Выделение и характеристика бактериофагов Pseudomonas aeruginosa — потенциальных агентов для фаговой терапии

Одним из патогенов, характеризующихся критическим показателем доли штаммов с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ), является Pseudomonas aeruginosa. В качестве альтернативы антибиотикам при терапии инфекций, вызванных штаммами с МЛУ, рассматривают фаготерапию. Целью исследования было выделить и охарактеризовать бактериофаг P. aeruginosa, потенциально пригодный для терапии инфекционных заболеваний. Выделение проводили методом накопительных культур. Спектр литической активности устанавливали спот-тестированием на коллекции из 40 штаммов P. aeruginosa. Полногеномное секвенирование выполняли на платформе MiSeq (Illumina). Филогенетический анализ геномов проводили с помощью VICTOR. Выделенные бактериофаги vB_PaeA-55-1w и vB_PaeM-198, принадлежащие к семействам Autographiviridae и Myoviridae соответственно, обладали широким спектром литической активности (около 50% каждый), в том числе вызывали лизис штаммов с МЛУ. Геномы vB_PaeA-55-1w и vB_PaeM-198 представлены двухцепочечной ДНК длиной 42,5 и 66,3 т.п.н. соответственно. В составе геномов аннотировано 52 (vB_PaeA-55-1w) и 95 (vB_PaeM-198) открытых рамок считывания, среди них гены интеграз и токсинов не обнаружены. На филогенетическом древе vB_PaeA-55-1w располагался в кластере совместно с бактериофагами рода Phikmvvirus семейства Autographiviridae, в том числе с используемыми в фаготерапии, а vB_ PaeM-198 входил в кластер, включающий бактериофаги рода Pbunavirus семейства Myoviridae. Бактериофаги vB_PaeA-55-1w и vB_PaeM-198 можно рассматривать в качестве кандидатов для применения в фаготерапии, в том числе и для лечения инфекций, вызванных штаммами P. aeruginosa с МЛУ.

1. Tacconelli E, Carrara E, Savoldi A, Harbarth S, Mendelson M, Monnetet DL, et al. Discovery, research, and development of new antibiotics: the WHO priority list of antibiotic-resistant bacteria and tuberculosis. Lancet Infect Dis. 2018; 18 (3): 318–27.

2. Horcajada JP, Montero M, Oliver A, Sorlí L, Luque S, Gómez-Zorrilla S, et al. Epidemiology and treatment of multidrug-resistant and extensively drug-resistant Pseudomonas aeruginosa infections. Clin Microbiol Rev. 2019; 32 (4).

3. Kuzmenkov AY, Trushin IV, Vinogradova AG, Avramenko AA, Sukhorukova MV, Malhotra-Kumar S, et al. AMRmap: an interactive web platform for analysis of antimicrobial resistance surveillance data in Russia. Front Microbiol. 2021; 12: 620002.

4. Pena C, Cabot G, Gómez-Zorrilla S, Zamorano L, Ocampo-Sosa A, Murillas J, et al. Influence of virulence genotype and resistance profile in the mortality of Pseudomonas aeruginosa bloodstream infections. Clin Infect Dis. 2015; 60 (4): 539–48.

5. 2020 Antibacterial agents in clinical and preclinical development: an overview and analysis. Geneva: World Health Organization, 2021. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789240021303.

6. Gordillo Altamirano FL, Barr JJ. Phage therapy in the postantibiotic era. Clinical Microbiology Reviews. 2019; 32 (2): e00066-18. DOI: 10.1128/CMR.00066-18.

7. Акимкин В. Г., Дарбеева О. С., Колков В.Ф. Бактериофаги: исторические и современные аспекты их применения: опыт и перспективы. Клиническая практика. 2010; 1 (4): 48–54.

8. Chen F, Cheng X, Li J, Yuan X, Huang X, Lian M, et al. Novel lytic phages protect cells and mice against Pseudomonas aeruginosa infection. J Virol. 2021; 95 (8): e01832-20. DOI: 10.1128/JVI.01832-20.

