Annals of the Russian academy of medical sciencesAnnals of the Russian academy of medical sciencesВестник Российской академии медицинских наук0869-60472414-3545"Paediatrician" Publishers LLC88910.15690/vramn889MICROBIOLOGY: CURRENT ISSUESАКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МИКРОБИОЛОГИИGENOMIC ANALYSIS OF FOOD-BORNE STAPHYLOCOCCUS AUREUSCC30 STRAINS IN THE RUSSIAN FEDERATIONГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ ШТАММОВ STAPHYLOCOCCUSAUREUS КЛОНАЛЬНОЙ ЛИНИИ 30 ― ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ПИЩЕВОЙ ИНФЕКЦИИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИhttps://orcid.org/0000-0003-2724-557XAbaevI. V.АбаевИгорь Валентинович
Russian Federation

Obolensk

Кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-01-47.

SPIN-код: 2519-8672

abaev@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0001-5748-995XSkryabinYu. P.СкрябинЮрий Павлович
Russian Federation

Obolensk

Научный сотрудник лаборатории.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 1170-6671sjurikp@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8389-2494KislichkinaA. A.КисличкинаАнгелина Александровна
Russian Federation

Obolensk

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 5889-4331angelinakislichkina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7068-3236KorobovaO. V.КоробоваОльга Васильевна
Russian Federation

Obolensk

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 8360-3567o.v.korobova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2324-502XMitsevichI. P.МицевичИрина Петровна
Russian Federation

Obolensk

Старший научный сотрудник лаборатории.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 4234-0288

mitzevich_i_p@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0001-5829-0512MukhinaT. N.МухинаТатьяна Николаевна
Russian Federation

Obolensk

Научный сотрудник отдела.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 6858-5052cecile98@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5454-2495BogunA. G.БогунАлександр Геннадьевич
Russian Federation

Obolensk

Кандидат биологических наук, заведующий отделом.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 8676-6644bogun62@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1078-4585DyatlovI. A.ДятловИван Алексеевич
Russian Federation

Obolensk

Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, директор.

142279, Московская область, Серпуховский район, поселок Оболенск, тел.: +7 (496) 736-00-03.

SPIN-код: 6567-8380dyatlov@obolensk.orgState Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology, Obolensk, RussiaГосударственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии111120177253463540109201725102017Copyright ©; 2017, "Paediatrician" Publishers LLCCopyright ©; 2017, Издательство "Педиатръ"2017"Paediatrician" Publishers LLCИздательство "Педиатръ"https://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/about/submissionshttps://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/article/view/889

Staphylococcus aureus clonal complex (СС) 30 are associated with hospital-acquired and community-associated invasive infections and may cause outbreaks of staphylococcal food-borne infections (SFI). In recent years, severe SFI outbreaks caused by S. aureus CC30 in cohorts not linked to high-risk groups have been detected in Russia.

Aim: The aim of the study is to conduct a comparative genomic analysis of S. aureus strains B-7778 and B-7779 isolated during widespread SFI outbreak at the International Youth Forum Seliger in 2014, and S. aureus strains B-7738 and B-7739 isolated during widespread SFI outbreak among construction personnel in Saint Petersburg in 2013.

Methods: Seliger-2014 S. aureus cultures were screened by PCR and sequence typing. S. aureus strains B-7778 and B-7779 were isolated from clinic material and from food handlers, respectively. Draft genome sequencing and phylogenetic analysis of S. aureus strains B-7778 and B-7779 were carried out. The production of enterotoxin A was determined by the enzyme immunoassay.

Results: S. aureus strain B-7778 isolated from 38 patients and S. aureus strain B-7779 isolated from two food handlers at the Forum Seliger-2014 have identical nucleotide sequences, belong to spa-type t122 and sequence-type 30, and carry a set of toxin genes being responsible for SFI manifestations. The core-genome SNP typing has shown that S. aureus B-7738/ B-7739 (St. Petersburg, 2013) and S. aureus B-7778/ B-7779 (Seliger, 2014) belong to different clusters of S. aureus СС30 clade 3. S. aureus B-7778/ B-7779 not closely related with major clusters of S. aureus СС30. The production of enterotoxin A, SFI etiological factor, by S. aureus strains B-7738, B-7739, B-7778, and B-7779 has been confirmed.

Conclusion: The genomic analysis of SFI-associated S. aureus strains isolated in Russia has been conducted for the first time. Two different genetic clones of S. aureus СС30 which are able to cause severe SFI outbreaks in cohorts not linked to high-risk groups have been identified and characterized. SNP typing of Seliger-2014 S. aureus genomes has revealed their genetic specificity among known strains of S. aureus CC30. Identified genome sequences of SFI-associated strains will be used for further studies S. aureus clones circulating through the food chain in Russia.

