Секвенирование следующего поколения лекарственноустойчивых клинических изолятов Mycobacterium tuberculosis в странах с низким уровнем заболеваемости

Лекарственноустойчивый туберкулез (ЛУ-ТБ), особенно ТБ с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ-ТБ) и ТБ с широкой лекарственной устойчивостью (ШЛУ-ТБ), до сих пор представляет серьезную проблему глобального контроля ЛУ-ТБ. Словения и Северная Македония являются странами с низким низким уровнем заболеваемости ЛУ-ТБ, которые в 2017 г. составили 5,4 и 10,4 на 100 тыс. населения, соответственно. В обеих странах доля ЛУ-ТБ крайне низка, выявляются лишь спорадические случаи МЛУ-ТБ. Однако глобальный уровень ЛУ-ТБ продолжает расти, оказывая существенное влияние на систему здравоохранения, а также способствуя обнаружению генетических вариантов, связанных с ЛУ-ТБ. Секвенирование следующего поколения (next generation sequencing [NGS]) может предоставить возможность глубокого анализа генетических вариаций, ассоциированных с лекарственной устойчивостью Mycobacterium tuberculosis. Целью настоящего исследования была оценка применимости анализа таких генов (inhA, katG, rpoB, embB) с использованием технологии Ion Torrent и сравнения данных NGS и стандартного фенотипического определения лекарственной чувствительности (drug susceptibility testing [DST]) изолятов ЛУ-ТБ. Было проведено ретроспективное исследование 56 ЛУ-ТБ штаммов, полученных в течение 1996–2017 гг. из Национальной коллекции культур микобактерий (Голник, Словения). Из них, 33 изолята было получено от пациентов из Словении из различных клинических образцов, подвергнутых фенотипическому тестированию DST в Лаборатории микобактерий (University Clinic Golnik, Slovenia). Остальные 23 изолята были выделены от пациентов из Северной Македонии, и переданы в нашу лабораторию для помощи в проведении тестирования DST. ЛУТБ штаммы обладали моно-, полиили множественной лекарственной устойчивостью. В качестве контрольных образцов были использованы случайным образом отобранные пять штаммов, чувствительных к противотуберкулезным препаратам первого ряда. В результате, показана высокая степень соответствия между генетическими (Ion Torrent) данными и результатами стандартного фенотипического DST для изониазида, рифампицина и этамбутола, с показателем согласия 77, 93,4 и 93,3%, чувствительностью — 68,2, 100 и 100%, специфичностью — 100, 80 и 88,2% соответственно. Таким образом, генотипическое тестирование лекарственной устойчивости с применением NGS в формате полупроводниковой технологии Ion Torrent успешно выявило лекарственную устойчивость с резким сокращением времени, необходимого для получения профиля резистентности — с нескольких недель до двух дней.

1. Cegielski J.P., Kurbatova E., van der Walt M., Brand J., Ershova J., Tupasi T., Caoili J.C., Dalton T., Contreras C., Yagui M., Bayona J., Kvasnovsky C., Leimane V., Kuksa L., Chen M.P., Via L.E., Hwang S.H., Wolfgang M., Volchenkov G.V., Somova T., Smith S.E., Akksilp S., Wattanaamornkiet W., Kim H.J., Kim C.K., Kazennyy B.Y., Khorosheva T., Kliiman K., Viiklepp P., Jou R., Huang A.S., Vasilyeva I.A., Demikhova O.V.; Global PETTS Investigators, Lancaster J., Odendaal R., Diem L., Perez T.C., Gler T., Tan K., Bonilla C., Jave O., Asencios L., Yale G., Suarez C., Walker A.T., Norvaisha I., Skenders G., Sture I., Riekstina V., Cirule A., Sigman E., Cho S.N., Cai Y., Eum S., Lee J., Park S., Jeon D., Shamputa I.C., Metchock B., Kuznetsova T., Akksilp R., Sitti W., Inyapong J., Kiryanova E.V., Degtyareva I., Nemtsova E.S., Levina K., Danilovits M., Kummik T., Lei Y.C., Huang W.L., Erokhin V.V., Chernousova L.N., Andreevskaya S.N., Larionova E.E., Smirnova T.G. Multidrug-resistant tuberculosis treatment outcomes in relation to treatment and initial versus acquired second-line drug resistance. Clin. Infect. Dis., 2016, vol. 62, no. 4, pp. 418–430.

2. European Centre for Disease Prevention and Control. Molecular typing for surveillance of multidrug-resistant tuberculosis in the EU/EEA – January 2016. Stockholm: ECDC, 2016.

