Preview

Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии

Расширенный поиск

Определение чувствительности Mycobacterium tuberculosis к противотуберкулёзным препаратам с помощью полногеномного секвенирования и программного обеспечения «Mykrobe»

https://doi.org/10.36233/0372-9311-191

Полный текст:

Аннотация

Введение. Чувствительность Mycobacterium tuberculosis к противотуберкулёзным препаратам устанавливается с помощью фенотипических и молекулярных методов. Анализ целого генома штаммов M. tuberculosis даёт возможность предсказывать резистентность к лекарствам для большого числа медикаментов. Для этого разработано несколько видов программного обеспечения.
Цель работы - определить чувствительность M. tuberculosis к антитуберкулёзным препаратам с помощью фенотипического и генотипического анализа, а также полногеномного секвенирования с использованием программного обеспечения «Mykrobe».
Материалы и методы. Исследовали 34 мультирезистентных штамма M. tuberculosis, выделенных из клинических материалов 34 пациентов в Болгарии. Все они были подтверждены фенотипически с помощью «BACTEC MGIT 960 System». Для определения резистентности к противотуберкулёзным средствам первого и второго ряда пользовались тестами для линейной гибридизации «Geno Type MTBDR plus v.1.0» и «Geno Type MTBDR sl v.1.0». Штаммы M. tuberculosis секвенировали с помощью «MiSeq». Для электронной резистограммы применяли программное обеспечение «Mykrobe v.0.8.1».
Результаты. Все три метода — фенотипический анализ, генетический анализ и электронная резистограмма с помощью программного обеспечения «Mykrobe» — дали сопоставимые результаты чувствительности/резистентности исследуемых штаммов. Все фенотипически доказанные штаммы, резистентные к рифампицину и изониазиду, были подтверждены на 100% с помощью программного обеспечения «Mykrobe». Мутация С-15Т является маркером для резистентности к изониазиду у исследуемых нами штаммов со сполиготипом SIT41. Мы наблюдали 75% (21/28) совпадения результатов по «BACTEC» и «Mykrobe» в отношении резистентности к этамбутолу. Фенотипически 87% (n = 27) штаммов были устойчивы к стрептомицину, и лишь 59% (n = 19) доказаны программным обеспечением «Mykrobe» как таковые. Сравнивая фенотипическую и генотипическую резистентность к офлоксацину, амикацину и канамицину, мы наблюдали совпадение результатов на 100%.
Выводы. Секвенирование целого генома относительно дорого и трудоёмко, но представляет собой ценный инструмент эпидемиологического генотипирования и определения восприимчивости к лекарственным средствам.

Об авторах

V. Tolchkov
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Vladimir Tolchkov - PhD, assistant professor, National Reference Laboratory (NRL) for high risk bacterial infections

Sofia



Y. Hodzhev
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Yordan Hodzhev - PhD student, NRL for high-risk bacterial infections

Sofia



B. Tsafarova
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Borislava Tsafarova - PhD student, NRL for high-risk bacterial infections

Sofia



E. Bachiyska
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Elizabeta Bachiyska - PhD, Associate Professor, Head, NRL for tuberculosis

Sofia



Yu. Atanasova
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Yuliana Atanasova - PhD student, biologist, NRL for tuberculosis

Sofia



A. Baykova
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Ana Baykova - biologist, NRL for tuberculosis

Sofia



S. Yordanova
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Stanislava Yordanova - PhD, Assistant Professor, NRL for tuberculosis

Sofia



A. Trovato
WHO Collaborating Centre and TB Supranational Reference Laboratory San Raffaele Scientific Institute
Италия

Alberto Trovato - PhD, senior researcher

Milano



D. Cirillo
WHO Collaborating Centre and TB Supranational Reference Laboratory San Raffaele Scientific Institute
Италия

Daniela Cirillo - PhD, Head

Italy



S. Panaiotov
Department of Microbiology, National Centre of Infectious and Parasitic Diseases
Болгария

Stefan Panaiotov - DSc, professor

Sofia



Список литературы

1. WHO. European Centre for Disease Prevention and Control, WHO Regional Office for Europe. Tuberculosis surveillance and monitoring in Europe 2021 – 2019 data. Copenhagen; 2021. Available at: https://www.ecdc.europa.eu/en/publications-data/tuberculosissurveillance-and-monitoring-europe-2021-2019-data

2. Jagielski T. Partnership to Fight Against TB in Central and Eastern Europe (FATE). FATE: the new partnership to Fight Against TB in Central and Eastern Europe. Lancet Infect. Dis. 2017; 17(4): 363. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(17)30120-2

3. Milanov V., Falzon D., Zamfirova M., Varleva T., Bachiyska E., Koleva A., et al. Factors associated with treatment success and death in cases with multidrug-resistant tuberculosis in Bulgaria, 2009–2010. Int. J. Mycobacteriol. 2015; 4(2): 131–7. https://doi.org/10.1016/j.ijmyco.2015.03.005

