Характеристика штамма Klebsiella pneumoniae, выделенного из положительной гемокультуры недоношенного новорожденного ребенка по результатам полногеномного секвенирования

Актуальность. Klebsiella pneumoniae является распространенным внутрибольничным возбудителем в педиатрических стационарах, зачастую характеризующимся наличием широкого спектра факторов вирулентности и генетических детерминант антибиотикорезистентности. Цель. Характеристика штамма Klebsiella pneumoniae, выделенного из положительной гемокультуры недоношенного новорожденного ребенка по результатам полногеномного секвенирования. Материалы и методы. Секвенирование бета-лактамазы расширенного спектра (БЛРС) продуцирующего штамма K. pneumoniae, выделенного из положительной гемокультуры новорожденного недоношенного ребенка выполняли на платформе MiSeq (Illumina). Анализ нуклеотидных последовательностей ДНК полного генома K. pneumoniae проводили с использованием сайта Центра геномной эпидемиологии. Поиск генетических детерминант антибиотикорезистентности и вирулентности осуществляли с использованием онлайн-сервисов. Результаты и обсуждение. Полученная нуклеотидная последовательность была длиной 5 414 099 п.н., доля азотистых оснований GC составила 57,3%. Выделенный штамм относится к сиквенс-типу ST3559, имеет 4 гена, кодирующих синтез ферментов, гидролизующих антибактериальные препараты из группы бета-лактамов, 2 гена, обеспечивающих устойчивость к хинолонам/фторхинолонам, по 1 гену резистентности к триметоприму, хлорамфениколу, фосфомицину и антибиотикам группы аминогликозидов. Большинство генов факторов вирулентности, выявленных в изучаемом штамме, обеспечивают распознавание и поглощение ионов железа, необходимых для конкурентоспособного функционирования бактериальной клетки. K. pneumoniae обладает геном эффлюксных насосов acrA и его регуляторами, а также 4 профаговыми частицами и одной системой CRISPCas IE. Заключение. Полногеномное секвенирование штамма Klebsiella pneumoniae, выделенного из положительной гемокультуры недоношенного новорожденного ребенка, позволяет подробно охарактеризовать возбудителя генерализованной инфекции, детектировать широкий спектр генетических детерминант факторов вирулентности и антибиотикорезистентности. БЛРС-продуцирующий штамм K. pneumoniae как этиологический агент неонатального сепсиса характеризуется наличием генов вирулентности, множественной лекарственной устойчивостью, сформированной за счет генов, кодирующих ферменты, гидролизующие антибиотики, и наличия эффлюксных насосов и их регуляторов. Использование результатов традиционных культуральных методов исследования совместно с данными высокопроизводительного секвенирования является перспективным направлением научных исследований, имеет резерв практического применения в области клинической медицины, генетики микроорганизмов, молекулярной эпидемиологии на локальном и глобальном уровнях

1. Воропаева Н. М., Немченко У. М., Григорова Е. В. и др. Этиологическая структура инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, и антибиотикорезистетность основных возбудителей инфекций. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2023;22(1):68–73.

2. Сергевнин В. И., Рожкова М. В., Овчинников К. В. и др. Этиологическая структура внебольничных пневмоний в период эпидемии COVID-19. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2024;23(1):51–56.

3. Сергевнин В. И., Кудрявцева Л. Г., Пегушина О. Г. и др. Групповая заболеваемость гнойно-септическими инфекциями клебсиеллезной этиологии пациентов кардиохирургического стационара. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2020;19(1):90–98.

4. Садеева З. З., Новикова И. Е., Лазарева А. В. и др. Бактериемии и инфекции ЦНС у детей, ассоциированные с Klebsiella pneumoniae: молекулярно-генетическая характеристика и клинические особенности. Инфекция и иммунитет. - 2023. - Т. 13. - №6. - C. 1117–1128.

5. Cheng S., Fleres G., Chen L., et al. Within-Host Genotypic and Phenotypic Diversity of Contemporaneous Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae from Blood Cultures of Patients with Bacteremia. mBio. 2022 Dec 20;13(6):e0290622.

6. Leggett R.M., Ramirez-Gonzalez R.H., Clavijo B.J., et al. Sequencing quality assessment tools to enable data-driven informatics for high throughput genomics. Front Genet. 2013 Dec 17;4:288.

7. Diancourt L., Passet V., Verhoef J., et al. Multilocus sequence typing of Klebsiella pneumoniae nosocomial isolates. J. Clin. Microbiol., 2005, vol. 43, no. 8, pp. 4178–4182.

8. Lam M.M.C., Wick R.R., Judd L.M., et al. Kaptive 2.0: updated capsule and lipopolysaccharide locus typing for the Klebsiella pneumoniae species complex. Microb. Genom. 2022;8(3):000800.

9. Grant J.R., Enns E., Marinier E., et al. Proksee: in-depth characterization and visualization of bacterial genomes. Nucleic Acids Research, 2023, gkad326. 10. Kopotsa K., Mbelle N.M., Osei Sekyere J. Epigenomics, genomics, resistome, mobilome, virulome and evolutionary phylogenomics of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae clinical strains. Microb Genom. 2020 Dec;6(12):mgen000474.

