Молекулярно-генетические маркеры резистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae по данным полногеномного секвенирования

Abstract

Цель исследования. С использованием полногеномного секвенирования оценить генетические механизмы антибиотикорезистентности и вирулентности инвазивных штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных от госпитализированных пациентов. Материалы и методы. Для двух устойчивых к карбапенемам множественно-антибиотикорезистентных инвазивных штаммов K. pneumoniae, а также двух чувствительных к карбапенемам инвазивных штаммов K. pneumoniae выполнено секвенирование в геномном секвенаторе MiSeq (Illumina). Проведена сборка геномных последовательностей и их аннотация. Выполнено определение сиквенс-типа, поиск плазмид и факторов вирулентности, генов антибиотикорезистентности и механизмов эффлюкса. Результаты. Штаммы K. pneumoniae относились к сиквенс-типам ST395, ST101, ST111, ST512 и имели гипермукоидный фенотип. Гены аэробактина iutA были обнаружены как у чувствительных, так и у резистентных к карбапенемам штаммов. У одного выделенного из крови штамма выявлены гены вирулентности fimH, fyuA, irp2. У двух штаммов выявлены гены карбапенемаз (blaKPC, blaNDM). Гены устойчивости к аминогликозидам и фторхинолонам выявлены у трех из четырех штаммов. У всех штаммов отмечено присутствие различных систем активного выведения антибиотиков из микробной клетки. Заключение. Показана возможность идентификации гипервирулентных штаммов K. pneumoniae при комплексном использовании фенотипического теста наряду с генотипированием hvKp. Результаты полногеномного секвенирования отражают значительную устойчивость выделенных из крови гипермукоидных штаммов K. pneumoniae к большинству антибиотиков, включая β-лактамы, аминогликозиды, фторхинолоны, фосфомицин, хлорамфеникол, полимиксины.

Objective. To evaluate genetic mechanisms of antibiotic resistance and virulence of invasive strains of Klebsiella pneu- moniae isolated from inpatients using whole genome sequencing. Materials and methods. For two carbapenem-resistant multiple-antibiotic-resistant invasive strains of K.pneumoniae, as well as two carbapenem-sensitive invasive strains of K.pneumoniae, sequencing was performed using the MiSeq genomic sequencer (Illumina). Genomic sequences were assembled and annotated. Sequence type determination, search for plasmids and virulence factors, antibiotic resistance genes, and efflux mechanisms were performed. Results. K.pneumoniae strains belonged to sequence types ST395, ST101, ST111, and ST512 s and had a hypermu- coid phenotype. The iutA aerobactin genes were detected in both sensitive and carbapenem-resistant strains. Virulence genes fimH, fyuA, and irp2 were detected in one strain isolated from blood. Carbapenemase genes (blaKPC, blaNDM) were detected in two strains. Aminoglycosides and fluoroquinolones resistance genes were detected in 3 of 4 strains. All strains showed the presence of different systems of active antibiotic elimination from the microbial cell. Conclusion. The possibility of identifying hypervirulent strains of K.pneumoniae using a complex phenotypic test along with hvKp genotyping is shown. The results of full-genome sequencing reflect significant resistance of hypervirulent K.pneumoniae strains isolated from blood to most antibiotics, including β-lactams, aminoglycosides, fluoroquinolones, phosphomycin, chloramphenicol and polymyxins.