Характеристика генома Mycobacterium tuberculosis генотипа Beijing кластера 100-32 с пре-широкой лекарственной устойчивостью

Проведено полногеномное секвенирование штамма М. tuberculosis 11502 (база биообразцов NCBI, код доступа SAMN17832565), отнесенного, на основании структуры MIRU-VNTR локусов (n = 24), к генотипу Beijing подтипу B0/W148 кластеру 100-32 и проявлявшего пре-широкую лекарственную устойчивость. Штамм М. tuberculosis 11502 был резистентен к изониазиду, рифампицину, этамбутолу, левофлоксацину, этионамиду, что коррелировало с присутствием в резистоме мутаций в соответствующих генах: к рифампицину – мутации в генах rpoB (p.S450L), rpoC (p.I491T), к изониазиду – в промоторе гена fabG1 (g.-8T>C), промоторе katG (p.S315T), к этионамиду – в ethA (делеция Т в положении 4 335 027 (gatgc-gagc)); к фторхинолонам – в гене gyrA (p.D94G); к этамбутолу – в embB (p.M306I), к стрептомицину – в rpsL (p.K43R). Геном М. tuberculosis 11502 (код доступа GenBank NCBI – CP070338) содержит 4 420 561 пару оснований, 4 104 гена, 4 053 кодирующие последовательности (кодирующие белки – 3 874) и отличается от референтного штамма М. tuberculosis H37Rv присутствием 2 055 мутаций, при этом зарегистрирован незначительный дрейф мутаций в сторону накопления G+C, что свидетельствует о важности поддержания высокого содержания G+C в геноме микобактерий. Геном М. tuberculosis 11502 имеет большее количество мутаций в сравнении с ранее секвенированным штаммом М. tuberculosis 4860 (код доступа в GenBank, NCBI: CP053092.1), относящимся к генотипу LAM (2055 против 1577 мутаций), что может быть результатом более длительной или более активной циркуляции М. tuberculosis 11502, или существования биологических особенностей, обеспечивающих промутагенный эффект.

1. Allué-Guardia, A. Evolution of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis strains and their adaptation to the human lung environment / А. Allué-Guardia, J. I. García, J. B. Torrelles // Front. Microbiol. – 2021. – Vol. 12. – Art. 612675. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.612675

2. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence / S. T. Cole [et al.] // Nature. – 1998. – Vol. 393. – P. 537–544. https://doi.org/10.1038/31159

3. Biofilm formation in the lung contributes to virulence and drug tolerance of Mycobacterium tuberculosis / P. Chakraborty [et al.] // Nat. Commun. – 2021. – Vol. 12, N 1. – Art. 1606. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21748-6

4. Evolution and diversity of clonal bacteria: the paradigm of Mycobacterium tuberculosis / T. Dos Vultos [et al.] // PloS One. – 2008. – Vol. 3, N 2. – Art. e1538. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0001538

5. Rapid detection of Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype strains by real-time PCR / D. Hillemann [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2006. – Vol. 44, N 2. – P. 302–306. https://doi.org/10.1128/jcm.44.2.302-306.2006

6. Russian “successful” clone B0/W148 of Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype: a multiplex PCR assay for rapid detection and global screening / I. Mokrousov [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2012. – Vol. 50, N 11. – P. 3757–3759. https://doi.org/10.1128/jcm.02001-12

7. JSpeciesWS: a web server for prokaryotic species circumscription based on pairwise genome comparison / M. Richter [et al.] // Bioinformatics. – 2016. – Vol. 32, N 6. – P. 929–931. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv681

8. Hershberg, R. Evidence that mutation is universally biased towards AT in bacteria / R. Hershberg, D. Petrov // PLoS Genetics. – 2010. – Vol. 6, N 9. – Art. e1001115. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001115

9. Seward, E. A. Dietary nitrogen alters codon bias and genome composition in parasitic microorganisms / E. A. Seward, S. Kelly // Genome Biology. – 2016. – Vol. 17, N 1. – Art. 226. https://doi.org/10.1186/s13059-016-1087-9

10. Restricted structural gene polymorphism in the Mycobacterium tuberculosis complex indicates evolutionarily recent global dissemination / S. Sreevatsan [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 1997. – Vol. 94, N 18. – P. 9869–9874. https://doi.org/10.1073/pnas.94.18.9869

11. Relationship between Mycobacterium tuberculosis genotype and the clinical phenotype of pulmonary and meningeal tuberculosis / G. Thwaites [et al.] // J. Clin. Microbiol. – 2008. – Vol. 46, N 4. – P. 1363–1368. https://doi.org/10.1128/jcm.02180-07

12. Tuberculous spondylitis in Russia and prominent role of multidrug-resistant clone Mycobacterium tuberculosis Beijing B0/W148 / A. Vyazovaya [et al.] // Antimicrob. Agents Chemother. – 2015. – Vol. 59, N 4. – P. 2349–2357. https://doi.org/10.1128/aac.04221-14

13. A marked difference in pathogenesis and immune response induced by different Mycobacterium tuberculosis genotypes / B. Lopez [et al.] // Clinical Experimental Immunology. – 2003. – Vol. 133, N 1. – P. 30–37. https://doi.org/10.1046/j.1365-2249.2003.02171.x

14. Emergence of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis of the Beijing lineage in Portugal and Guinea-Bissau: a snapshot of moving clones by whole-genome sequencing / J. Perdigão [et al.] // Emerging Microbes Infections. – 2020. – Vol. 9, N 1. – P. 1342–1353. https://doi.org/10.1080/22221751.2020.1774425

15. Population structure of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis in Central Asia / A. Engström [et al.] // BMC Infectious Diseases. – 2019. – Vol. 19, N 1. – Art. 908. https://doi.org/10.1186/s12879-019-4480-7