4. Yordanova S., Baykova A., Atanasova Y., Todorova Y., Bachiyska E. Isoniazid-monoresistant tuberculosis in Bulgaria. Probl. Inf. Parasit. Dis. 2020; 48(1): 21–4. Available at: https://pipd.ncipd.org/index.php/pipd/article/view/29

5. Singh A., Prasad R., Balasubramanian V., Gupta N. Drug-resistant tuberculosis and HIV infection: current perspectives. HIV AIDS (Auckl.). 2020; 12: 9–31. https://doi.org/10.2147/HIV.S193059

6. van der Werf M.J., Ködmön C., Zucs P., Hollo V., Amato-Gauci A.J., Pharris A. Tuberculosis and HIV coinfection in Europe: looking at one reality from two angles. AIDS. 2016; 30(18): 2845–53. https://doi.org/10.1097/QAD.0000000000001252

7. Yancheva-Petrova N.A., Milanov V., Strashimirov D., Kostadinov D. Case of an HIV-positive patient co-infected with multidrug-resistant tuberculosis. Probl. Inf. Parasit. Dis. 2019; 47(1): 21. Available at: https://pipd.ncipd.org/index.php/pipd/article/view/47_1_4_CASE_OF_AN_HIV-_POSITIVE_PATIENT_CO-INFECTED_WITH_MULTIDR

8. Miotto P., Tessema B., Tagliani E., Chindelevitch L., Starks A.M., Emerson C., et al. A standardized method for interpreting the association between mutations and phenotypic drug resistance in Mycobacterium tuberculosis. Eur. Respir. J. 2017; 50(6): 1701354. https://doi.org/10.1183/13993003.01354-2017

9. Satta G., Atzeni A., McHugh T.D. Mycobacterium tuberculosis and whole genome sequencing: a practical guide and online tools available for the clinical microbiologist. Clin. Microbiol. Infect. 2017; 23(2): 69–72. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2016.09.005

10. Papaventsis D., Casali N., Kontsevaya I., Drobniewski F., Cirillo D.M., Nikolayevskyy V. Whole genome sequencing of Mycobacterium tuberculosis for detection of drug resistance: a systematic review. Clin. Microbiol. Infect. 2017; 23(2): 61–8. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2016.09.008

11. Tagliani E., Anthony R., Kohl T.A., de Neeling A., Nikolayevskyy V., Ködmön C., et al. Use of a whole genome sequencing- based approach for Mycobacterium tuberculosis surveillance in Europe in 2017–2019: An ECDC pilot study. Eur. Respir. J. 2020; 57(1): 2002272. https://doi.org/10.1183/13993003.02272-2020

12. Hunt M., Mather A.E., Sánchez-Busó L., Page A.J., Parkhill J., Keane J.A., et al. ARIBA: rapid antimicrobial resistance genotyping directly from sequencing reads. Microb. Genom. 2017; 3(10): e000131. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000131

13. Yang Y., Jiang X., Chai B., Ma L., Li B., Zhang A., et al. ARGs-OAP: online analysis pipeline for antibiotic resistance genes detection from metagenomic data using an integrated structured ARG-database. Bioinformatics. 2016; 32(15): 2346–51. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btw136

14. Gupta S.K., Padmanabhan B.R., Diene S.M., Lopez-Rojas R., Kempf M., Landraud L., et al. ARG-ANNOT, a new bioinformatic tool to discover antibiotic resistance genes in bacterial genomes. Antimicrob. Agents Chemother. 2014; 58(1): 212–20. https://doi.org/10.1128/AAC.01310-13

15. Iwai H., Kato-Miyazawa M., Kirikae T., Miyoshi-Akiyama T. CASTB (the comprehensive analysis server for the Mycobacterium tuberculosis complex): A publicly accessible web server for epidemiological analyses, drug-resistance prediction and phylogenetic comparison of clinical isolates. Tuberculosis (Edinb.). 2015; 95(6): 843–4. https://doi.org/10.1016/j.tube.2015.09.002

16. Steiner A., Stucki D., Coscolla M., Borrell S., Gagneux S. KvarQ: targeted and direct variant calling from fastq reads of bacterial genomes. BMC Genomics. 2014; 15(1): 881. https://doi.org/10.1186/1471-2164-15-881

17. Kohl T.A., Utpatel C., Schleusener V., De Filippo M.R., Beckert P., Cirillo D.M., et al. MTBseq: a comprehensive pipeline for whole genome sequence analysis of Mycobacterium tuberculosis complex isolates. PeerJ. 2018; 6: e5895. https://doi.org/10.7717/peerj.5895

18. Feuerriegel S., Schleusener V., Beckert P., Kohl T.A., Miotto P., Cirillo D.M., et al. PhyResSE: a web tool delineating Mycobacterium tuberculosis antibiotic resistance and lineage from whole-genome sequencing data. J. Clin. Microbiol. 2015; 53(6): 1908–14. https://doi.org/10.1128/JCM.00025-15

