Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ГЕНОТИПИРОВАНИЕ УРАЛЬСКИХ ИЗОЛЯТОВ MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS

Скорняков С.Н. 2 Умпелева Т.В. 2 Вязовая А.А. 1 Кравченко М.А. 2 Еремеева Н.И. 2 Нарвская О.В. 1
1 ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
2 Уральский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии Министерства здравоохранения России
В работе предложена схема генотипирования возбудителя туберкулеза в Уральском ФО РФ, согласно которой на первом этапе, с использованием ПЦР в режиме реального времени, осуществляется дифференциация изолятов M. tuberculosis на группы Beijing/non-Beijing. Последующее MIRU-VNTR-типирование изолятов генотипа Beijing проводится c использованием 9 локусов (MIRU26, QUB26, Mtub21, Qub11b, MIRU31, MIRU40 VNTR4120, VNTR3820, VNTR3232), изолятов других генотипов (non-Beijing) – 15 локусов (Mtub04, ETRC, MIRU04, MIRU40, MIRU10, MIRU16, Mtub21, QUB11b, ETRA, Mtub30, MIRU26, MIRU31, Mtub39, QUB26, QUB4156) и/или сполиготипирования. Предложенная схема позволяет эффективно и с наименьшими затратами определять принадлежность микобактерий туберкулеза к наиболее эпидемиологически значимым генетическим группам в целях мониторинга их распространения на территории Уральского региона.
Mycobacterium tuberculosis
генотипирование
MIRU-VNTR
сполиготипирование
Beijing
non-Beijing
1. Database «MIRU-VNTRplus» (http://www.miru-vntrplus.org).
2. Database SITVITWEB http://www.pasteur-guadeloupe.fr:8081/SITVIT_ONLINE.
3. Database http://www.hpa-bioinformatics.org.uk/cgi-bin/DICI/DICI.pl.
4. van Embden JD. Strain identification of Mycobacterium tuberculosis by DNA fingerprinting: recommendations for a standardized methodology / J.D. van Embden, M.D. Cave, J.T. Crawford [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 1993. – № 31. – Р. 406–409.
5. Supply P. Proposal for Standardization of Optimized Mycobacterial Interspersed Repetitive Unit-Variable-Number Tandem Repeat Typing of Mycobacterium tuberculosis / P. Supply, C. Allix, S. Lesjean [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2006. – № 44. – Р. 4498–4510.
6. Kamerbeek, J. Simultaneous detection and strain differentiation of Mycobacterium tuberculosis for diagnosis and epidemiology / J. Kamerbeek, L. Schouls, A. Kolk [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 1997. – № 35. – Р. 907–914.
7. Kremer K. Comparison of methods based on different molecular epidemiological markers for typing of Mycobacterium tuberculosis complex strains: interlaboratory study of discriminatory power and reproducibility / K. Kremer, D. van Soolingen, R. Frothingham [et al.] //J. Clin. Microbiol. – 1999. – Vol. 37. – № 8. – Р. 2607–2618.
8. Cowan L.S. Evaluation of a two-step approach for large-scale, prospective genotyping of Mycobacterium tuberculosis isolates in the United States / L.S. Cowan, L. Diem, T. Monson [et al.] // Clin. Microbiol. – 2005. – Vol. 43. – P. 688–695. Mokrousov I., Narvskaya O., Vyazovaya A., Millet J., Otten T., Vishnevsky B., Rastogi N. Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype in Russia: in search of informative VNTR loci // J. Clin. Microbiol. – 2008. – Р. 3576–3584.
9. Mokrousov I. Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype in Russia: in search of informative VNTR loci / I. Mokrousov, O. Narvskaya, A. Vyazovaya [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2008. – № 46. – P. 3576–3584.
10. Iwamoto, T. Hypervariable loci that enhance the discriminatory ability of newly proposed 15-loci and 24-loci variable-number tandem repeat typing method on Mycobacterium tuberculosis strains predominated by the Beijing family / T. Iwamoto, S. Yoshida, K. Suzuki [et al.] // FEMS Microbiol. Lett. – 2007. – Vol. 272. – P. 282–283.

Микробиологический мониторинг возбудителя туберкулеза в современных условиях основан на анализе специфических нуклеотидных последовательностей хромосомной ДНК M. tuberculosis с использованием методов, основанных на ПЦР – MIRU-VNTR-типировании и сполиготипировании, также IS6110-RFLP и других методов исследования геномного полиморфизма микобактерий [4–7]. Соотношение отдельных генотипов в популяциях M. tuberculosis может существенно различаться в разных странах и географических регионах мира, что следует учитывать при разработке стратегий генотипирования микроорганизма [7–10].

