MOLECULAR-GENETIC CHARACTERIZATION OF SHIGA-TOXIN PRODUCING ESCHERICHIA COLI ISOLATED DURING A FOOD-BORNE OUTBREAK IN ST. PETERSBURG IN 2013

Cover Page

Abstract

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) food-borne infections are reported worldwide and represent a serious problem for public healthcare. In the Russian Federation there is little information on epidemiology and etiology of STEC-infections as well as on molecular-genetic peculiarities of STEC pathogens. Objective: Our aim was to describe a food-borne outbreak as hemorrhagic colitis (HC) along with hemolytic uremic syndrome (HUS), enterocolitis, and acute gastroenteritis in children in St.-Petersburg in 2013. Methods: Epidemiological, microbiological, molecular-genetic and bioinformatiс methods were applied. Results: Objects to study were clinical specimens, milk and food samples, as well as STEC strains isolated during the outbreak. The outbreak of food-borne infection was found to be caused by STEC-contaminated raw milk as confirmed by epidemiological analysis, detection of STEC DNA and isolation of relevant pathogens in milk and sick children fecal specimens. The whole-genome sequencing revealed two groups of pathogens, E. coli O157:H7 and E. coli О101:H33 among collected strains. Group I strains were attributed to the previously known sequence type ST24, while group II strains belonged to the previously non-described sequence type ST145. In strain genomes of both groups there were identified nucleotide sequences of VT2-like prophage carrying stx2с gene, plasmid enterohemolysin gene, and gene of the STEC main adhesion factor intimin. Gene of intimin gamma was identified in E. coli O157:H7 strains and intimin iota 2 in E. coli O101:H33 strains. The latter previously was identified only in enteropathogenic E. coli (EPEC) strains.Conclusion: The additional knowledge of epidemiology and biology of STEC pathogens would assist clinicians and epidemiologists in diagnosing, treating and preventing hemorrhagic colitis.

 

About the authors

G. G. Onishchenko

Government of the Russian Federation, Moscow

Author for correspondence.
Email: onishchenko_gg@aprf.gov.ru

доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, помощник Председателя Правительства Российской Федерации
Адрес: 103274, Москва, Краснопресненская наб., д. 2, стр. 2, тел.: +7 (495) 985-54-86

Russian Federation

I. A. Dyatlov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: dyatlov@obolensk.org

доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: + 7 (4967) 36-00-03

Russian Federation

E. A. Svetoch

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: svetoch@obolensk.org

доктор ветеринарных наук, профессор, заведующий отделом молекулярной микробио-логии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

N. V. Volozhantsev

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: nikvol@obolensk.org

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной диагностики и генно-инженерных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-01-47

Russian Federation

V. A. Bannov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: bannov@online.stack.net

старший научный сотрудник лаборатории молекулярной диагностики и генно-инже-нерных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

N. N. Kartsev

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: karcev.nikoay@mail.ru

научный сотрудник лаборатории антимикробных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: + 7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

V. N. Borzenkov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: vbn5314@mail.ru

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории анти-микробных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

N. K. Fursova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: fursova@obolensk.org

кандидат биологических наук, заведующая лабораторией антимикробных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

I. G. Shemyakin

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: shemyakin@obolensk.org

доктор биологических наук, профессор, заместитель директора по научной работе ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-60

Russian Federation

A. G. Bogun

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: bogun@obolensk.org

кандидат биологических наук, заведующий отделом коллекционных культур ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-00

Russian Federation

A. A. Kislichkina

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: angelinakislichkina@yandex.ru
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела коллекционных культур ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-00 Russian Federation

A. V. Popova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: popova_nastya86@mail.ru

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной диагностики и генно-инженерных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-01-47

Russian Federation

V. P. Myakinina

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: verpalmak@mail.ru

научный сотрудник лаборатории молекулярной диагностики и генно-инженерных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии
Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-01-47

Russian Federation

M. G. Teimurazov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: marat_teimurazov@mail.ru

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории анти-микробных препаратов отдела молекулярной микробиологии ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-79

Russian Federation

O. V. Polosenko

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, Russian Federation

Email: polosenko.olga@yandex.ru
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических и микробиологических методов анализа ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии Адрес: 142279, Московская обл., Серпуховский р-н, п. Оболенск, тел.: +7 (4967) 36-00-20 Russian Federation

L. A. Kaftyreva

Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology, St. Petersburg, Russian Federation

Email: pasteur@lk14290.spb.edu
доктор медицинских наук, заведующая лабораторией кишечных инфекций НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Адрес: 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д. 14, тел.: +7 (812) 313-69-88 Russian Federation

M. A. Makarova

Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology, St. Petersburg, Russian Federation

Email: makmaria@mail.ru
кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории кишечных инфекций НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Адрес: 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д. 14, тел.: +7 (812) 313-69-88 Russian Federation

