

1…4

5…14

15 и старше

мазок из носа

легкие

Макак резус

40

22

18

14

10

6

10

2

38

Макак яванский

48

17

31

11

16

18

3

13

35

Макак лапундер

3

3

0

2

0

1

0

1

2

Мартышка зелёная

1

1

0

1

0

0

0

0

1

Павиан анубис

5

2

3

4

0

1

0

0

5

Павиан гамадрил

30

20

10

19

6

5

0

8

22

Патас

2

1

1

0

2

0

0

2

0

Всего

129

66

63

51

34

31

13

26

103

 

Бактериальные изолятыДля выделения стафилококков проводили стандартные бактериологическое и биохимическое исследования, как описано ранее [2]. Все изоляты Saureus были собраны в течение 2017‒2019 гг. и хранились в смеси глицерина и мясо-пептонного бульона (50:50) при −20 °С до проведения настоящего исследования.

Экстракция ДНК. Тотальную ДНК стафилококков выделяли из бактериальных суспензий, приготовленных из суточных агаровых культур S. aureus и суспендированных в 100 мкл раствора NaCl с использованием набора реактивов «ДНК-сорб-В» (ФБУН «ЦНИИЭ Роспотребнадзора», Россия) согласно рекомендации производителя.

Молекулярно-генетическое исследование. Методом ПЦР с электрофоретической детекцией все изоляты протестированы нами на присутствие генетических детерминант патогенности ― маркеров лейкоцидина Пантон-Валейтайна (lukS/lukF-pvl), маркеров α- и β- гемолизинов (hlahlb), генов фиброниктин-связывающих белков A и B (fnBpAfnBpB) и хлопьеобразующих факторов A и B (clfAclfB). Для определения наличия генов патогенности использовали специфические олигонуклеотидные праймеры (табл. 2), описанные в научных публикациях, и синтезированные фирмой «Evrogen» (Россия). Группы agr комплекса и pvl компоненты (lukS/F) анализировали с помощью мультиплексной ПЦР.

 

2.      Олигонуклеотидные последовательности праймеров, использованных в исследовании

Oligonucleotide sequences of the primers used in the study

 

Ген

Последовательность 5̍−3̍

Размер ампликона, н.п.

Мишень

Ссылка

pvl1

F:GCATGAGTAACATCCATATT

R:CCCATTAGTACACAGTGGTT

120

Субъединица S PVL

[1]

pvl2

F:TTCAACATCCCAACCAATTT

R:AATACTCAAAGCTGCTGGAA

349

Субъединица F PVL

[1]

hla

F:GTACTACAGATATTGGAAGC

R:GTAATCAGATATTTGAGCTAC

274

Гемолизин А

[10]

hlb

F:GCC AAA GCC GAA TCT AAG

R:CGC ATA TAC ATC CCA TGG C

840

Гемолизин В

[10]

fnBpA

F:GCGGAGATCAAAGACAA

R:CCATCTATAGCTGTGTGG

1279

Фибро-нектин-связывающий белок А

[10]

fnBpB

F:GGAGAAGGAATTAAGGCG

R:GCCGTCGCCTTGAGCGT

820

Фибро-нектин-связывающий белок В

[10]

clfA

F:CGCCGGTAACTGGTGAAGCT

R:TGCTCTCATTCTAGGCGCACTT

314

Хлопьеобразующий фактор А

[10]

clfB

F:ATGATCTTGCTTGCGTT

R:CCGATTCAAGAGTTACACC

215

Хлопьеобразующий фактор В

[10]

agr loci (agrB)

F:ATGCACATGGTGCACATGC

****

Ген, контролирующий экспрессию факторов вирулентности

[5]

 

agr I

R:GTCACAAGTACTATAAGCTGCGAT

441

agr II

R:TAT TAC TAA TTG AAA AGT GGC CAT AGC

575

agr III

R:GTAATGTAATAGCTTGTATAATAATACCCAG

323

agr IV

R: CGATAATGCCGTAATACCCG

659

Примечание. **** agr loci (agrB) ― это прямой праймер, который соединяется с обратными праймерами (agrIIIIIIIV) в реакции амплификации, при которой образуется ампликон. Именно ампликон имеет размеры, указанные в данной графе.

