Генетическая вариабельность генов, связанная с вирулентностью вакцинных штаммов и клинических изолятов Bordetella pertussis, в Беларуси

Цель исследования. Оценить генетическую дивергенцию между вакцинными штаммами и клиническими изолятами B. pertussis на основании анализа генетической структуры 7 вирулентно-ассоциированных генов.

Материал и методы. Проведено секвенирование фрагментов генов ptxA, ptxC, ptxP, prn, fctA, fim2, fim3 у 14 клинических изолятов B. pertussis, вызвавших заболевания коклюшем в 2009—2014 гг.

Результаты. Все 14 клинических изолятов имели новые невакцинные ptxA1 и ptxC2 аллели генов ptxA, ptxC. Двенадцать из 14 изолятов имели невакцинные ptxP3, ptxP21 аллели промоторной области коклюшного токсина, 2 изолята — вакцинный ptxP1 аллель. Также 12 из 14 изолятов имели невакцинный prn2 аллель гена prn и 2изолята— вакцинный prn1 аллель. В структуре генов fim2 и fim3 большая часть изолятов (12 из 14 и 9 из 14) имели вакцинные fim2-1 и fim3-1 аллели генов. Невакцинные аллели генов fim2 и fim3 имели только 2 и 5 изолятов соответственно. В структуре гена tcfA все современные штаммы имели вакцинный fctA2 аллель.

Заключение. Выявлено несоответствие структуры по 6 из 7 анализируемых генетических детерминант, кодирующих субъединицы А-, В-комплексов и промоторную область коклюшного токсина, пертак- тин, фимбрии 2 и 3 у клинических изолятов B. pertussis, вызвавших заболевание коклюшем на современном этапе, и штаммов B. pertussis, используемых в производстве АКДС-вакцины. Адаптация B. pertussis в условиях вакцинации в нашей стране аналогична адаптации возбудителя в других странах с высоким охватом иммунизацией. В Беларуси, как и во многих других европейских странах, в популяции B. pertussis доминируют штаммы двух аллельных профилей: ptxA1-ptxC2-ptxP3-prn2-tcfA2-fim2-1-fim3-1 и ptxA1-ptxC2-ptxP3-prn2-tcfA2-fim2-1-fim3-2. Адаптация B. pertussis, вероятно, позволяет им успешно циркулировать, несмотря на интенсивную вакцинацию против коклюша.

Несмотря на массовую иммунизацию детского населения, коклюш остается серьезной причиной детской заболеваемости и смертности во всем мире. Первые сообщения о возрождении коклюша в популяциях с высоким охватом прививками появились в 1990-е годы [1]. С целью снижения заболеваемости коклюшем в ряде стран были проведены мероприятия по усилению существующих стратегий иммунизации, однако, несмотря на это, число регистрируемых случаев заболевания продолжало расти, особенно в США [2], Австралии [3], Новой Зеландии [4] и ряде европейских стран [5]. Среди вакциноуправляемых инфекций коклюш стал наиболее распространенным заболеванием [6, 7].

В Республике Беларусь специфическая массовая иммунизация детского населения вакциной АКДС, введенная в широкую практику в 1958—1960 гг., привела к резкому снижению заболеваемости, летальности и уменьшению тяжести течения болезни. Однако несмотря на очевидные успехи проводимой массовой иммунизации детского населения и высокий уровень охвата профилактическими прививками, до настоящего времени сохраняются подъемы и спады заболеваемости как за счет не привитых, так и привитых лиц. Увеличилась заболеваемость детей школьного возраста. Регистрируется высокая заболеваемость детей раннего возраста с тяжелым течением болезни [8].

В настоящее время широко изучаются и обсуждаются причины, лежащие в основе возрождения коклюша, такие как утрата вакциноиндуцированного иммунитета, адаптация возбудителя к условиям вакцинации, асимптоматическая трансмиссия В. pertussis от лиц, вакцинированных современными бесклеточными вакцинами, улучшение диагностики и сокращение охвата прививками [1, 7, 9, 10]. Генетическая дивергенция между вакцинными штаммами и клиническими изолятами В. pertussis, циркулирующими в мире в настоящее время, описана во многих исследованиях, которые были выполнены с использованием пульс-гель-электрофореза (РГвЕ), мультилокусного антиген-сик- венстипирования (MLST) и метода выявления тандемных повторов нуклеотидных последовательностей (MLVA) [11—19]. Впервые гипотеза бактериальной адаптации в условиях иммунологического пресса высказана F. R. Mooi и соавт. [20] с представлением данных сиквенса гена ptxA, кодирующего S1-субъединицу коклюшного токсина, гена prn, кодирующего пертактин, и в последнее время подтверждена выявлением нового аллеля (ptxP3) для промо- торной области коклюшного токсина, которая ассоциируется с повышенным уровнем токсинопродукции и ряда других вирулентно-ассоциированных белков [6, 21]. Проведенное секвенирование геномов 343 штаммов В. pertussis, изолированных в 19 странах в период с 1920 г. по 2010 г., показало, что адаптационные мутации появились еще в период использования клеточной противококлюшной вакцины и что вакцинация является главной движущей силой в изменении популяции возбудителя коклюша [22]. В результате использования при анализе геномов нескольких подходов, включая плотность единичных нуклеотидных замен и гомоплазию, установлено, что Bvg-активируемые гены и гены, кодирующие поверхностные белки, важны для адаптации возбудителя. Установлено, что наиболее вариабельны 4 (ptx, prn, fim2, fim3) из 5 генов, являющихся компонентами бесклеточных вакцин, что указывает на их участие в индуцировании протективного иммунитета, и согласующихся с селекцией возбудителя в результате иммунологического пресса [22]. Особое внимание было уделено изучению уровня экспрессии оперона ptx, кодирующего коклюшный токсин, который играет ведущую роль в развитии инфекционного процесса. В результате исследований выявлены точечные мутации в промоторе коклюшного токсина (ptxP), который является одним из компонентов регуляторной BvgAS-системы, а также в генах ptxA, ptxC, кодирующих S1-субъединицу А-комплекса и S3-субъединицу В-комплекса коклюшного токсина. Полиморфные локусы выявлены в гене tcfA, кодирующем уникальный антиген — фактор колонизации трахеи, относящийся к поверхностно-ассоциированным белкам В. pertussis, антитела к которому, вероятно, играют важную роль в обеспечении защиты [23, 24].

В настоящее время проведен анализ изменчивости возбудителя коклюша в условиях вакцинации в Республике Беларусь и ее отличительных особенностей. Для этого выполнен сравнительный анализ генетической структуры 7 генов вирулентности (ptxA, ptxC, ptxP, prn, tcfA, fim2, fim3) штаммов В. pertussis, используемых для производства коклюшного компонента АКДС-вакцины, со структурой этих генов у штаммов В. pertussis, циркулирующих в стране.

Адрес для корреспонденции:
Колодкина Валентина Леонидовна. РНПЦ эпидемиологии и микробиологии.
220114, г. Минск, ул. Филимонова, 23; сл. тел. (8-017) 237-69-87.

Ключевые слова: , , ,
Автор(ы): Колодкина В. Л., Мартынов В. С.
Медучреждение: РНПЦ эпидемиологии и микробиологии Минздрава Республики Беларусь