Z. N. Matveeva

Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology, St. Petersburg, Russian Federation

Email: pasteur@lk14290.spb.edu
кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории кишечных инфекций НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Адрес: 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д. 14, тел.: +7 (812) 313-69-88 Russian Federation

T. A. Grechaninova

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: tatyana_grechani@mail.ru

врач-бактериолог, заместитель главного врача Центра гигиены и эпидемио- логии в городе Санкт-Петербурге по организации лабораторного дела Адрес: 191023, Санкт-Петербург, ул. Малая Садовая, д. 1, тел.: +7 (812) 570-60-78

Russian Federation

N. S. Grogor'eva

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: fguz_labback_spb@mail.ru
врач-бактериолог, заведующая бактериологической лабораторией Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге Адрес: 192102, Санкт-Петербург, Волковский проспект, д. 77, тел.: +7 (812) 490-57-76 Russian Federation

E. V. Kicha

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: fguz_labback_spb@mail.ru
врач-бактериолог бактериологической лаборатории Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге Адрес: 192102, Санкт-Петербург, Волковский проспект, д. 77, тел.: +7 (812) 405-75-14 Russian Federation

G. V. Zabalueva

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: fguzlaboovir_spb@mail.ru

врач-бактериолог, заведующая лабораторией особо опасных и вирусологических исследований Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге Адрес: 198099, Санкт-Петербург, ул. Оборонная, д. 35, лит. А, тел.: +7 (812) 786-87-00

Russian Federation

T. B. Kutasova

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: epid@78cge.ru

врач-эпидемиолог, заведующая отделом эпидемиологии инфекционных и особо опасных заболеваний Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге Адрес: 191023, Санкт-Петербург, ул. Малая Садовая, д. 1, тел.: +7 (812) 570-60-87

Russian Federation

Yu. N. Korzhaev

St. Petersburg Centre for Hygiene and Epidemiology, Russian Federation

Email: centr@78cge.ru

главный врач Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге Адрес: 191023, Санкт-Петербург, ул. Малая Садовая, д. 1, тел.: +7 (812) 570-38-11

Russian Federation

N. S. Bashketova

St. Petersburg Rospotrebnadzor Department, Russian Federation

Email: uprav@78rospotrebnadzor.ru
заместитель руководителя Управления Роспотребнадзора по городу Санкт- Петербургу Адрес: 191025, Санкт-Петербург, ул. Стремянная, д. 19, тел.: +7 (812) 764-54-38 Russian Federation

O. N. Bushmanova

St. Petersburg Rospotrebnadzor Department, Russian Federation

Email: uprav@78rospotrebnadzor.ru

главный специалист-эксперт Управления Роспотребнадзора по городу Санкт- Петербургу Адрес: 191025, Санкт-Петербург, ул. Стремянная, д. 19, тел.: +7 (812) 764-55-87

Russian Federation

A. V. Stalevskaya

St. Petersburg Rospotrebnadzor Department, Russian Federation

Email: uprav@78rospotrebnadzor.ru
кандидат медицинских наук, заместитель руководителя Управления Роспотребнад- зора по городу Санкт-Петербургу Адрес: 191025, Санкт-Петербург, ул. Стремянная, д. 19, тел.: +7 (812) 764-58-77 Russian Federation

I. G. Chkhindzheriya

St. Petersburg Rospotrebnadzor Department, Russian Federation

Email: uprav@78rospotrebnadzor.ru
начальник отдела эпидемиологического надзора Управления Роспотребнадзора по городу Санкт-Петербургу Адрес: 191025, Санкт-Петербург, ул. Стремянная, д. 19, тел.: +7 (812) 575-81-04 Russian Federation

A. B. Zhebrun

Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology, St. Petersburg, Russian Federation

Email: pasteurdnt@yandex.ru
доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера Адрес: 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д. 14, тел.: +7 (812) 313-69-88 Russian Federation