 

Геномную ДНК амплифицировали в 25 мкл реакционной смеси, включающей в себя 5 мкл амплификационной смеси «ScreenMix» («Evrogen»), 5 мкл праймеров, 5 мкл деонизированной воды и 10 мкл ДНК. Реакция амплификации шла в автоматически программируемом термоциклере «Терцик» («ДНК-технология», Россия) по нескольким программам амплификации ДНК, разработанным с учетом свойств праймеров, участвующих в конкретной реакции (табл. 3).

 

3.      Режимы амплификации исследуемых генов патогенности

Amplification processes of the studied pathogenicity genes

 

Ген

Программа амплификации

начальная денатурация

денатурация, отжиг, пролонгация

окончательная пролонгация

pvl, hlb

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 10 с, 50 °С― 10 с,72 °С― 20 с

32 цикла

72 °С ― 2 мин

1 цикл

hla

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 30 с, 47 °С ― 30 с,72 °С ― 45 с

38 циклов

72 °С ― 10 мин

1 цикл

fnBpA

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 30 с, 48 °С ― 30 с,72 °С ― 45 с

35 циклов

72 °С ― 10 мин

1 цикл

fnBpB

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 30 с, 56 °С ― 30 с,72 °С ― 45 с

35 циклов

72 °С ― 10 мин

1 цикл

clfA

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 30 с, 55 °С ― 30 с,72 °С ― 45 с

30 циклов

72 °С ― 10 мин

1 цикл

clfB

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 30 с, 47 °С ― 30 с,72 °С ― 45 с

30 циклов

72 °С ― 10 мин

1 цикл

agr

95°С ― 5 мин

1 цикл

95 °С ― 10 с, 50 °С ― 10 с, 72 °С ― 20 с

32 цикла

72 °С ― 5 мин

1 цикл

 

Гель-электрофорезПродукты амплификации визуализировали с помощью гель-электрофореза в 1,2%-м агарозном геле, окрашенном раствором этидиум бромида, в градиенте напряжения 90 В. Размер ампликонов определяли, используя ДНК-руллер, размером 100…1500 н. п. (ЗАО «Евроген»).

 

Результаты

В настоящей работе мы акцентировали внимание на исследовании генов патогенности Saureus, отвечающих за экспрессию лейкоцидина Пантон-Валентайна (pvl), адгезинов (fnBpAfnBpBclfAclfB) и α-, β-гемолизинов (hlahlb).

У 129 изолятов Saureus, выделенных из дыхательных путей обезьян, гены патогенности обнаружены в высоких процентах, при этом чаще детектированы гены хлопьеобразующих факторов clfA и clfB (95,4 %) и гены гемолизинов ― hla (83,7%), hlb (81,4%) (рис. 1).

Рис. 1. Частота детекции генов патогенности у Saureus, выделенных у обезьян

Fig. 1. Detection frequency of pathogenicity genes of S. aureus isolated in monkeys

 

Ген α-гемолизина (hla) выявлен чаще у Saureus, выделенных из легких обезьян при пневмониях (87,4 %), а ген β-гемолизина (hlb) обнаружен практически у всех Saureus, изолированных из носовой полости клинически здоровых животных (96,2 %). Гены фибронектин-связывающих белков А и В (fnBpAfnBpB) обнаружены чаще у изолятов, выделенных из носовой полости (92,3 %), при этом все 100 % Saureus содержали гены хлопьеобразующих факторов (clfAclfB). В то же время, у изолятов, выделенных из легких обезьян, погибших от пневмонии, чаще детектированы гены clfA и clfB (94,2 %), чем fnBpA и fnBpB (70 и 75,7 %, соответственно). Ген лейкоцидина Пантон-Валентайна (pvl) обнаружен практически с одинаковой частотой у Saureus, изолированных как из легких, так и из носа у обезьян (47,6 и 50 %, соответственно). Как известно, данный ген является маркером повышенной патогенности штаммов золотистого стафилококка, поэтому играет важную роль в развитии инфекционного процесса [3]. Обнаружение pvl у 47,6 % изолятов Saureusвыделенных при пневмониях, еще раз подтверждает сообщение об ассоциации данного лейкоцидина с развитием пневмонии стафилококковой природы.

Agr-типирование показало, что наиболее распространенной была IV группа agr-комплекса (рис. 1), более половины исследованных Saureus относилось к этой группе (55,8 %). Agr III группы обнаружена в 2,9 % только у изолятов, выделенных из легких обезьян при пневмонии. Почти в 2,5 раза чаще у Saureus, выявленных в носовой полости обезьян, обнаружена группа agr II (11,5 %). В ходе исследования у 5 изолятов, выделенных из легких (4,9 %), не получилось идентифицировать группу регуляторного гена (рис. 1).

