Выделение и характеристика вирулентных бактериофагов против Klebsiella pneumoniae значимых капсульных типов

В контексте растущей устойчивости к антибиотикам бактериофаги — альтернатива традиционной антимикробной терапии. Терапия бактериофагами — одна из таких альтернатив. Целью исследования были выделение и характеристика бактериофагов, эффективных против штаммов Klebsiella pneumoniae клинически значимых капсульных типов. Из проб сточных и речных вод методом накопительных культур было выделено восемь фагов. Определение спектра литической активности фагов проводили на коллекции клинических изолятов K. pneumoniae (n = 279). Бактериофаги лизировали 52,8–100% изолятов K. pneumoniae соответствующих капсульных типов: фаг VKV295 — 100% изолятов с капсульным типом KL1, SAA231 — 52,8% с KL2, NNK-G4 — 100% с KL39, VSG32 — 66,7% с KL41, NKA196 — 87,5% с KL47, Rappa3 — 87,5% с KL57, PEA128 — 95,5% с KL64 и ChM-G5 — 69,6% с KL102.

Их геномы были секвенированы и проанализированы биоинформатически. Фаги принадлежали к семейству Autographiviridae и относились к трем родам. Литический спектр фагов был ограничен конкретными капсульными типами вследствие наличия специфичных рецептор-связывающих белков — полисахариддеполимераз. Выделенные бактериофаги были строго вирулентными, не несли вредных генетических детерминант, что позволяет их применять в терапевтической практике для борьбы с антибиотикорезистентными инфекциями, вызванными K. pneumoniae.

1. He Y, Li W, Wang Z, Chen H, Tian L, et al. Nosocomial infection among patients with COVID-19: A retrospective data analysis of 918 cases from a single center in Wuhan, China. Infect Control Hosp Epidemiol. 2020; 41 (8): 982–3.

2. European Centre for Disease Prevention and Control. Antimicrobial resistance in the EU/EEA (EARS-Net). AER for 2021. Surveillance report, 2022; p. 20.

3. Сухорукова М. В., Эйдельштейн М. В., Иванчик Н. В., Склеенова Е. Ю., Шайдуллина Э. Р., Азизов И. С. и др. Антибиотикорезистентность нозокомиальных штаммов Enterobacterales в стационарах России: результаты многоцентрового эпидемиологического исследования «МАРАФОН 2015–2016». Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2019; 21 (2): 147–59.

4. Li D, Huang X, Rao H, Yu H, Long S, Li Y, et al. Klebsiella pneumoniae bacteremia mortality: a systematic review and meta- analysis. Front Cell Infect Microbiol. 2023; 13 (April): 1–9.

5. Murray CJ, Ikuta KS, Sharara F, Swetschinski L, Aguilar GR, Gray A, et al. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet. 2022; 399 (10325): 629–55.

6. Górski A, Międzybrodzki R, Węgrzyn G, Jończyk‐Matysiak E, Borysowski J, Weber–Dąbrowska B. Phage therapy: Current status and perspectives. Med Res Rev. 2020; 40 (1): 459–63.

7. Aslam S, Lampley E, Wooten D, Karris M, Benson C, Strathdee S, et al. Lessons learned from the first 10 consecutive cases of intravenous bacteriophage therapy to treat multidrug-resistant bacterial infections at a single center in the United States. Open Forum Infect Dis. 2020; 7 (9): ofaa389.

8. Dedrick RM, Smith BE, Cristinziano M, Freeman KG, Jacobs- Sera D, Belessis Y, et al. Phage Therapy of Mycobacterium Infections: Compassionate Use of Phages in 20 Patients With Drug-Resistant Mycobacterial Disease. Clin Infect Dis. 2023; 76 (1): 103–12.

9. Schooley RT, Biswas B, Gill JJ, Hernandez-Morales A, Lancaster J, Lessor L, et al. Development and use of personalized bacteriophage-based therapeutic cocktails to treat a patient with a disseminated resistant Acinetobacter baumannii infection. Antimicrob. Agents Chemother. 2017; 61 (10): 1–15.

10. Купцов Н. С., Корниенко М. А., Городничев Р. Б., Данилов Д. И., Парфенова Т. В., Макаренко Г. И. и др. Эффективность препаратов бактериофагов против патогенов группы ESKAPE. Вестник РГМУ. 2020; 3 (2020): 19–26.

