Annals of the Russian academy of medical sciencesAnnals of the Russian academy of medical sciencesВестник Российской академии медицинских наук0869-60472414-3545"Paediatrician" Publishers LLC40710.15690/vramn.v69i7-8.1109MICROBIOLOGY: CURRENT ISSUESАКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МИКРОБИОЛОГИИMICROEVOLUTION OF CHOLERA AGENT IN THE MODERN PERIODМИКРОЭВОЛЮЦИЯ ВОЗБУДИТЕЛЯ ХОЛЕРЫ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОДSmirnovaN. I.СмирноваН. И.
Russian Federation

PhD, professor, Head of the Microbiology Department of the Russian Research Anti-Plague Institute «Microbe»

доктор биологических наук, профессор, заведующая отделом микробиологии Российского научно-исследовательского противочумного института «Микроб»

rusrapi@microbe.ruAgafonovD. A.АгафоновД. А.
Russian Federation

аспирант лаборатории патогенных вибрионов Российского научно-исследователь- ского противочумного института «Микроб» Адрес: 410005, Саратов, ул. Университетская, д. 46, тел: +7 (8452) 26-47-23,

rusrapi@microbe.ruKul'shan'T. A.КульшаньТ. А.
Russian Federation

кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории патогенных вибрионов Российского научно-исследовательского противочумного института «Микроб» Адрес: 410005, Саратов, ул. Университетская, д. 46, тел: +7 (8452) 26-47-23

rusrapi@microbe.ruKrasnovYa. M.КрасновЯ. М.
Russian Federation

кандидат химических наук, заведующий лабораторией геномного и протеомного анализа Российского научно-исследовательского противочумного института «Микроб» Адрес: 410005, Саратов, ул. Университетская, д. 46, тел: +7 (8452) 26-47-23

rusrapi@microbe.ruKutyrevV. V.КутыревВ. В.
Russian Federation

доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН, директор Российского научно-исследовательского противочумного института «Микроб» Адрес: 410005, Саратов, ул. Университетская, д. 46, тел: +7 (8452) 26-21-31

rusrapi@microbe.ruRussian Research Anti-Plague Institute «Microbe»Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», СаратовRussian Research Anti-Plague Institute «Microbe», Saratov, Russian FederationРоссийский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», Саратов, Российская Федерация02102014697-8Vestnik Rossiiskoi akademii medetsinskikh nauk / Annals of the Russian academy of medical sciencesВестник Российской академии медицинских наук465307082015Copyright ©; 1970, "Paediatrician" Publishers LLCCopyright ©; 1970, Издательство "Педиатръ"1970"Paediatrician" Publishers LLCИздательство "Педиатръ"https://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/about/submissionshttps://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/article/view/407

Aim: To carry out comparative molecular genetic analysis of highly pathogenic atypical Vibrio cholerae strains biovar El Tor, isolated in the territory of RF, in order to determine micro-evolutionary alterations of cholera agent in the modern period. Materials and methods: 38 clinical strains have been examined by means of polymerase chain reaction, sequencing and MLVA-analysis. The selected strains were isolated at different periods of time during cholera epidemic complications and differed between each other in virulence. Results: It is demonstrated that new variants have emerged in the course of short-term microevolution. Their genome structure and function differ from those of all previously known strains. The genome alterations have been caused by point mutations in ctxB и tcpA genes associated with virulence and located in CTXφ prophage and pathogenicity island VPI-1 respectively, as well as by the extended deletion in pandemicity island VSP-II. Presented is the dynamics of genome structure and function alterations in modern strains. Conclusion: The discovered genomic alterations in the new variants of the agent evolved in the process of microevolution are indicative of their epidemic potential enhancement and probability of virulence potentiation.

Цель исследования: провести сравнительный молекулярно-генетический анализ высокопатогенных атипичных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль-Тор, выделенных на территории Российской Федерации, для выявления микроэволюционных изменений возбудителя холеры в современный период. Материалы и методы: исследовали 38 клинических штаммов методами полимеразной цепной реакции, секвенирования и MLVA-анализа. Выбранные штаммы были выделены в разные временные периоды эпидемических осложнений по холере и различались между собой уровнем вирулентности. Рeзультаты: показано, что в ходе непродолжительной микроэволюции возникли новые варианты, структура и функция генома которых отличается от всех известных ранее штаммов. Изменения генома были обусловлены точковыми мутациями в генах ctxB и tcpA, связанных с вирулентностью и входящих в состав профага CTXφ и острова патогенности VPI-1, соответственно, а также протяженной делецией острова пандемичности VSP-II. Представлена динамика изменений структуры и функции генома современных штаммов. Выводы: установленные геномные изменения у новых вариантов возбудителя, возникшие в процессе микроэволюции, указывают на возможность усиления их вирулентности и повышение эпидемического потенциала.