Цель данной работы – изучить региональные особенности генетической структуры популяции M. tuberculosis с помощью стандартизованных молекулярно-генетических методов и разработать схему генотипирования возбудителя туберкулеза в Уральском федеральном округе РФ.

Материалы и методы исследования

178 культур M. tuberculosis и 90 образцов ДНК, выделенных из клинического материала, были получены от вновь выявленных эпидемиологически не связанных больных туберкулезом в 2009–2012 гг. в лабораториях ГБУЗ СО «ПТД», г. Екатеринбург, и ФГБУ «УНИИФ» Минздрава России.

Культивирование M. tuberculosis осуществляли общепринятым методом на среде Левенштейна – Йенсена. Колонии M. tuberculosis суспендировали в растворе, содержащем 9 % NaCl и 20 % глицерина. Часть суспензии сохраняли в пробирках для последующего IS6110-RFLP-типирования, другие инкубировали при 95 °С – 30 мин для лизирования клеток, затем осаждали при 3000 g, 1 мин. Супернатант использовали в качестве препарата ДНК для постановки ПЦР.

Для дифференциации изолятов на группы Beijing и non-Beijing использовали ПЦР-тест-систему «Амплитуб-Beijing», ООО «Синтол», г. Москва. ПЦР выполняли в режиме реального времени на приборе iCiclerQ5 (BioRad, США).

Генотипирование изолятов M. tuberculosis проводили методом MIRU-VNTR, используя 15 локусов [5] и дополнительно три гипервариабельных локуса [10] для изолятов генотипа Beijing, сгруппированных в кластеры. Для постановки ПЦР использовали реактивы ООО «Интерлабсервис», г. Москва, и праймеры [2, 7] ООО «Синтол», г. Москва. ПЦР осуществляли в термоциклере «Терцик», ООО «ДНК технология». Продукты ПЦР подвергали электрофорезу в 2 % агарозном геле, окрашенном бромистым этидием, результаты визуализировали с помощью системы документации гелей «GelDoc», BioRad, США.

Сполиготипирование [6] и IS6110-RFLP-типирование [4] проводили на базе лаборатории молекулярной микробиологии ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, г. Санкт-Петербург. Принадлежность к генетической группе/линии (lineage, clade) определяли путем сравнения полученных профилей изолятов с имеющимися в компьютерных базах данных: «MIRU-VNTRplus» [1], в международной базе данных SITVITWEB [2] и ее обновленной версии SITVIT2. Профили IS6110-RFLP сравнивали с представленными в базе данных ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, г. Санкт-Петербург. Для количественной оценки вариабельности генетических локусов и дискриминирующей способности схем генотипирования рассчитывали индекс разнообразия Хантера - Гастона (HGDI) согласно [3].

Результаты исследования и их обсуждение

С помощью ПЦР в режиме реального времени определена принадлежность 178 изолятов M. tuberculosis и 75 образцов клинического материала, содержащих ДНК M. tuberculosis, к генетическим группам Beijing и non-Beijing.

Анализ результатов MIRU-VNTR-типирования (15 локусов) 178 изолятов M. tuberculosis выявил 107 типов (MIT) MIRU-VNTR-профилей.

В пределах генетической группы non-Beijing (n = 80) было выделено 64 MIRU-VNTR-профиля, которые представляли пять генетических групп: LAM (28,8 %), URAL (26,3 %), Haarlem (17,5 %), Tur, S и одну неклассифицированную группу (Unknown). Двадцать восемь изолятов (35 %) были сгруппированы в 12 кластеров, содержавших по 2–4 изолята в каждом. Анализ структуры DR-области хромосомы всех изолятов non-Beijing методом сполиготипирования позволил выделить 43 сполиготипа (SIT) 15 генетических семейств: наиболее многочисленное – Н3 (25 %) включало изоляты MIRU-VNTR группы URAL. Значения HGDI для MIRU-VNTR-типирования и сполиготипирования были достаточно высокими и составили 0,994 и 0,970 соответственно.