References

  1. Svetoch E.A., Stepanshin Yu.G., Manzenyuk I.N., Stepanov A.V., Khramov M.V., Rudnitskii S.Yu., Borzenkov V.N., Eruslanov B.V., Shobukhova T.S., Lobkovskii A.G., Bezobrazova S.V., Popova T.A. Sensitivity of Escherichia coli O157: H7, the causative agent of hemorrhagic colitis, antimicrobial. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and chemotherapy. 1998; 43 (11): 16–20.
  2. Kaftyreva L.A., Makarova M.A., Konovalova T.A., Matveeva Z.N. Characteristics of enterohaemorrhagic Escherichia coli O145: H28 isolated from patients with hemolytic-uremic syndrome. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunologii = Journal of microbiology, epidemiology and immunology. 2013; 5: 100 104.
  3. Padhye N.V., Doyle M.P. Escherichia coli O157:H7 epidemiology, pathogenesis and methods for detection in food. J. Food Protect. 1992; 55: 555–565.
  4. Garg A.X., Suri R.S., Barrowman N., Rehman F., Matsell D., Rosas-Arellano M.P., Salvadori M., Haynes R.B., Clark W.F. Long-term renal prognosis of diarrhea-associated hemolytic uremic syndrome: a systematic review, meta-analysis, and meta-regression. JAMA. 2003; 290 (10): 1360–1370.
  5. Karch H., Tarr P.I., Bielaszewska M. Enterohaemorrhagic Escherichia coli in human medicine. Int. J. Med. Microbiol. 2005; 295 (6–7): 405–418.
  6. Soon J.M., Seaman P., Baines R.N. Escherichia coli O104:H4 outbreak from sprouted seeds. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 216 (3): 346–354.
  7. Brooks J.T., Sowers E.G., Wells J.G., Greene K.D., Griffin P.M., Hoekstra R.M., Strockbine N.A. Non-O157 Shiga toxin-producing Escherichia coli infections in the United States, 1983–2002. J. Infect. Dis. 2005; 192 (8): 1422–1429.
  8. Manning S.D., Motiwala A.S., Springman A.C. Variation in virulence among clades of Escherichia coli O157:H7 associated with disease outbreaks. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2008; 105: 4868–4873.
  9. Tilden J., Jr., Young W., McNamara A.M., Custer C., Boesel B., Lambert-Fair M.A., Majkowski J., Vugia D., Werner S.B., Hollingsworth J., Morris J.G., Jr. A new route of transmission for Escherichia coli: infection from dry fermented salami. Am. J. Public. Health. 1996; 86 (8): 1142–1145.
  10. Machado J., Grimont F., Grimont P.A. Identification of Escherichia coli flagellar types by restriction of the amplified fliC gene. Res Microbiol. 2000; 151 (7): 535–546.
  11. Verevkin V.V., Volozhantsev N.V., Stepanshin Yu.G., Svetoch E.A, Myakinina V.P. Shtamm bakteriofaga Escherichia coli V32 dlya identifikatsii bakterii Escherichia coli serogruppy O157. Patent RU № 2425877. Zayavka: 2010106806/10, 26.02.2010, opubl. 10.08.2011. Byull. № 22 [Bacteriophage strain Escherichia coli V32 for identifying bacteria Escherichia coli O157 serogroup. Patent RU № 2425877. Application: 2010106806/10, 26.02.2010, publ. 10.08.2011. Bull. Number 22].
  12. Friedrich A.W., Bielaszewska M., Zhang W.L., Pulz M., Kuczius T., Ammon A., Karch H. Escherichia coli harboring Shiga toxin 2 gene variants: frequency and association with clinical symptoms. J. Infect. Dis. 2002; 185 (1): 74–84.
  13. Zhang W.L., Kohler B., Oswald E., Beutin L., Karch H., Morabito S., Caprioli A., Suerbaum S., Schmidt H. Genetic diversity of intimin genes of attaching and effacing Escherichia coli strains. J. Clin. Microbiol. 2002; 40: 4486–4492.
  14. Ramachandran V., Brett K., Hornitzky M.A., Dowton M., Bet-telheim K.A., Walker M.J., Djordjevic S.P. Distribution of intimin subtypes among Escherichia coli isolates from ruminant and human sources. J. Clin. Microbiol. 2003; 41: 5022–5032.
  15. Cookson A.L., Cao M., Bennett J., Nicol C., Thomson-Carter F., Attwood G.T. Relationship between virulence gene profiles of atypical enteropathogenic Escherichia coli and Shiga toxin-producing E. coli isolates from cattle and sheep in New Zealand. Appl. Environ. Microbiol. 2010; 76 (11): 3744–3747.
  16. Centers for Disease Control and Prevention. 2002–2003 Foodnet population survey. URL: http://www.cdc.gov/foodnet/surveys/ pop/2002/2002Atlas.pdf Accessed 15 December 2009.
  17. Perelle S., Dilasser F., Grout J., Fach P. Screening food raw materials for the presence of the world’s most frequent clinical cases of Shiga toxin-encoding Escherichia coli O26, O103, O111, O145 and O157. Int. J. Food Microbiol. 2007; 113 (3): 284–288.
  18. Nyholm O., Heinikainen S., Pelkonen S., Hallanvuo S., Haukka K., Siitonen A. Hybrids of Shigatoxigenic and Enterotoxigenic Escherichia coli (STEC/ETEC) Among Human and Animal Isolates in Finland. Zoonoses Public Health. 2015. doi: 10.1111/zph.12177 [Epub ahead of print].
  19. Weisbecker A. A legal history of raw milk in the United States. J. Environ. Health. 2007; 69 (8): 62–63.

Statistics

Views

Abstract: 1261

PDF (Russian): 1989

Article Metrics

Metrics Loading ...

Dimensions

PlumX


Copyright (c) 2015 Russian academy of sciences



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies