Preview

Инфекция и иммунитет

Расширенный поиск

Генетические детерминанты вирулентности и лекарственной устойчивости Mycobacterium avium subsp. hominissuis — возбудителя микобактериоза человека

https://doi.org/10.15789/2220-7619-GDO-1220

Полный текст:

Аннотация

Среди представителей большой группы нетуберкулезных микобактерий (более 180 видов), Mycobacterium avium subsp. hominissuis (МАН) обладает наибольшей вирулентностью и является одним из основных возбудителей микобактериоза легких у иммунокомпетентных лиц и диссеминированной формы инфекции у ВИЧ-инфицированных. В связи с ростом заболеваемости микобактериозом, особенно в условиях распространения ВИЧ-инфекции, приобретают актуальность исследования генетического контроля и механизмов вирулентности М. avium. Благодаря полной расшифровке нуклеотидной последовательности генома М. avium 104 стало возможным его использование в качестве референсного штамма при сравнении с другими геномами. Так, сравнительный анализ штаммов МАН, выделенных от больных легочной и диссеминированной формами микобактериоза, продемонстрировал различия в структуре генома, затрагивающие ключевые гены вирулентности. В обзоре представлены современные данные о генетических детерминантах вирулентности МАН, ассоциированных с начальной фазой инфицирования. Подробно рассмотрены семейства генов mce (mammalian cell entry), mmp (mycobacterial membrane proteins), pe/ppe и esx, обеспечивающих выживание МАН в клетках организма-хозяина с момента адгезии и проникновения в макрофаги. Приведены механизмы генетического контроля выживаемости М. avium в культуре макрофагов человека in vitro и в организме мышей in vivo в условиях токсического влияния активных форм кислорода, оксида азота, бактерицидных белков. Сохраняясь в латентном состоянии, МАН способны вызывать бактериемию и вторичное поражение органов и тканей. Бактерии МАН, связываясь с эпителиальными клетками, образуют микроагрегаты, что способствует инвазии в слизистую оболочку дыхательных путей или желудочно-кишечного тракта, обеспечивая персистенцию в организме хозяина. Рассмотрены известные на данный момент генетические детерминанты, ответственные за формирование микроагрегатов и биопленок. Отмечены генетические и фенотипические особенности МАН (отсутствие корд-фактора, наличие плазмид, способность к «переключению» морфологических типов колоний) по сравнению с M. tuberculosis. Подчеркнута роль природной резистентности М. avium к большинству противотуберкулезных и других антибактериальных препаратов, обычно не применяющихся для лечения туберкулеза. Известно, что кларитромицин, азитромицин, рифабутин, этамбутол, амикацин и фторхинолоны малоэффективны при раздельном применении, поэтому лечение микобактериоза требует использования комбинации из нескольких препаратов, хирургического вмешательства или сочетания обоих методов. Обсуждаются генетический контроль и механизмы формирования устойчивости штаммов МАН к вышеперечисленным антибиотикам.

Об авторах

Д. А. Старкова
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Россия

Старкова Дарья Андреевна - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики.

197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, 14, Тел.: 8 (812) 233-21-49 (служебн.); 8 921 424-63-37 (моб.)



О. В. Нарвская
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; ФГБУ Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии Минздрава России
Россия

Нарвская Ольга Викторовна - доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и эволюционной генетики, ФБУН НИИ ЭМ им. Пастера; научный консультант Санкт-Петербургский НИИ фтизиопульмонологии.

Санкт-Петербург



Список литературы

1. Вишневский Б.И., Маничева О.А., Щеголева Р.А., Оттен Т.Ф. Вирулентность потенциально патогенных нетуберкулезных микобактерий. Обзор // Медицинский альянс. 2015. № 4. С. 5—14.

2. Оттен Т.Ф., Васильев А.В. Микобактериоз. СПб.: Медицинская пресса, 2005. 224 с.

3. Babrak L., Danelishvili L., Rose S.J., Bermudez L.E. Microaggregate-associated protein involved in invasion of epithelial cells by Mycobacterium avium subsp. hominissuis. Virulence, 2015, vol. 6, no. 7, pp. 694—703. doi: 10.1080/21505594.2015.1072676

4. Belanger A.E., Besra G.S., Ford M.E., Mikusova K., Belisle J.T., Brennan P.J., Inamine J.M. The embAB genes of Mycobacterium avium encode an arabinosyl transferase involved in cell wall arabinan biosynthesis that is the target for the antimycobacterial drug ethambutol. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, vol. 93, no. 21, pp. 11919—11924. doi: 10.1073/pnas.93.21.11919

5. Bermudez L.E., Danelishvili L., Babrack L., Pham T. Evidence for genes associated with the ability of Mycobacterium avium subsp. hominissuis to escape apoptotic macrophages. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2015, vol. 5, no. 63. doi: 10.3389/fcimb.2015.00063

6. Brown-Elliott B.A., Iakhiaeva E., Griffith D.E., Woods G.L., Stout J.E., Wolfe C.R., Turenne C.Y., Wallace R.J.Jr. In vitro activity of amikacin against isolates of Mycobacterium avium complex with proposed MIC breakpoints and finding of a 16S rRNA gene mutation in treated isolates. J. Clin. Microbiol, 2013, vol. 51, no. 10, pp. 3389—3394. doi: 10.1128/JCM.01612-13

7. Cangelosi G.A., Do J.S., Freeman R., Bennett J.G., Semret M., Behr M.A. The two-component regulatory system mtrAB is required for morphotypic multidrug resistance in Mycobacterium avium. Antimicrob. Agents Chemother., 2006, vol. 50, no. 2, pp. 461-468. doi: 10.1128/AAC.50.2.461-468.2006

8. Christianson S., Grierson W., Wolfe J., Sharma M.K. Rapid molecular detection of macrolide resistance in the Mycobacterium avium complex: are we there yet? J. Clin. Microbiol., 2013, vol. 51, no. 7, pp. 2425-2426. doi: 10.1128/JCM.00555-13

9. Danelishvili L., Poort M.J., Bermudez L.E. Identification of Mycobacterium avium genes up-regulated in cultured macrophages and in mice. FEMSMicrobiol. Lett, 2004, vol. 239, no. 1, pp. 41-49. doi: 10.1016/j.femsle.2004.08.014

10. Danelishvili L., Stang B., Bermudez L.E. Identification of Mycobacterium avium genes expressed during in vivo infection and the role of the oligopeptide transporter OppA in virulence. Microb. Pathog, 2014, vol. 76, pp. 67-76. doi: 10.1016/j.mic-path.2014.09.010

11. Dumas E., Christina Boritsch E., Vandenbogaert M., Rodriguez de la Vega R.C., Thiberge J.M., Caro V., Gaillard J.L., Heym B., Girard-Misguich F., Brosch R., Sapriel G. Mycobacterial pan-genome analysis suggests important role of plasmids in the radiation of type VII secretion systems. Gen. Biol. Evol., 2016, vol. 8, no. 2, pp. 387-402. doi: 10.1093/gbe/evw001

12. Early J., Fischer K. Bermudez L.E. Mycobacterium avium uses apoptotic macrophages as tools for spreading. Microb Pathog., 2011, vol. 50, no. 2, pp. 132-139. doi: 10.1016/j.micpath.2010.12.004

13. Eckstein T.M., Inamine J.M., Lambert M.L., Belisle J.T. A genetic mechanism for deletion of the ser2 gene cluster and formation of rough morphological variants of Mycobacterium avium. J. Bacteriol., 2000, vol. 182, no. 21, pp. 6177-6182. doi: 10.1128/ jb.182.21.6177-6182.2000

14. Falkinham 3rd J.O. Epidemiology of infection by nontuberculous mycobacteria. Clin. Microbiol. Rev., 1996, vol. 9, no. 2, pp. 177-215.

15. Harriff M.J., Danelishvili L., Wu M., Wilder C., McNamara M., Kent M.L., Bermudez L.E. Mycobacterium avium genes MAV_5138 and MAV_3679 are transcriptional regulators that play a role in invasion of epithelial cells, in part by their regulation of CipA, a putative surface protein interacting with host cell signaling pathways. J. Bacteriol., 2009, vol. 191, no. 4, pp. 1132-1142. doi: 10.1128/JB.01359- 07

16. Hayashi T., Rao S.P., Catanzaro A. Binding of the 68-kilodalton protein of Mycobacterium avium to alpha(v)beta3 on human monocyte-derived macrophages enhances complement receptor type 3 expression. Infect. Immun., 1997, vol. 65, no. 4, pp. 1211-1216.

17. Honer zu Bentrup K., Swenson D.L., Miczak A., Russell D.G. Characterization of isocitrate lyase activity and expression in Mycobacterium avium and Mycobacterium tuberculosis. J. Bacteriol., 1999, vol. 181, no. 23, pp. 7161-7167.

18. Hou J.Y., Graham J.E., Clark-Curtiss J.E. Mycobacterium avium genes expressed during growth in human macrophages detected by selective capture of transcribed sequences (SCOTS). Infect Immun., 2002, vol. 70, no. 7, pp. 3714-3726. doi: 10.1128/iai.70.7.3714-3726.2002

19. Huh H.J., Kim S.Y., Jhun B.W., Shin S.J., Koh W.J. Recent advances in molecular diagnostics and understanding mechanisms of drug resistance in nontuberculous mycobacterial diseases. Infect. Genet. Evol., 2018, pii. S1567-1348(18)30784- 6. doi: 10.1016/j.meegid.2018.10.003

20. Ignatov D., Kondratieva E., Azhikina T., Apt A. Mycobacterium avium-triggered diseases: pathogenomics. Cell Microbiol., 2012, vol. 14, no. 6,pp. 808-818. doi: 10.1111/j.1462-5822.2012.01776.x

21. Iwamoto T., Arikawa K., Nakajima C., Nakanishi N., Nishiuchi Y., Yoshida S., Tamaru A., Tamura Y., Hoshino Y., Yoo H., Park Y.K., Saito H., Suzuki Y. Intra-subspecies sequence variability of the MACPPE12 gene in Mycobacterium avium subsp. hominissuis. Infect. Genet. Evol., 2014, vol. 21, pp. 479—483. doi: 10.1016/j.meegid.2013.08.010

22. Jeffrey B., Rose S. J., Gilbert K., Lewis M., Bermudez L.E. Comparative analysis ofthe genomes of clinical isolates ofMycobacterium avium subsp. hominissuis regarding virulence related genes. J. Med. Microbiol., 2017, vol. 66, no. 7, pp. 1063—1075. doi: 10.1099/jmm.0.000507

23. Khattak F.A., Kumar A., Kamal E., Kunisch R., Lewin A. Illegitimate recombination: an efficient method for random mutagenesis in Mycobacterium avium subsp. hominissuis. BMC Microbiol., 2012, vol. 12, no. 204. doi: 10.1186/1471-2180-12-204

24. Kim S.Y., Jhun B.W., Moon S.M., Shin S.H., Jeon K., Kwon O.J., Yoo I.Y., Huh H.J., Ki C.S., Lee N.Y., Shin S.J., Daley C.L., Suh G.Y., Koh W.J. Mutations in gyrA and gyrB in moxifloxacin-resistant Mycobacterium avium complex and Mycobacterium abscessus complex clinical isolates. Antimicrob. Agents Chemother., 2018, vol. 62, no. 9: e00527—18. doi: 10.1128/AAC.00527-18

25. Krzywinska E., Bhatnagar S., Sweet L., Chatterjee D., Schorey J.S. Mycobacterium avium 104 deleted of the methyltransferase D gene by allelic replacement lacks serotype-specific glycopeptidolipids and shows attenuated virulence in mice. Mol. Microbiol., 2005, vol. 56, no. 5, pp. 1262-1273. doi: 10.1111/j.1365-2958.2005.04608.x

26. Lahiri A., Sanchini A., Semmler T., Schafer H., Lewin A. Identification and comparative analysis of a genomic island in Mycobacterium avium subsp. hominissuis. FEBSLett., 2014, vol. 588, no. 21, pp. 3906-3911. doi: 10.1016/j.febslet.2014.08.037.

27. Li Y., Miltner E., Wu M., Petrofsky M., Bermudez L.E. A Mycobacterium avium PPE gene is associated with the ability of the bacterium to grow in macrophages and virulence in mice. Cell Microbiol., 2005, vol. 7, no. 4, pp. 539-548. doi: 10.1111/j.1462-5822.2004.00484.x

28. Li Y. J., Danelishvili L., Wagner D., Petrofsky M., Bermudez L.E. Identification of virulence determinants of Mycobacterium avium that impact on the ability to resist host killing mechanisms. J. Med. Microbiol., 2010, vol. 59, pp 8-16. doi: 10.1099/jmm.0.012864-0

29. Mackenzie N., Alexander D.C., Turenne C.Y., Behr M.A., de Buck J.M. Genomic comparison of PE and PPE genes in the Mycobacterium avium complex. J. Clin. Microbiol., 2009, vol. 47, no. 4, pp. 1002-1011. doi: 10.1128/JCM.01313-08

30. McNamara M., Danelishvili L., Bermudez L.E. The Mycobacterium avium ESX-5 PPE protein, PPE25-MAV, interacts with an ESAT-6 family Protein, MAV_2921, and localizes to the bacterial surface. Microb Pathog., 2012, vol. 52, no. 4, pp. 227-238. doi: 10.1016/j.micpath.2012.01.004

31. Moon S.M., Park H.Y., Kim S.Y., Jhun B.W., Lee H., Jeon K., Kim D.H., Huh H.J., Ki C.S., Lee N.Y., Kim H.K., Choi Y.S., Kim J., Lee S.H., Kim C.K., Shin S.J., Daley C.L., Koh W.J. Clinical characteristics, treatment outcomes, and resistance mutations associated with macrolide-resistant Mycobacterium avium Complex lung disease. Antimicrob. Agents Chemother., 2016, vol. 60, no. 11,pp. 6758-6765. doi: 10.1128/AAC.01240-16

32. Moriyama M., Ogawa K., Nakagawa T., Nikai T., Uchiya K. Association between a pMAH135 and the progression of pulmonary disease caused by Mycobacterium avium. Kekkaku, 2016, vol. 91, no. 1, pp. 9-15.

33. Morsczek C., Berger S., Plum G. The macrophage-induced gene (mig) of Mycobacterium avium encodes a medium chain acyl-coenzyme A synthetase. Biochim. Biophys. Acta., 2001, vol. 1521, no. 1-3, pp. 59- 65.

34. Parte A.C. LPSN — List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (bacterio.net), 20 years on. Intern. J. System. Evol. Microbiol, 2018, vol. 68, pp. 1825-1829. doi: 10.1099/ijsem.0.002786

35. Petrofsky M., Bermudez L.E. CD4+ T cells but Not CD8+ or gammadelta+ lymphocytes are required for host protection against Mycobacterium avium infection and dissemination through the intestinal route. Infect. Immun., 2005, vol. 73, no. 5, pp. 26212627. doi: 10.1128/IAI.73.5.2621-2627.2005

36. Philalay J.S. Palermo C.O., Hauge A.K., Rustad T.R., Cangelosi G.A. Genes required for intrinsic multidrug resistance in Mycobacterium avium. J. Antimicrob. Agents Chemother., 2004, vol. 48, no. 9, pp. 3412-3418. doi: 10.1128/AAC.48.9.3412-3418.2004

37. Rindi L., Lari N., Garzelli C. Virulence of Mycobacterium avium Subsp. hominissuis Human Isolates in an in vitro Macrophage Infection Model. Int. J. Mycobacteriol., 2018, vol. 7, no. 1, pp. 48-52. doi: 10.4103/ijmy.ijmy_11_18

38. Ritacco V., Kremer K., Laan T., Pijnenburg J.E., Haas P.E., Van Soolingen D. Use of IS901 and IS1245 in RFLP typing of Mycobacterium avium complex: relatedness among serovar reference strains, human and animal isolates. Int. J. Tuberc. Lung Dis., 1998, vol. 2, no. 3, pp. 242-251.

39. Rose S.J., Bermudez L.E. Mycobacterium avium biofilm attenuates mononuclear phagocyte function by triggering hyperstimulation and apoptosis during early infection. Infect. Immun., 2014, vol. 82, no. 1, pp. 405-412. doi: 10.1128/IAI.00820-13

40. Sherman D.R., Sabo P.J., Hickey M.J., Arain T.M., Mahairas G.G., Yuan Y., Barry C.E. 3rd, Stover C.K. Disparate responses to oxidative stress in saprophytic and pathogenic mycobacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1995, vol. 92, no. 14, pp. 6625- 6629. doi: 10.1073/pnas.92.14.6625

41. Uchiya K., Takahashi H., Nakagawa T., Yagi T., Moriyama M., Inagaki T., Ichikawa K., Nikai T., Ogawa K. Characterization of a Novel Plasmid, pMAH135, from Mycobacterium avium subsp. hominissuis. PLoS One, 2015, vol.10, no. 2: e0117797. doi: 10.1371/journal.pone.0117797

42. Uchiya K., Takahashi H., Yagi T., Moriyama M., Inagaki T., Ichikawa K., Nakagawa T., Nikai T., Ogawa K. Comparative genome analysis of Mycobacterium avium revealed genetic diversity in strains that cause pulmonary and disseminated disease. PLoS One, 2013, vol. 8, no. 8: e71831. doi: 10.1371/journal.pone.0071831

43. Uchiya K., Tomida S., Nakagawa T., Asahi S., Nikai T., Ogawa K. Comparative genome analyses of Mycobacterium avium reveal genomic features of its subspecies and strains that cause progression of pulmonary disease. Sci. Rep., 2017, vol. 7: 39750. doi: 10.1038/srep39750

44. Wu M.L., Aziz D.B., Dartois V., Dick T. NTM drug discovery: status, gaps and the way forward. DrugDiscov. Today, 2018, vol. 23, no. 8,pp. 1502-1519. doi: 10.1016/j.drudis.2018.04.001

45. Yakrus M.A., Good R.C. Geographic distribution, frequency, and specimen source of Mycobacterium avium complex serotypes isolated from patients with acquired immunodeficiency syndrome. J. Clin. Microbiol., 1990, vol. 28, no. 5, pp. 926-929.