Анализ комбинации генов, кодирующих гемолизины и адгезины у изученных Saureus, показал, что они встречались по два, четыре и шесть генов (табл. 4).

 

4.      Частота выявления комбинаций генов патогенности у изолятов Saureus, выделенных у обезьян

Detection frequency of combination of pathogenicity genes of S. aureus isolated in monkeys

Комбинации генов патогенности

Назальные образцы, n/%

Образцы из легких, n/%

Всего, n/%

hla-hlb

18/69,2

69/66,9

87/67,5

fnBpA-fnBpB

22/84,6

63/61,2

85/65,9

clfA-clfB

25/96,2

88/85,4

113/87,6

hla-hlb-fnBpA-fnBpB

0

1/0,9

1/0,8

hla-hlb-clfA-clfB

4/15,4

21/20,4

25/19,4

fnBpA-fnBpB-clfA-clfB

6/23,1

13/12,6

18/13,9

hla-hlb-fnBpA-fnBpB-clfA-clfB

14/53,9

48/46,6

62/48,1

pvl-hla-hlbfnBpA-fnBpB-clfA-clfB

9/34,6

23/22,3

32/24,8

pvl-hlbfnBpA-fnBpB-clfA-clfB

2/7,7

3/2,9

5/3,9

pvl-hla-hlbfnBpAclfA-clfB

1/3,9

2/1,9

3/2,3

pvl-hla-hlbfnBpB-clfA-clfB

1/3,9

6/5,8

7/5,4

pvl-hlafnBpA-fnBpB-clfA-clfB

-

4/3,9

4/3,9

 

Как видно из таблицы, наиболее часто отмечено сочетание хлопьеобразующих факторов A и B (87,6 %). Одновременное присутствие фибриноген-связывающих белков A и B и хлопьеобразующих факторов A и B в геномах золотистых стафилококков, выделенных из носа почти в 2 раза выше, чем из легких (23,1 и 12,6 %, соответственно). Геновариант fnBpB-clfA-clfB был детектирован в 13 (10,1 %) случаях, у 10 (7,8 %) изолятов Saureus обнаружен вариант fnBpA-clfA-clfB. Присутствие одновременно генов двух гемолизинов (hlahlb) выявлено более чем у 60 % изученных Saureus (см. табл. 4). Комбинация двух генов гемолизинов и адгезинов (hla-hlb-fnBpA-fnBpB-clfA-clfB) отмечена почти у половины изолятов (48,1 %). Сочетание данных генов с геном лейкоцидина Пантон-Валентайна в геноме Saureus выявлено у 23 (22,3 %) изолятов, выделенных из легких, и у 9 (34,6 %) изолятов, выделенных из носа. Несмотря на то, что многие сочетания изученных генов представлены в единичных случаях, разнообразие этих комбинаций значительно выше в геноме Saureus, выделенных из легких.

 

Обсуждение и заключение

В нашей работе впервые представлены сведения о патогенном потенциале Saureus, выделенных из дыхательных путей (носовой полости и легких) обезьян различных видов, содержащихся в условиях неволи.

Гены факторов патогенности Saureus, такие как лейкоцидин Пантон-Валентайна, фибриноген-связывающих белков и хлопьеобразующих факторов, обнаружены с высокой частотой у изолятов Saureus, выделенных из дыхательных путей обезьян. Гены адгезинов и гемолизинов, играют одну из важных ролей в развитии инфекционного процесса, так как продукты их экспрессии также участвуют в образовании биопленки. Изученные гены патогенности могут присутствовать в геноме золотистого стафилококка в различных сочетаниях, но чаще выявляются геноварианты, включающие в себя одновременно комбинацию всех вышеупомянутых генов. Важное значение имеет детекция гена лейкоцидина Пантон-Валентайна, который является маркером тяжелого инфекционного процесса [3, 8]. В ходе исследования установлено, что данный ген содержится в геноме почти половины изолятов Saureus, выделенных из дыхательных путей обезьян. Большинство изученных изолятов принадлежало к IV группе регуляторного гена, на втором месте по распространенности стоит agr I, к тому же, у 4,9 % Saureus, обнаруженных в легких обезьян, погибших от пневмонии, не удалось идентифицировать группу agr-комплекса. Данные нашего исследования отличаются от данных по распространению аллелей комплекса agr у изолятов Saureus, выделенных от людей, где превалируют золотистые стафилококки, относящиеся к agr I [1].