11. Pires DP, Oliveira H, Melo LD, Sillankorva S, Azeredo J. Bacteriophage-encoded depolymerases: their diversity and biotechnological applications. Appl Microbiol Biotechnol. 2016; 100 (5): 2141–51.

12. Follador R, Heinz E, Wyres KL, Ellington MJ, Kowarik M, Holt KE, et al. The diversity of Klebsiella pneumoniae surface polysaccharides. Microb genomics. 2016; 2 (8): e000073.

13. Liao CH, Huang YT, Hsueh PR. Multicenter surveillance of capsular serotypes, virulence genes, and antimicrobial susceptibilities of Klebsiella pneumoniae causing bacteremia in Taiwan, 2017– 2019. Front Microbiol. 2022; 13: 783523.

14. Jin Y, Dong C, Shao C, Wang Y, Liu Y. Molecular epidemiology of clonally related Metallo-β-Lactamase-Producing Klebsiella pneumoniae isolated from newborns in a hospital in Shandong, China. Jundishapur Journal of Microbiology. 2017; 10 (9): 14046.

15. Rojas LJ, Weinstock GM, De La Cadena E, Diaz L, Rios R, Hanson BM, et al. An analysis of the epidemic of Klebsiella pneumoniae Carbapenemase-Producing K. pneumoniae: convergence of two evolutionary mechanisms creates the “Perfect Storm”. J Infect Dis. 2018: 217 (1): 82–92.

16. Shaidullina ER, Schwabe M, Rohde T, Shapovalova VV, Dyachkova MS, Matsvay AD, et al. Genomic analysis of the international high- risk clonal lineage Klebsiella pneumoniae sequence type 395. Genome Med. 2023; 15 (1): 17.

17. Егоров С. А., Семёнов В. М., Дмитраченко Т. И. Анализ изолятов Klebsiella pneumoniae, обладающих широкой резистентностью к антибиотикам. Педиатрия. Восточная Европа. 2022; 10 (3): 325–33.

18. Ryzhov V, Fenselau C. Characterization of the protein subset desorbed by MALDI from whole bacterial cells. Anal Chem. 2001; 73 (4): 746–50.

19. Brisse S, Passet V, Haugaard AB, Babosan A, Kassis-Chikhani N, Struve C, et al. Wzi gene sequencing, a rapid method for determination of capsulartype for klebsiella strains. J Clin Microbiol. 2013; 51 (12): 4073–8.

20. Mazzocco A, Waddell TE, Lingohr E, Johnson RP. Enumeration of bacteriophages by the Direct Plating Plaque Assay. Methods Mol Biol. 2009; 501: 77–80.

21. Городничев Р. Б., Корниенко М. А., Купцов Н. С., Малахова М. В., Беспятых Д. А., Веселовский В. А. и др. Молекулярно- генетическая характеристика трех новых бактериофагов Klebsiella pneumoniae, перспективных для применения в фаговой терапии. Медицина экстремальных ситуаций. 2021; 23 (3): 90–7.

22. Green MR, Sambrook J. Molecular cloning. A Laboratory Manual 4th. Cold Spring Harbor Laboratory, 2012; p. 1936.

23. Liu B, Zheng D, Jin Q, Chen L, Yang J. VFDB. 2019: A comparative pathogenomic platform with an interactive web interface. Nucleic Acids Res. 2019; 47 (D1): D687–D692.

24. Liu B, Pop M. ARDB — Antibiotic resistance genes database. Nucleic Acids Res. 2009; 37 (SUPPL 1): 443–7.

25. Meier-Kolthoff JP, Göker M. VICTOR: genome-based phylogeny and classification of prokaryotic viruses. Bioinformatics. 2017; 33 (21): 3396–404.

26. Darzentas N. Circoletto: visualizing sequence similarity with Circos. Bioinformatics. 2010; 26 (20): 2620–1.

27. Fursova NK, Astashkin EI, Ershova ON, Aleksandrova IA, Savin IA, Novikova TS, et al. Multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae causing severe infections in the neuro-ICU. Antibiotics. 2021; 10 (8): 1–17.

28. Beamud B, García-González N, Gómez-Ortega M, González- Candelas F, Domingo-Calap P, Sanjuan R. Genetic determinants of host tropism in Klebsiella phages. Cell Rep. 2023; 42 (2): 112048.

29. Turner D, Kropinski AM, Adriaenssens EM. A roadmap for genome-based phage taxonomy. Viruses. 2021; 13 (3): 506.