Штаммы Staphylococcusaureus клонального комплекса 30 (СС30) являются возбудителями нозокомиальных/внебольничных инвазивных инфекций и возбудителями стафилококковых пищевых токсикоинфекций (ПТИ). В последние годы в России выявлены массовые вспышки ПТИ, вызванные штаммами S. aureusCC30, с тяжелым течением инфекции у контингента, не ассоциированного с группами риска.

Цель исследования ― сравнительный геномный анализ штаммов S. aureusCC30, выделенных при массовых вспышках ПТИ в Российской Федерации: S. aureusB-7738/B-7739 (Санкт-Петербург, 2013) и S. aureusB-7778/B-7779 (молодежный форум «Селигер», 2014); определение их филогенетической связи с геномами S. aureusCC30, депонированными в GenBank.

Методы. Культуры S. aureus, выделенные при вспышке ПТИ на форуме «Селигер-2014», исследовали методами полимеразной цепной реакции и сиквенс-типирования. Штаммы S. aureusB-7778 и B-7779 изолировали от заболевших и от сотрудников пищеблока соответственно с последующим полногеномным секвенированием и филогенетическим анализом. Продукцию энтеротоксинов определяли с помощью иммуноферментного анализа.

Результаты. Штаммы S. aureusB-7778 и S. aureusB-7779 (Селигер-2014) идентичны по нуклеотидному составу, принадлежат к spa-типу t122 и сиквенс-типу 30, несут комплекс генов токсинов, ответственных за развитие пищевой токсикоинфекции. Выделение и идентификация штаммов S. aureusB-7738/B-7739 (СС30, ST30, spa-t2509) в Санкт-Петербурге в 2013 г. были описаны ранее. Геномы штаммов S. aureusB-7738/B-7739 и S. aureusB-7778/B-7779 сравнивали методом полногеномного SNP-типирования с 67 геномными последовательностями S. aureus СС30, представленными в GenBank. Показано, что штаммы S. aureusB-7738/B-7739 и S. aureusB-7778/B-7779 принадлежат к различным кластерам третьей «актуальной» клады СС30. Согласно SNP-анализу коровой части генома, штаммы S. aureusB-7738/B-7739 близки к типовому штамму S. aureusBtn1260, тогда как для штаммов S. aureusB-7778/B-7779 показана филогенетическая обособленность среди геномов третьей клады S. aureus СС30. Подтверждена продукция этиологического фактора ПТИ ― энтеротоксина А ― штаммами S. aureusB-7738/B-7739 и B-7778/B-7779.