MIRU-VNTR-типирование (15 локусов) выявило неоднородность изолятов группы Beijing (n = 98), причем 65 (66,3 %) из них входили в состав 10 кластеров. Самый многочисленный из кластеров включал 32 (32,7 %) изолята (рис. 1). Данные генотипирования по трем дополнительным гипервариабельным локусам [10] были получены для 53 из 65 изолятов, что позволило разбить 7 из 10 MIRU-VNTR-кластеров Beijing.

pic_58.wmf

Рис. 1. Минимальное охватывающее древо (Minimum spanning tree) профилей MIRU-VNTR (15 локусов) клинических изолятов M. tuberculosis Beijing вновь выявленных больных туберкулезом

Размеры узлов пропорциональны числу изолятов в составе MIRU-VNTR-кластера. Числовой профиль (число повторов в каждом из 15 локусов – Mtub04, ETRC, MIRU04, MIRU40, MIRU10, MIRU16, Mtub21, QUB11b, ETRA, Mtub30, MIRU26, MIRU31, Mtub39, QUB26, QUB4156) показан в 1-й строке у каждого узла; ниже построчно приведены числовые профили для трех гипервариабельных локусов (VNTR4120, VNTR3820, VNTR3232) и профили IS6110-RFLP, обозначены жирным шрифтом. Цифры в скобках обозначают число изолятов, превышающее 1.

Самые большие значения HGDI (0,651 и 0,603) имели локусы MIRU26 и QUB26 соответственно. Локусы MIRU31, Mtub21, QUB11b, MIRU40 имели невысокую степень полиморфизма, значения HGDI: 0,243, 0,190, 0,173 и 0,155 соответственно. Для остальных локусов HGDI не превышал 0,100. Таким образом, был определен минимальный набор из 6 (MIRU26 QUB26 MIRU31, Mtub21, QUB11b, MIRU40) дискриминирующих локусов MIRU-VNTR для генотипирования изолятов Beijing (HGDI = 0,875). Использование данного набора, включавшего 6 из 15 «классических» локусов [5], несколько снижало и без того относительно невысокий уровень дискриминации изолятов (HGDI = 0,885). Напротив, включение трех дополнительных локусов [10] позволило существенно увеличить дискриминирующую способность 6-локусной схемы типирования (HGDI = 0,939).

Рекомендуемая нами схема MIRU-VNTR-типирования представлена на рис. 2.

pic_59.wmf

Рис. 2. Схема генотипирования изолятов M. tuberculosis

Данные IS6110-RFLP-типирования, полученные для 45 изолятов, еще больше повысили степень дифференциации в пределах MIRU-VNTR-кластеров (рис. 1). У изолятов M. tuberculosis Beijing выявлено 17 близкородственных (коэффициент сходства 83 %) типов IS6110-RFLP-профилей, которые различались как по количеству (15–19), так и по молекулярной массе фрагментов рестрикции хромосомной ДНК, содержащих участок последовательности инсерционного элемента IS6110. Пятнадцать (88 %) из 17 вариантов профилей рестрикции IS6110 были индивидуальны (т.е. обнаружены у одного изолята), остальные представляли два крупных кластера: А0 и В0, включавших 5 и 25 изолятов с идентичными профилями рестрикции соответственно. IS6110-RFLP-типирование, повысившее эффективность дифференциации изолятов M. tuberculosis, не может быть рекомендовано для широкого применения, поскольку является дорогостоящим и трудоемким методом, доступным лишь специализированным лабораториям.

Таким образом, для практического применения можно предложить схему генотипирования уральских изолятов M. tuberculosis, включающую на первом этапе их дифференциацию на группы Beijing и non-Beijing, с использованием ПЦР в режиме реального времени. Последующее генотипирование изолятов non-Beijing рекомендуется проводить с использованием 15 MIRU-VNTR-локусов [5] и / или сполиготипированием. Минимальный набор из 6 локусов стандартной схемы (MIRU26, QUB26, Mtub21, Qub11b, MIRU31, MIRU40) и 3 дополнительных локуса (VNTR4120, VNTR3820, VNTR3232) следует использовать для генотипирования изолятов генотипа Beijing (рис. 2).

Рецензенты:

Мордовской Г.Г., д.м.н., заведующий отделом лабораторной диагностики, Свердловский областной противотуберкулезный диспансер, г. Екатеринбург;

Чугаев Ю.П., д.м.н., профессор кафедры фтизиатрии и пульмонологии, Уральский государственный медицинский университет, г. Екатеринбург.

Работа поступила в редакцию 15.09.2014.


Библиографическая ссылка

Скорняков С.Н., Умпелева Т.В., Вязовая А.А., Кравченко М.А., Еремеева Н.И., Нарвская О.В. ГЕНОТИПИРОВАНИЕ УРАЛЬСКИХ ИЗОЛЯТОВ MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-11. – С. 2485-2488;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35385 (дата обращения: 14.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074