Аннотация
Вид Escherichia coli характеризуется широким внутривидовым разнообразием. Среди представителей вида присутствуют как комменсалы, так и патогены, вызывающие диареи и заболевания внекишечной локализации. Патогенные штаммы отличаются от непатогенных наличием факторов вирулентности и кодирующих их генов. Филогенетическая структура вида представлена четырьмя основными группами (А, В1, В2, D), распространенность которых отличается у жителей различных географических регионов. Патогенные представители вида давно и подробно изучаются, в то время как непатогенным штаммам не уделялось такое внимание. В статье представлены результаты исследования 511 штаммов E. coli, выделенных из микробиоты кишечника детей без диареи и инфекций мочевыводящих путей, в возрасте от 1 мес до 17 лет, проживающих в Санкт-Петербурге. Методом ПЦР определены основные филогенетические группы, выявлены гены вирулентности E. coli, ассоциированные с диареей и заболеваниями внекишечной локализации. Результаты: Структура популяции E. coli представлена следующими группами: А — 33,3%, В1 — 6,7%, В2 — 34,0%, D — 26%. В исследуемой популяции выявлено EPEC — 2,5%, EAggEC — 4,5% штаммов. Гены вирулентности EPEC чаще выявлялись у штаммов филогруппы В1, гены вирулентности EAggEC — у изолятов филогруппы D. Распространенность генов внекишечной вирулентности была следующей: pap — 29,5%; sfa — 19,8%; afa — 3,3%; hly — 20,9%; cnf — 17,4%; aer — 20,0%. Гены pap, sfa, hly, cnf были наиболее характерны для E. coli филогенетической группы В2. Выявлено сходство структуры исследуемой популяции E. coli по филогенетическим группам с популяциями E. coli жителей Парижа и Сиднея. Анализ распространенности генов вирулентности показал зависимость их наличия от генетического фона микроорганизма.
Список литературы
Escobar-Páramo P., Le Menac’h A., Le Gall T., Amorin C., Gouriou S., Picard B. et al. Identification of forces shaping the commensal Escherichia coli genetic structure by comparing animal and human isolates. Environmental Microbiology. 2006; 8:1975-84. Doi:10.1111/j.1462-2920.2006.01077.x.
Hansen S., Messer T., Mittelstet A., Berry E. D., Bartelt-Hunt S., Abimbola O. Escherichia coli concentrations in waters of a reservoir system impacted by cattle and migratory waterfowl. Science of The Total Environment. 2020; 705:135607. Doi:10.1016/j.scitotenv.2019.135607.
Dusek N., Hewitt A. J., Schmidt K. N., Bergholz, P. W. Landscape-Scale Factors Affecting the Prevalence of Escherichia coli in Surface Soil Include Land Cover Type, Edge Interactions, and Soil pH. Applied and environmental microbiology. 2018; 84(10): e02714-17. Doi:10.1128/AEM.02714-17.
Vieira G., Sabarly V., Bourguignon P. Y., Durot M., Le Fèvre F., Mornico D. et al. Core and panmetabolism in Escherichia coli. Journal of bacteriology. 2011; 193(6): 1461-72. Doi:10.1128/JB.01192-10.
Christofi T., Panayidou S., Dieronitou I., Michael C., Apidianakis, Y. Metabolic output defines Escherichia coli as a health-promoting microbe against intestinal Pseudomonas aeruginosa. Scientific reports. 2019; 9(1): 14463. Doi:10.1038/s41598-019-51058-3.
Dempsey W. B. Control of Vitamin B6 Biosynthesis in Escherichia cоli. Journal of bacteriology. 1971; 108(1):415-21. https://jb.asm.org/content/jb/108/1/415.full.pdf.
Meganathan R., Kwon O. Biosynthesis of Menaquinone (Vitamin K 2) and Ubiquinone (Coenzyme Q). EcoSal Plus. 2009; 3(2): 10.1128/ecosalplus.3.6.3.3. Doi:10.1128/ecosalplus.3.6.3.3.
Zampieri M., Hörl M., Hotz F., Müller N. F., Sauer, U. Regulatory mechanisms underlying coordination of amino acid and glucose catabolism in Escherichia coli. Nature communications. 2019; 10(1): 3354. doi:10.1038/s41467-019-11331-5.
Rieder R., Wisniewski P.J., Alderman B.L., Campbell S.C. Microbes and mental health: A review. Brain, Behavior, and Immunity. 2017; 66: 9-17. Doi: 10.1016/j.bbi.2017.01.016.
Brestoff J. R., Artis, D. Commensal bacteria at the interface of host metabolism and the immune system. Nature immunology. 2013; 14(7): 676-84. Doi:10.1038/ni.2640.
Mackie R. I., Sghir A., Gaskins H. R. Developmental microbial ecology of the neonatal gastrointestinal tract. The American Journal of Clinical Nutrition. 1999; 69(5): 1035-45. Doi:10.1093/ajcn/69.5.1035s.
Kaper J. B., Nataro J. P., Mobley H. L. Pathogenic Escherichia coli. Nature Reviews Microbiology. 2004; 2:123-40. Doi:10.1038/nrmicro818.
Lüthje P., Brauner A. Virulence factors of uropathogenic E. coli and their interaction with the host author links open overlay panel. Advances in Microbial Physiology. 2014; 65: 337-72. Doi:10.1016/bs.ampbs.2014.08.006.
Nowrouzian F., Hesselmar B., Saalman R. Strannegard I., Aberg N., Wold A. E. et al. Escherichia coli in Infants’ Intestinal Microflora: Colonization Rate, Strain Turnover, and Virulence Gene Carriage. Pediatric Research. 2003; 54: 8-14. Doi:10.1203/01.PDR.0000069843.20655.EE.
Lefort A., Panhard X., Clermont O., Woerther P., Branger C., Mentré F. et al. Host Factors and Portal of Entry Outweigh Bacterial Determinants To Predict the Severity of Escherichia coli Bacteremia. Journal of Clinical Microbiology. 2011; 49(3): 777-83. Doi:10.1128/JCM.01902-10.
Ochman H., Selander, R. K. Standard reference strains of Escherichia coli from natural populations. Journal of bacteriology. 1984; 157(2): 690-3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC215307/pdf/jbacter00237-0354.pdf.
Hendrickson H. Order and disorder during Escherichia coli divergence. PLoS genetics. 2009; 5(1): e1000335. Doi:10.1371/journal.pgen.1000335.
Bergthorsson U., Ochman H., Distribution of chromosome length variation in natural isolates of Escherichia coli. Molecular Biology and Evolution. 1998; 15(1): 6-16. Doi :10.1093/oxfordjournals.molbev.a025847.
Ejrnæs K., Stegger M., Reisner A., Ferry S., Monsen T., Holm S. E et al. Characteristics of Escherichia coli causing persistence or relapse of urinary tract infections: Phylogenetic groups, virulence factors and biofilm formation. Virulence. 2011; 2(6): 528-37. Doi: 10.4161/viru.2.6.18189.
Coura F.M., Araújo D.S., Mussi J.M.S., Silva M.X., Lage A.P., Heinemann M. B. Characterization of virulence factors and phylogenetic group determination of Escherichia coli isolated from diarrheic and non-diarrheic calves from Brazil. Folia Microbiologica. 2017; 62(2): 139-44. Doi: 10.1007/s12223-016-0480-9.
Wu H., Xia S., Bu F., Qi J., Liu Y., Xu H. Identification of integrons and phylogenetic groups of drug-resistant Escherichia coli from broiler carcasses in China. International Journal of Food Microbiology. 2015; 211: 51-6. Doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2015.07.004.
Nielsen D.W., Klimavicz J.S., Cavender T., Wannemuehler Y., Barbieri N.L, Nolan L.K. et al. The Impact of Media, Phylogenetic Classification, and E. coli Pathotypes on Biofilm Formation in Extraintestinal and Commensal E. coli From Humans and Animals. Frontiers in microbiology. 2018; 9: 902. Doi: 10.3389/fmicb.2018.00902.
Clermont O., Bonacorsi S., Bingen E. Rapid and simple determination of the Escherichia coli phylogenetic group. Applied and environmental microbiology. 2000; 66: 4555-8. Doi: 10.1128/aem.66.10.4555-4558.2000.
Nowrouzian F., Adlerberth I., Wold A. E. P fimbriae, capsule and aerobactin characterize colonic resident Escherichia coli. Epidemiology and infection. 2001; 126(1): 11-8. Doi:10.1017/s0950268801005118.
Abe C.M., Salvador F.A., Falsetti I.N., Vieira M.A., Blanco J., Blanco J.E.et al. Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains may carry virulence properties of diarrhoeagenic E. coli. FEMS Immunology & Medical Microbiology. 2008; 52: 397-406. Doi:10.1111/j.1574-695X.2008.00388.x.
Zhu Y., Dong W., Ma J. L., Yuan H., Hejair M.A., Pan Z. et al. Characterization and virulence clustering analysis of extraintestinal pathogenic Escherichia coli. BMC Veterinary Research. 2017; 13: 94. Doi 10.1186/s12917-017-0975-x.
Bailey J. K., Pinyon J. L., Anantham S., Hall R. M. Distribution of Human Commensal Escherichia coli. Journal of Clinical Microbiology. 2010; 48(9): 3455-6. Doi:10.1128/JCM.00760-10.
Li B., Sun J. Y., Han L. Z., Huang X. H., Fu Q., Ni Y. X. Phylogenetic groups and pathogenicity island markers in fecal Escherichia coli isolates from asymptomatic humans in China. Applied and environmental microbiology. 2010; 76(19): 6698-700. Doi: 10.1128/AEM.00707-10.
Unno T., Han D., Jang J., Lee S. N., Ko G., Choi H. Y. et al. Absence of Escherichia coli phylogenetic group B2 strains in humans and domesticated animals from Jeonnam Province, Republic of Korea. Applied and environmental microbiology. 2009; 75: 5659-66. Doi: 10.1128/AEM.00443-09.
Graft J., Brinch K., Madsen, J. L. Gastrointestinal mean transit times in young and middle-aged healthy subjects. Clinical Physiology. 2001; 21: 253-9. Doi:10.1046/J.1365-2281.2001.00308.X.
Hounnou G., Destrieux C., Desme J., Bertrand P., Velut, S. Anatomical study of the length of the human intestine. Surgical and Radiologic Anatomy. 2002; 24: 290-4. Doi: 10.1007/s00276-002-0057-y.
Enserink R., Scholts R., Bruijning-Verhagen P., Duizer E., Vennema H., Boer R.et al. High detection rates of enteropathogens in asymptomatic children attending day care. PLoS One. 2014; 9(2): e89496. Doi: 10.1371/journal.pone.0089496.
Platts-Mills J.A., Babji S., Bodhidatta L., Gratz J., Haque R., Havt A. et al. Pathogen-specific burdens of community diarrhoea in developing countries: a multisite birth cohort study (MAL-ED). Lancet Glob Health. 2015; 3:e564-575. Doi: 10.1016/S2214-109X(15)00151-5.
Newburg D.S., Ruiz-Palacios G.M., Morrow A.L. Human milk glycans protect infants against enteric pathogens. Annual Review of Nutrition. 2005; 25: 37-58. Doi:10.1146/annurev.nutr.25.050304.092553.
Nataro J.P., Deng Y., Cookson S., Cravioto A., Savarino S.J., Guers L.D. et al. Heterogeneity of enteroaggregative Escherichia coli virulence demonstrated in volunteers. The Journal of Infectious Diseases. 1995; 171(2): 465-8. Doi:10.1093/infdis/171.2.465.