3. European Centre for Disease Prevention and Control/WHO Regional Office for Europe. Tuberculosis surveillance and monitoring in Europe 2018. 2016 data. 206 p. URL: https://www.ecdc.europa.eu/sites/portal/files/documents/ecdc-tuberculosis-surveillance-monitoring-Europe-2018-19mar2018.pdf

4. Global tuberculosis report 2017. Geneva: World Health Organization, 2017. 295 p. URL: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/329368/9789241565714-eng.pdf?ua=1

5. Hazbón M.H., Bobadilla del Valle M., Guerrero M.I., Varma-Basil M., Filliol I., Cavatore M., Colangeli R., Safi H., Billman-Jacobe H., Lavender C., Fyfe J., García-García L., Davidow A., Brimacombe M., León C.I., Porras T., Bose M., Chaves F., Eisenach K.D., Sifuentes-Osornio J., Ponce de León A., Cave M.D., Alland D. Role of embB codon 306 mutations in Mycobacterium tuberculosis revisited: a novel association with broad drug resistance and IS6110 clustering rather than ethambutol resistance. Antimicrob. Agents Chemother., 2005, vol. 49, no. 9, pp. 3794–3802. doi: 10.1128/AAC.49.9.3794-3802.2005

6. Hazbón M.H., Brimacombe M., Bobadilla del Valle M., Cavatore M., Guerrero M.I., Varma-Basil M., Billman-Jacobe H., Lavender C., Fyfe J., García-García L., León C.I., Bose M., Chaves F., Murray M., Eisenach K.D., Sifuentes-Osornio J., Cave M.D., Ponce de León A., Alland D. Population genetics study of isoniazid resistance mutations and evolution of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis. Antimicrob. Agents. Chemother., 2006, vol. 50, no. 8, pp. 2640–2649. doi: 10.1128/AAC.00112-06

7. Kim S.Y., Park Y.J., Kim W.I., Lee S.H., Ludgerus Chang C., Kang S.J., Kang C.S. Molecular analysis of isoniazid resistance in Mycobacterium tuberculosis isolates recovered from South Korea. Diagn. Microbiol. Infect. Dis., 2003, vol. 47, no. 3, pp. 497–502.

8. Mokrousov I., Otten T., Vyshnevskiy B., Narvskaya O. Detection of embB306 mutations in ethambutol-susceptible clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis from Northwestern Russia: implications for genotypic resistance testing. J. Clin. Microbiol., 2002, vol. 40, no. 10, pp. 3810–3813.

9. Park J., Jang W., Kim M., Kim Y., Shin S.Y., Park K., Kim M.S., Shin S.J. Molecular drug resistance profiles of Mycobacterium tuberculosis from sputum specimens using ion semiconductor sequencing. Microbiol. Methods, 2018, vol. 145, pp. 1–6. doi: 10.1016/j.mimet.2017

10. Park J., Shin S.Y., Kim K., Park K., Shin S., Ihm C. Determining Genotypic Drug Resistance by Ion Semiconductor Sequencing With the Ion AmpliSeq™ TB Panel in Multidrug-Resistant Mycobacterium tuberculosis Isolates. Ann. Lab. Med., 2018, vol. 38, no. 4, pp. 316–323. doi: 10.3343/alm.2018.38.4.316

11. Sandgren A., Strong M., Muthukrishnan P., Weiner B.K., Church G.M., Murray M.B. Tuberculosis drug resistance mutation database. PLoS Med., 2009, vol. 6, no. 2: e2. doi: 10.1371/journal.pmed.1000002

12. Seifert M., Catanzaro D., Catanzaro A., Rodwell T.C. Genetic mutations associated with isoniazid resistance in Mycobacterium tuberculosis: a systematic review. PLoS One, 2015, vol. 10, no. 3: e0119628. doi: 10.1371/journal.pone.0119628

13. Somerville W., Thibert L., Schwartzman K., Behr M. A. Extraction of Mycobacterium tuberculosis DNA: a question of containment. J. Clin. Microbiol., 2005, vol. 43, pp. 2996–2997. doi: 10.1128/JCM.43.6.2996-2997.2005

14. Unissa A.N., Subbian S., Hanna L.E., Selvakumar N. Overview on mechanisms of isoniazid action and resistance in Mycobacterium tuberculosis. Infect. Genet. Evol., 2016, vol. 45, pp. 474–492. doi: 10.1016/j.meegid.2016.09.004

15. Zaw M.T., Emran N.A., Lin Z.J. Mutations inside rifampicin-resistance determining region of rpoB gene associated with rifampicin-resistance in Mycobacterium tuberculosis. Infect. Public. Health., 2018, vol. 11, no. 5, pp. 605–610. doi: 10.1016/j.jiph.2018.04.005

16. Zignol M., Cabibbe A.M., Dean A.S., Glaziou P., Alikhanova N., Ama C., Andres S., Barbova A., Borbe-Reyes A., Chin D.P., Cirillo D.M., Colvin C., Dadu A., Dreyer A., Driesen M., Gilpin C., Hasan R., Hasan Z., Hoffner S., Hussain A., Ismail N., Kamal S.M.M., Khanzada F.M., Kimerling M., Kohl T.A., Mansjö M., Miotto P., Mukadi Y.D., Mvusi L., Niemann S., Omar S.V., Rigouts L., Schito M., Sela I., Seyfaddinova M., Skenders G., Skrahina A., Tahseen S., Wells W.A., Zhurilo A., Weyer K., Floyd K., Raviglione M.C. Genetic sequencing for surveillance of drug resistance in tuberculosis in highly endemic countries: a multi-country population-based surveillance study. Lancet. Infect. Dis., 2018, vol. 18, no. 6, pp. 675–683. doi: 10.1016/S1473-3099(18)30073-2