Как показало настоящее исследование, нечеловекообразные приматы, также как и люди, являются естественными носителями Saureus. Следовательно, обезьяны могут служить естественной моделью для изучения назального носительства Saureus.

ПЦР может использоваться для подтверждения патогенности изолятов Saureus, выделенных из различного биоматериала животных, и служить критерием эпидемиологической оценки при изучении циркуляции золотистого стафилококка в стаде обезьян питомника.

 

Конфликт интересов

Автор статьи не имеет финансовых или личных отношений с другими лицами или организациями, которые могли бы повлиять на достоверность или содержание этой работы.

 

Список литературы

1. Гостев, В.В. Распространение генов комплекса Immune evasion cluster и других факторов вирулентности у Staphylococcus aureus / В.В. Гостев, А.Е. Гончаров, М.А. Грачёва, С.В. Сидоренко // Клин. микробиол. антимикроб. химиотер. - 2013. - № 15(14). - С. 270-278.

2. Калашникова, В.А. Пневмонии у обезьян, содержащихся в условиях неволи: частота гибели животных, сезонность заболевания и микробные ассоциации / В.А. Калашникова // Российский ветеринарный журнал. - 2018. - № 4. - С. 15-18.

3. Шаркова, В.А. Генетические маркеры патогенности и антибиотикорезистентоности штаммов S. epidermidis и S. aureus, изолированных из различных биотопов / В.А. Шаркова, Е.Ф. Лайман // Дальневосточный медицинский журнал. - 2013. - № 3. - С. 28-31.

4. Fan, J. Biogeography and Virulence of Staphylococcus aureus / J. Fan, M. Shu, G. Zhang, W. Zhou, Y. Jiang, Y. Zhu, G. Chen, Sh.J. Peacock, Ch. Wan, W. Pan, E.J. Feil // PLoS ONE. - 2009. - 4(7). - e6216. doi:10.1371/ journal.pone.0006216.

5. Gilot, P. Analysis of the Genetic Variability of Genes Encoding the RNA III-Activating Components Agr and TRAP in a Population of Staphylococcus aureus Strains Isolated from Cows with Mastitis / P. Gilot, G. Lina, T. Cochard, B. Poutrel // J. of Clin. Microbiol. - 2002. - No. 40(11). - pp. 4060-4067. doi:https://doi.org/10.1128/JCM.40.11.4060-4067.2002

6. Jenkins, A. Differential Expression and Roles of Staphylococcus aureus Virulence Determinants during Colonization and Disease / A. Jenkins, B. A. Diep, T.T. Mai, N.H. Vo, P. Warrener, J. Suzich, C.K. Stover, B.R. Sellman // mBio. - 2015. - Vol. 6, Is.1. - e02272-14.

7. Lozano, C. Staphylococcus aureus in Animals and Food: Methicillin Resistance, Prevalence and Population Structure. A Review in the African Continent / C. Lozano, H. Gharsa, K.B. Slama, M. Zarazaga, C. Torres // Microorganisms. - 2016. - No. 4 (12). - pp. 1-19 doihttps://doi.org/10.3390/microorganisms4010012.

8. Morgene, M.F. Staphylococcus aureus colonization and non-influenza respiratory viruses: Interactions and synergism mechanisms / M.F. Morgene, E. Botelho-Nevers, F. Grattard, S. Pillet, P. Berthelot, et al. // Virulence. - 2018. - Vol. 9. - No. 1. - pp. 1354-1363. https://doi.org/10.1080/21505594.2018.1504561.

9. Rodriguez, E.A. Differences in Epidemiological and Molecular Characteristics of Nasal Colonization with Staphylococcus aureus (MSSA-MRSA) in Children from a University Hospital and Day Care Centers / E.A. Rodriguez, M.M. Correa, S. Ospina, S.L. Atehortúa, J.N. Jiménez // PLoS ONE. - 2014. - No. 9(7). - e101417. doihttps://doi.org/10.1371/journal.pone.0101417.

10. Waryah, C.B. Diversity of Virulence Factors Associated with West Australian Methicillin-Sensitive Staphylococcus aureus Isolates of Human Origin / C.B. Waryah, J. Gogoi-Tiwari, K. Wells, K. Y. Eto, E. Masoumi // BioMed. Research International. - 2016. - Article ID 8651918. - 10 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2016/8651918.

Войти или Создать
* Забыли пароль?