19. Davis J.J., Boisvert S., Brettin T., Kenyon R.W., Mao C., Olson R., et al. Antimicrobial resistance prediction in PATRIC and RAST. Sci. Rep. 2016; 6(1): 27930. https://doi.org/10.1038/srep27930

20. Zankari E., Hasman H., Cosentino S., Vestergaard M., Rasmussen S., Lund O., et al. Identification of acquired antimicrobial resistance genes. J. Antimicrob. Chemother. 2012; 67(11): 2640–4. https://doi.org/10.1093/jac/dks261

21. McArthur A.G., Waglechner N., Nizam F., Yan A., Azad M.A., Baylay A.J., et al. The comprehensive antibiotic resistance database. Antimicrob. Agents Chemother. 2013; 57(7): 3348–57. https://doi.org/10.1128/AAC.00419-13

22. Inouye M., Dashnow H., Raven L.A., Schultz M.B., Pope B.J., Tomita T., et al. SRST2: Rapid genomic surveillance for public health and hospital microbiology labs. Genome Med. 2014; 6(11): 90. https://doi.org/10.1186/s13073-014-0090-6

23. de Man T.J., Limbago B.M. SSTAR, a stand-alone easy-to-use antimicrobial resistance gene predictor. mSphere. 2016; 1(1): e00050-15. https://doi.org/10.1128/mSphere.00050-15

24. Phelan J.E., Lim D.R., Mitarai S., de Sessions P.F., Tujan M.A.A., Reyes L.T., et al. Mycobacterium tuberculosis whole genome sequencing provides insights into the Manila strain and drug-resistance mutations in the Philippines. Sci. Rep. 2019; 9(1): 9305. https://doi.org/10.1038/s41598-019-45566-5

25. Coll F., McNerney R., Preston M.D., Guerra-Assunção J.A., Warry A., Hill-Cawthorne G., et al. Rapid determination of anti-tuberculosis drug resistance from whole-genome sequences. Genome Med. 2015; 7(1): 51. https://doi.org/10.1186/s13073-015-0164-0

26. Hunt M., Bradley P., Lapierre S.G., Heys S., Thomsit M., Hall M.B., et al. Antibiotic resistance prediction for Mycobacterium tuberculosis from genome sequence data with Mykrobe. Wellcome Open Res. 2019; 4: 191. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15603.1

27. van Soolingen D., de Haas P.E., Hermans P.W., van Embden J.D. DNA fingerprinting of Mycobacterium tuberculosis. Methods Enzymol. 1994; 235: 196–205. https://doi.org/10.1016/0076-6879(94)35141-4

28. Bradley P., Gordon N., Walker T., Dunn L., Heys S., Huang B., et al. Rapid antibiotic-resistance predictions from genome sequence data for Staphylococcus aureus and Mycobacterium tuberculosis. Nat. Commun. 2015; 6: 10063. https://doi.org/10.1038/ncomms10063

29. Panaiotov S., Hodzhev Y., Tolchkov V., Tsafarova B., Mihailov A., Stefanova T. Complete genome sequence, genome stability and phylogeny of the vaccine strain Mycobacterium bovis BCG SL222 Sofia. Vaccines (Basel). 2021; 9(3): 237. https://doi.org/10.3390/vaccines9030237

30. Bachiyska E., Yordanova S., Atanasova Y. Phenotypic and genetic characterization of tuberculosis strains in Bulgaria in 2011. InSpiro. 2013; (1): 38–41. (in Bulgarian)

31. Panaiotov S., Bachiyska E., Yordanova S. Genetic biodiversity of sensitive and multi-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis in Bulgaria. Med. Rev. 2016; 52(3): 47–54. (in Bulgarian)

32. Yordanova S., Bachiyska E., Atanasova Y. Multidrug resistant tuberculosis in Bulgaria — microbiological aspects. Probl. Inf. Parasit. Dis. 2013; 41: 5–8.

33. Bachiyska E., Yordanova S., Atanasova Y. Multi drug resistant tuberculosis in Bulgaria — gene mutations associated. InSpiro. 2016; 37: 36–40. (in Bulgarian)

34. Yordanova S., Bachiyska E., Atanasova Y. MDR-TB with additional fluoroquinolone resistance in Bulgaria. Probl. Inf. Paras. Dis. 2015; 43(2): 8–11.

35. Kohl T.A., Utpatel C., Schleusener V., De Filippo M.R., Beckert P., Cirillo D.M., et al. MTBseq: a comprehensive pipeline for whole genome sequence analysis of Mycobacterium tuberculosis complex isolates. PeerJ. 2018; 6: e5895. https://doi.org/10.7717/peerj.5895


Рецензия

Просмотров: 46


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


ISSN 0372-9311 (Print)
ISSN 2686-7613 (Online)