Заключение. Проведен первый геномный анализ выделенных на территории Российской Федерации штаммов S. aureus ― возбудителей пищевой инфекции. Выявлены и охарактеризованы два различных генетических клона S. aureus СС30, способных вызывать массовые вспышки ПТИ с тяжелым течением инфекции у контингента, не ассоциированного с группами риска. Геномы штаммов S. aureusB-7778/B-7779 (Селигер-2014) при SNPтипировании демонстрируют генетическую специфичность среди штаммов S. aureus СС30, депонированных в GenBank. Полногеномные последовательности штаммов S. aureus будут использованы в дальнейшем для генетического анализа циркулирующих в России через пищевую цепь клонов золотистого стафилококка.Staphylococcus aureusFoodborne DiseasesGenome Phylogenetic AnalysisSingle Nucleotide PolymorphismStaphylococcusaureusпищевая токсикоинфекцияполногеномный филогенетический анализоднонуклеотидные полиморфизмыРоспотребнадзор, НИР 049 «Мониторинг и изучение свойств возбудителей пищевых и госпитальных инфекций, разработка средств их диагностики»1. Chambers HF, Deleo FR. Waves of resistance: Staphylococcus aureus in the antibiotic era. Nat Rev Microbiol. 2009;7(9):629–641. doi: 10.1038/nrmicro2200.2. Kadariya J, Smith TC, Thapaliya D. Staphylococcus aureusand staphylococcal food-borne disease: an ongoing challenge in public health. Biomed Res Int. 2014;2014:827965. doi: 10.1155/2014/827965.3. Balaban N, Rasooly A. Staphylococcal enterotoxins. Int J Food Microbiol. 2000;61(1):1–10. doi: 10.1016/S0168-1605(00)00377-9.4. Argudín MÁ, Mendoza MC, Rodicio MR. Food poisoning and Staphylococcus aureus enterotoxins. Toxins (Basel). 2010;2(7):1751–1773. doi: 10.3390/toxins2071751.5. Murray RJ. Recognition and management of Staphylococcus aureus toxin-mediated disease. Intern Med J. 2005;35 Suppl 2:S106–119. doi: 10.1111/j.1444-0903.2005.00984.x.6. The European Union summary report on trends and sources of zoonoses, zoonotic agents and food‐borne outbreaks in 2015. EFSA Journal. 2016;14(12):e04634. doi: 10.2903/j.efsa.2016.4634.7. Sato’o Y, Omoe K, Naito I, et al. Molecular epidemiology and identification of a Staphylococcus aureus clone causing food poisoning outbreaks in Japan. J Clin Microbiol. 2014;52(7):2637–2640. doi: 10.1128/Jcm.00661-14.8. Nienaber JJ, Sharma Kuinkel BK, Clarke-Pearson M, et al. Methicillin-susceptible Staphylococcus aureus endocarditis isolates are associated with clonal complex 30 genotype and a distinct repertoire of enterotoxins and adhesins. J Infect Dis. 2011;204(5):704–713. doi: 10.1093/infdis/jir389.9. McGavin MJ, Arsic B, Nickerson NN. Evolutionary blueprint for host- and niche-adaptation in Staphylococcus aureus clonal complex CC30. Front Cell Infect Microbiol. 2012;2:48. doi: 10.3389/fcimb.2012.00048.10. Онищенко Г.Г., Абаев И.В., Дятлов И.А., и др. Молекулярно-генетическая идентификация штамма Staphylococcus aureus ― возбудителя пищевой токсикоинфекции при вспышке в Санкт-Петербурге в 2013 г. // Вестник Российской академии наук. ― 2014. ― Т. 69. ― №9–10 ― С. 33–38. [Onishchenko GG, Abaev IV, Dyatlov IA, et al. Molecular genetic identification of Staphylococcus aureus strain, caused a foodborne illness outbreak in St. Petersburg in 2013. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2014;69(9−10):33−38. (In Russ).] doi: 10.15690/vramn.v69i9-10.1129.11. Mehrotra M, Wang G, Johnson WM. Multiplex PCR for detection of genes for Staphylococcus aureus enterotoxins, exfoliative toxins, toxic shock syndrome toxin 1, and methicillin resistance. J Clin Microbiol. 2000;38(3):1032–1035.12. Xie Y, He Y, Gehring A, et al. Genotypes and toxin gene profiles of Staphylococcus aureus clinical isolates from China. PLoS One. 2011;6(12):e28276. doi: 10.1371/journal.pone.0028276.13. Takano T, Higuchi W, Zaraket H, et al. Novel characteristics of community-acquired methicillin-resistant Staphylococcus aureus strains belonging to multilocus sequence type 59 in Taiwan. Antimicrob Agents Chemother. 2008;52(3):837–845. doi: 10.1128/AAC.01001-07.14. Tang JN, Chen J, Li HH, et al. Characterization of adhesin genes, staphylococcal nuclease, hemolysis, and biofilm formation among Staphylococcus aureus strains isolated from different sources. Foodborne Pathog Dis. 2013;10(9):757–763. doi: 10.1089/fpd.2012.1474.15. Hookey JV, Richardson JF, Cookson BD. Molecular typing of Staphylococcus aureus based on PCR restriction fragment length polymorphism and DNA sequence analysis of the coagulase gene. J Clin Microbiol. 1998;36(4):1083–1089.16. Метод определения стафилококковых энтеротоксинов в пищевых продуктах. Методические указания МУК 4.2.2429-08. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора; 2009. — 18 с. [Metod opredeleniya stafilokokkovykh enterotoksinov vpishchevykh produktakh. Metodicheskie ukazaniya MUK 4.2.2429-08. Moscow: Federal’nyi tsentr gigieny i epidemiologii Rospotrebnadzora; 2009. 18 p.(In Russ).]17. Wilson K. Preparation of genomic DNA from bacteria. Curr Protoc Mol Biol. 2001;Chapter 2:Unit 2.4. doi: 10.1002/0471142727.mb0204s56.18. Angiuoli SV, Gussman A, Klimke W, et al. Toward an online repository of Standard Operating Procedures (SOPs) for (Meta) genomic annotation. OMICS. 2008;12(2):137–141. doi: 10.1089/omi.2008.0017.19. Meier-Kolthoff JP, Auch AF, Klenk HP, Göker M. Genome sequence-based species delimitation with confidence intervals and improved distance functions.BMC Bioinformatics. 2013;14:60. doi: 10.1186/1471-2105-14-60.20. Kumar S, Stecher G, Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for bigger datasets. Mol Biol Evol. 2016;33(7):1870–1874. doi: 10.1093/molbev/msw054.21. Saitou N, Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol. 1987;4(4):406–425. doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454.22. Tamura K, Nei M, Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(30):11030–11035. doi: 10.1073/pnas.0404206101.23. Fowler VG, Nelson CL, McIntyre LM, et al. Potential associations between hematogenous complications and bacterial genotype in Staphylococcus aureus infection. J Infect Dis. 2007;196(5):738–747. doi: 10.1086/520088.