10. Kibwana U.O., Manyahi J., Sandnes H.H., et al. Fluoroquinolone resistance among fecal extended spectrum βeta lactamases positive Enterobacterales isolates from children in Dar es Salaam, Tanzania. BMC Infect Dis. 2023 Mar 7;23(1):135.

11. Richter L., du Plessis E.M., Duvenage S., et al. Whole Genome Sequencing of Extended-Spectrum- and AmpC- β-Lactamase-Positive Enterobacterales Isolated From Spinach Production in Gauteng Province, South Africa. Front Microbiol. 2021 Oct 1;12:734649.

12. Устюжанин А. В., Чистякова Г. Н., Ремизова И. И. и др. Филогенетический анализ гена uge Klebsiella pneumoniae в локальном микробиологическом мониторинге. Инфекция и иммунитет. - 2023. - Т. 13. - №4. - C. 735–742.

13. Макарова М. А., Круглов Е. Е., Кафтырева Л. А. Биологическая характеристика энтероагрегативного штамма Escherichia coli ont:h30 18-726 (№ в-8857), выделенного от пациента с язвенным колитом, и новый способ ПЦР-идентификации. Инфекция и иммунитет. - 2023. - Т. 13. - №5. - C. 899–908.

14. Meng L., Liu Z., Liu C., et al. The distribution characteristics of global blaOXA-carrying Klebsiella pneumoniae. BMC Infect Dis. 2023 Mar 29;23(1):182.

15. Foudraine D.E., Strepis N., Stingl C., et al. Exploring antimicrobial resistance to beta-lactams, aminoglycosides and fluoroquinolones in E. coli and K. pneumoniae using proteogenomics. Sci Rep. 2021 Jun 14;11(1):12472.

16. Dong N., Zhang R., Liu L., et al. Genome analysis of clinical multilocus sequence Type 11 Klebsiella pneumoniae from China. Microb Genom. 2018 Feb;4(2):e000149.

17. Lam M.M.C., Wick R.R., Wyres K.L., et al. Genetic diversity, mobilisation and spread of the yersiniabactin-encoding mobile element ICEKp in Klebsiella pneumoniae populations. Microb Genom. 2018 Sep;4(9):e000196.

18. Goudarzi G., Shakib P., Karami S., et al. The Prevalence of Virulence Factors among ESBLs-Producing Klebsiella pneumoniae Isolated from Khorramabad Hospitals, Iran. Clin Lab. 2023 Oct 1;69(10).

19. Gual-de-Torrella A., Delgado-Valverde M., Pérez-Palacios P., et al. Prevalence of the fimbrial operon mrkABCD, mrkA expression, biofilm formation and effect of biocides on biofilm formation in carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae isolates belonging or not belonging to high-risk clones. Int J Antimicrob Agents. 2022 Oct;60(4):106663.

20. Yang J., Wilksch J.J., Tan J.W., et al. Transcriptional activation of the mrkA promoter of the Klebsiella pneumoniae type 3 fimbrial operon by the c-di-GMP-dependent MrkH protein. PLoS One. 2013 Nov 14;8(11).

21. Устюжанин А. В., Чистякова Г. Н., Ремизова И. И. Филогенетический анализ родства штаммов Klebsiella pneumoniae по генам uge и fim. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. - 2020. - Т. 97. - №6. - C. 556–563.

22. Устюжанин А. В., Чистякова Г. Н., Ремизова И. И. и др. Генетические детерминанты антибиотикорезистентности энтеробактерий, выделенных в ходе микробиологического мониторинга в перинатальном центре. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2023;22(4):49–55.

23. Albarri O., AlMatar M., Var I., et al. Antimicrobial Resistance of Clinical Klebsiella pneumoniae Isolates: Involvement of AcrAB and OqxAB Efflux Pumps. Curr Mol Pharmacol. 2024;17(1).

24. Abid Fazaa ALmiyah S. Detection of AcrA and AcrB Efflux Pumps in Multidrug-Resistant Klebsiella pneumonia that Isolated from Wounds Infection Patients in Al-Diwaniyah Province. Arch Razi Inst. 2023 Feb 28;78(1):269–276.

25. Sun L., Sun L., Li X., et al. A Novel Tigecycline Adjuvant ML-7 Reverses the Susceptibility of Tigecycline-Resistant Klebsiella pneumoniae. Front Cell Infect Microbiol. 2022 Jan 5;11:809542.

26. Albarri O., AlMatar M., Öcal M.M., et al. Overexpression of Efflux Pumps AcrAB and OqxAB Contributes to Ciprofloxacin Resistance in Clinical Isolates of K. pneumonia. Curr Protein Pept Sci. 2022;23(5):356–368.

27. Xu Q., Sheng Z., Hao M., et al. RamA upregulates multidrug resistance efflux pumps AcrAB and OqxAB in Klebsiella pneumoniae. Int J Antimicrob Agents. 2021 Feb;57(2).

28. Veleba M., Higgins P.G., Gonzalez G., et al. Characterization of RarA, a novel AraC family multidrug resistance regulator in Klebsiella pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother. 2012 Aug;56(8):4450–8.

29. Kumar A., Harjai K., Chhibber S., et al. Early cytokine response to lethal challenge of Klebsiella pneumoniae averted the prognosis of pneumonia in FyuA immunized mice. Microb Pathog. 2020 Jul;144:104161.