46. Yakrus M.A., Reeves M.W., Hunter S.B. Characterization of isolates of Mycobacterium avium serotypes 4 and 8 from patients with AIDS by multilocus enzyme electrophoresis. J. Clin. Microbiol., 1992, vol. 30, no. 6, pp. 1474—1478.

47. Yamazaki Y., Danelishvili L., Wu M., MacNab M., Bermudez L.E. Mycobacterium avium genes associated with the ability to form a biofilm. Appl. Environ. Microbiol., 2006, vol. 72, no. 1,pp. 819—825. doi: 10.1128/AEM.72.1.819-825.2006

48. Yoon J.H., Kim E.C., Kim J.S., Song E.Y., Yi J., Shin S. Possession of the macrophage-induced gene by isolates of the Mycobacterium avium complex is not associated with significant clinical disease. J. Med. Microbiol., 2009, vol. 58, no. 2, pp. 256—260. doi: 10.1099/jmm.0.001958-0


Дополнительные файлы

1. Неозаглавлен
Тема
Тип Прочее
Скачать (16KB)    
Метаданные
2. Неозаглавлен
Тема
Тип Прочее
Скачать (14KB)    
Метаданные
3. Неозаглавлен
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (57KB)    
Метаданные
4. Неозаглавлен
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (15KB)    
Метаданные
5. Неозаглавлен
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (21KB)    
Метаданные
6. список литературы_таблица
Тема
Тип Прочее
Скачать (B)    
Метаданные
7. Список литературы
Тема
Тип Прочее
Скачать (26KB)    
Метаданные
8. Текст статьи_правка1
Тема
Тип Прочее
Скачать (37KB)    
Метаданные
9. Резюме_правка2
Тема
Тип Прочее
Скачать (16KB)    
Метаданные
10. Титульный лист_редакт.
Тема
Тип Прочее
Скачать (16KB)    
Метаданные
11. Текст статьи_редакт.
Тема
Тип Прочее
Скачать (40KB)    
Метаданные
12. Список литературы_таблица_редакт
Тема
Тип Прочее
Скачать (27KB)    
Метаданные
13. Текст статьи_редакт. новое
Тема
Тип Прочее
Скачать (40KB)    
Метаданные
14. титульный лист_метаданные
Тема
Тип Прочее
Скачать (17KB)    
Метаданные
15. Рисунок_1 Локализация основных детерминант вирулентности на хромосоме M. avium 104
Тема
Тип Прочее
Скачать (B)    
Метаданные
16. Рисунок_1 Локализация основных детерминант вирулентности на хромосоме M. avium 104
Тема
Тип Прочее
Скачать (253KB)    
Метаданные
17. Описание рисунка
Тема
Тип Прочее
Скачать (B)    
Метаданные
18. Описание рисунка
Тема
Тип Прочее
Скачать (13KB)    
Метаданные
19. список литературы
Тема
Тип Прочее
Скачать (27KB)    
Метаданные
20. Статья
Тема
Тип Прочее
Скачать (41KB)    
Метаданные
21. Резюме
Тема
Тип Прочее
Скачать (16KB)    
Метаданные
22. Подписи авторов
Тема
Тип Прочее
Скачать (6MB)    
Метаданные
23. ответ на рецензии
Тема
Тип Прочее
Скачать (19KB)    
Метаданные
24. Издательство
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (247KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Старкова Д.А., Нарвская О.В. Генетические детерминанты вирулентности и лекарственной устойчивости Mycobacterium avium subsp. hominissuis — возбудителя микобактериоза человека. Инфекция и иммунитет. 2020;10(1):26-34. https://doi.org/10.15789/2220-7619-GDO-1220

For citation:


Starkova D.A., Narvskaya O.V. Genetic determinants of virulence and drug resistance of Mycobacterium avium subsp. hominissuis — a causative agent of mycobacteriosis in humans. Russian Journal of Infection and Immunity. 2020;10(1):26-34. (In Russ.) https://doi.org/10.15789/2220-7619-GDO-1220

Просмотров: 210


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-7619 (Print)
ISSN 2313-7398 (Online)