cholera agentatypical strainsgenomemicroevolutionвозбудитель холерыатипичные штаммыгеноммикроэволюция1. Chun J., Grim C.J., Hasan N.A., Lee J.H., Choi S.Y., Haley B.J., Taviani E., Jeon Y.S., Kim D.W., Lee J-H., Brettin T.S., Bruce D.C., Challacombe J.F., Detter J.C., Han C.S., Munk A.A., Chertkov O., Meincke I., Saunders E., Walters R.A., Hug A., Nair G.B., Colwell R.R. Comparative genomics reveals mechanism for short-term and long-term clonal transitions in pandemic Vibrio cholerae. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106 (36): 15442–15447.2. Ali M., Lopez A. L., You Y.A., Kim Y. E., Sah B., Maskery B., Clemens J. The global burden of cholera. Bull World Health Organ. 2012; 90 (3): 209–218.3. Baneerjee R., Das B., Nair G.B., Basak S. Dynamics in genome evolution of Vibrio cholerae. Inf. Genet. Evolution. 2014; 1–10.4. Смирнова Н.И., Горяев А.А., Кутырев В.В. Эволюция генома возбудителя холеры в современный период. Мол. генет., микробиол. и вирусол. 2010; 4: 11–19.5. Gill D.M., Meren R. ADP-ribosylation of membrane proteins catalyzed by cholera toxin: basis of the activation of adenylate cyclase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1978; 75: 3050–3054.6. Son M.S., Megli C.J., Kovacikova G. Qadri F., Taylor R.K. Characterization of Vibrio cholerae O1 El Tor biotype variant clinical isolates from Bangladesh and Haiti, including a molecular genetic analysis of virulence genes. J. Clin. Microbiol. 2011; 49 (11): 3739–3749.7. Safa A., Nair G. B., Kong R. Y.C. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends Micribiol. 2010; 18 (1): 46–54.8. Taviani E., Grim C.J., Choi J., Chun J., Haley B, Hasan N.A., Huq A., Colwell R.R. Discovery of novel Vibrio cholerae VSP-II genomic islands using comparative genomic analysis. FEMS Microbiol. Lett. 2010; 308: 130–137.9. Reimer A.R., Van Domselaar G., Stroika S., Walker M., Kent H., Tarr C., Talkington D., Rowe L., Olsen-Rasmussen M., Frace M., Sammons S., Dahourou G. A., Boncy J., Smith A. M., Mabon P., Petkau A., Graham M., Gilmour M.W., Gerner-Smidt P. Comparative genomics of Vibrio cholerae from Haiti, Asia, and Africa. Emerg. Infect. Dis. 2011; 17 (11): 2113–2121.10. Смирнова Н.И., Заднова С.П., Шашкова А.В., Кутырев В.В. Вариабельность генома измененных вариантов Vibrio cholerae биовара Эль-Тор, изолированных на территории России в современный период. Мол. генет., микробиол. и вирусол. 2011; 4: 11–18.11. Sanger F., Nicklen S., Coulson A. R. DNA sequencing with chainterminating inhibitors. Nature. 1977; 74 (12): 5463–5467.12. Danin-Poleg Y., Cohen L.A., Gancz H., Broza Y.Y., Goldshmidt H., Malul E., Valinsky L., Lerner L., Broza M., Kashi Y. Vibrio cholerae strain typing and phylogeny study based on simple sequence repeats. J. Clin. Microbiol. 2007; 45 (3): 736–746.13. Dziejman M., Balon E., Boyd D., Fraser C. M., Heidelberg J. F, Mekalanos J.J. Comparative genomic analysis of Vibrio cholerae: genes that correlate with cholera endemic and pandemic disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99 (3): 1556–1561.14. Heidelberg J.F., Eisen J.A., Nelson W.C., Clayton R.A., Gwinn M.L., Dodson R.J., Haft D.H, Hickey E.K., Peterson J.D., Umayam L., Gill S.R., Nelson K.E., Read T.D., Tettelin H., Richardson D., Ermolaeva M.D., Vamathevan J., Bass S., H. Qin, Dragoi I., Sellers P., McDonald L., Utterback T., Fleishmann R.D., Nierman W.C., White O., Salzberg S.L., Smith H.O., Colwell R.R., Mekalanos J.J., Venter J.C., C.M. Fraser. DNA sequence of both chromosomes of the cholera pathogen Vibrio cholerae. Nature. 2000; 406: 477–483.15. Morita M., Ohnishi M., Arakawa E., Bhuiyan N.A., Nusrin S., Alam M., Siddique A.K., Qadri F., Izumia H., Nair G.B., Watanabe H. Development and validation of a mismatch amplification mutation PCR assay to monitor the dissemination of an emerging variant of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor. Microbiol. Immunol. 2008; 52 (6): 314–317.16. Choi S. Y., J. H. Lee, Jeon Y. S. et al. Multilocus variable-number tandem repeat analysis of Vibrio cholerae O1 El Tor strains harbouring classical toxin B. J. Med. Microbiol, 2010; 59 (3): 763–769.