9. Jault P, Cheng X, Li J, Yuan X, Huang X, Lian M, et al. Efficacy and tolerability of a cocktail of bacteriophages to treat burn wounds infected by Pseudomonas aeruginosa (PhagoBurn): a randomised, controlled, double-blind phase 1/2 trial. Lancet Infect Dis. 2019; 19 (1): 35–45.

10. Oechslin F. Resistance development to bacteriophages occurring during bacteriophage therapy. Viruses. 2018; 10 (7): 351. DOI: 10.3390/v10070351.

11. Купцов Н. С. и др. Эффективность препаратов бактериофагов против патогенов группы ESKAPE. Вестник РГМУ. 2020; (3): 19–26.

12. Mazzocco A, et al. Enumeration of bacteriophages using the small drop plaque assay system. Methods Mol Biol. 2009; 501: 81–85.

13. Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory Pr. 1989, 2200 p.

14. Seemann T. Prokka: Rapid prokaryotic genome annotation. Bioinformatics. Oxford University Press. 2014; 30 (14): 2068–9.

15. Aziz RK, et al. The RAST Server: Rapid annotations using subsystems technology. BMC Genomics. BioMed Central. 2008; 9: 75.

16. Laslett D. ARAGORN, a program to detect tRNA genes and tmRNA genes in nucleotide sequences. Nucleic Acids Res. 2004; 32 (1): 11–16.

17. Lefkowitz EJ, et al. Virus taxonomy: The database of the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). Nucleic Acids Res. 2018: 46 (1): 708–17.

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

19. Lefort V, Desper R, Gascuel O. FastME 2.0: A comprehensive, accurate, and fast distance-based phylogeny inference program. Mol Biol. 2015; 32 (10): 2798–800.

20. FigTree. Available from: http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/. (Дата обращения: 16.07.2021).

21. Enright MC, et al. Multilocus sequence typing for characterization of methicillin-resistant and methicillin-susceptible clones of Staphylococcus aureus. J Clin Microbiol. 2000; 38 (3): 1008–15.

22. Alvi IA, et al. RLP, a bacteriophage of the family Podoviridae, rescues mice from bacteremia caused by multi-drug-resistant Pseudomonas aeruginosa. Arch Virol. 2020. 165 (6): 1289–97.

23. Farlow J, et al. Complete Genome Sequences of 10 Phages Lytic against Multidrug-Resistant Pseudomonas aeruginosa. Microbiol Resour. 2020. 9: 29.

24. Alvi IA, Asif M, Rehman S. A single dose of a virulent bacteriophage vB PaeP-SaPL, rescues bacteremic mice infected with multi drug resistant Pseudomonas aeruginosa. Virus Res. 2021; 292: 198250.

25. Adnan M, et al. Isolation and characterization of bacteriophage to control multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa planktonic cells and biofilm. Biologicals. 2020; 63: 89–96.

26. Treepong P, et al. Global emergence of the widespread Pseudomonas aeruginosa ST235 clone. Clin Microbiol Infect. 2018; 24 (3): 258–66.

27. Principi N, Silvestri E, Esposito S. Advantages and Limitations of Bacteriophages for the Treatment of Bacterial Infections. Front Pharmacol. 2019; 10: 513.

28. Guo Y, Chen P, Lin Z, Wang T. Characterization of Two Pseudomonas aeruginosa Viruses vB_PaeM_SCUT-S1 and vB_PaeM_SCUT-S2. Viruses. 2019; 11 (4): 318. DOI: 10.3390/v11040318.

29. Alemayehu D, Casey PG, McAuliffe O, Guinane CM, Martin JG, Shanahan F, et al. Bacteriophages φMR299-2 and φNH-4 can eliminate Pseudomonas aeruginosa in the murine lung and on cystic fibrosis lung airway cells. MBio. 2012; 3 (2): e00029-12. DOI: 10.1128/mBio.00029-12.

30. Debarbieux L, Leduc D, Maura D, Morello E, Criscuolo A, Grossi O, et al. Bacteriophages can treat and prevent Pseudomonas aeruginosa lung infections. J Infect Dis. 2010; 201 (7): 1096–104.