Основная идея проекта заключается в изучении механизмов развития лекарственно-устойчивого туберкулеза, включая механизм возникновения компенсаторных мутаций в локально циркулирующих штаммах MTBC. Научный проект направлен на изучение компенсаторных генетических факторов и их влияния на развитие лекарственно-устойчивого туберкулеза в генотипах Beijing-Central Asian Outbreak (CAO) и LAM-RUS с помощью методов полногеномного секвенирования и протеомики.

Актуальность

Мировое внимание в 2020 году было сосредоточено на новом вирусе SARS-CoV-2, и вызываемом им заболевании COVID-19, от которого по состоянию на июль 2020 года умерло 0,6 миллиона человек. В тоже время, от туберкулеза в 2018 году было зарегистрировано в два раза больше смертей (1,2 миллиона) только среди ВИЧ-отрицательных пациентов. Сочетание этих двух смертоносных инфекций может привести к еще большему увеличению смертности, особенно среди людей с ослабленным иммунитетом. Более того, недавние вспышки лекарственно-устойчивого туберкулеза потенциально могут усугубить этот страшный сценарий.

По данным Всемирной организации здравоохранения Казахстан входит в тридцатку стран с высоким уровнем туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ-ТБ). В Казахстане наблюдается тенденция к увеличению числа случаев МЛУ-ТБ по отношению ко всем зарегистрированным случаям ТБ, в то время как оценочная заболеваемость ТБ продолжает снижаться. По этой причине Казахстан был включен в глобальный план действий организации ВОЗ на 2016-2020 годы по достижению прогресса в борьбе с лекарственно-устойчивым туберкулезом. Наличие в Казахстане плохо охарактеризованных генотипов M. tuberculosis, устойчивых к антибиотикам, является основным аргументом в пользу реализации предлагаемого проекта.

Значение проекта в национальном и международном масштабе заключается в возможности контролировать распространение МЛУ-ТБ путем изучения схем возникновения и передачи лекарственно-устойчивого туберкулеза. Полученные результаты могут быть использованы для выяснения причин появления лекарственной устойчивости.

Полученные результаты будут переданы исследователям и клиницистам. Например, профили устойчивости к антибиотикам на основе полногеномных данных из образцов, собранных в 2021 году, будут немедленно предоставлены врачам-клиницистам для сравнения с результатами тестирования фенотипической устойчивости. В результате стратегия лечения может быть скорректирована индивидуально.

Цель проекта

Изучение компенсаторных генетических факторов и их влияния на развитие лекарственно-устойчивого туберкулеза в генотипах Beijing-Central Asian Outbreak (CAO) и LAM-RUS с помощью методов полногеномного секвенирования и протеомики.

Ожидаемые результаты

Целевыми потребителями ожидаемых результатов проекта являются ученые и клиницисты. Известно, что лечение случаев лекарственно-устойчивого туберкулеза связано с высокими финансовыми затратами и длительным, и не всегда эффективным лечением. Для применения полученных результатов профили устойчивости к противомикробным препаратам изучаемых изолятов будут немедленно предоставлены клиницистам для сравнения с результатами Xpert MTB/RIF и результатами тестирования фенотипической устойчивости для принятия решения о корректировке лечения. Кроме того, полученные WGS данные будут загружены в базы данных NCBI GenBank и SRA для публичного использования. Протеомные данные будут загружены в репозиторий PRIDE.

Научный руководитель проекта

Тарлыков Павел Викторович, PhD,

(http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=35076539700)

Публикации и охранные документы по теме проекта

1. Resistant Mycobacterium tuberculosis Clinical Isolate, 3485_MTB, from Nur-Sultan, Kazakhstan // Microbiology Resource Announcements. ‒ 2020. ‒ Vol.9, №10. ‒ P.e00025-00020. DOI 10.1128/MRA.00025-20. SJR-0.413
2. Tarlykov P., Atavliyeva S., Alenova A. et al. Genomic analysis of Latin American-Mediterranean family of Mycobacterium tuberculosis clinical strains from Kazakhstan // Memorias do Instituto Oswaldo Cruz. ‒ 2020. ‒ Vol.115, In press. Q2, IF-2.070
3. Klotoe, S. Kacimi, E. Costa-Conceicão, H. Gomes, R. Barcellos, S. Panaiotov, D. Haj Slimene, N. Sikhayeva, S. Sengstake, A. Schuitema, M. Akhalaia, A. Alenova, E. Zholdybayeva, P. Tarlykov, R. Anthony, G. Refrégier, C. Sola Genomic characterization of MDR/XDR-TB in Kazakhstan by a combination of high-throughput methods predominantly shows the ongoing transmission of L2/Beijing 94–32 central Asian/Russian clusters // BMC Infectious Diseases. ‒ 2019. ‒ Vol.19, №1. ‒ P.553. DOI 10.1186/s12879-019-4201-2 Q3, IF-2.688.
4. Jurisic A., Robin C., Tarlykov P. et al. Topokaryotyping demonstrates single cell variability and stress dependent variations in nuclear envelope associated domains // Nucleic Acids Res. ‒ 2018. ‒ Vol.46, №22. ‒ P.e135. DOI 10.1093/nar/gky818 Q1 IF-11.501.
5. Tarlykov P.V., Raiymbek D.R., Alenova A.K., Abildaev T.S., Ramankulov E.M. Geno-typing of tuberculosis isolates with multiple drug resistance circulating in the Southern regions of Kazakhstan // Tuberculosis and Lung Diseases. ‒ 2015. ‒ Vol.9. ‒ P.41-46. https://www.tibl-journal.com/jour/article/view/795 SJR-0.218
6. Shevtsov A, Ramanculov E, Shevtsova E, Kairzhanova A, Tarlykov P, Filipenko M, Dymova M, Abisheva G, Jailbekova A, Kamalova D, Chsherbakov A, Tulegenov S, Akhmetova A, Sytnik I, Karibaev T, Mukanov K. Genetic diversity of Brucella abortus and Brucella melitensis in Kazakhstan using MLVA-16 // Infect Genet Evol. ‒ 2015. ‒ Vol. 34. ‒ P. 173-180. DOI 10.1016/j.meegid.2015.07.008 Q3 IF-2.773.
7. Shevtsova E, Shevtsov A, Mukanov K, Filipenko M, Kamalova D, Sytnik I, Syzdykov M, Kuznetsov A, Akhmetova A, Zharova M, Karibaev T, Tarlykov P, Ramanculov E. Epidemiology of Brucellosis and Genetic Diversity of Brucella abortus in Kazakhstan // Plos One. ‒ 2016. ‒ Vol. 11, № 12. ‒ P. e0167496. DOI 10.1371/journal.pone.0167496 Q2 IF-2.74.
8. Shoaib M, Kulyyassov A, Robin C, Winczura K, Tarlykov P, Despas E, Kannouche P, Ramanculov E, Lipinski M, Ogryzko V. PUB-NChIP—“in vivo biotinylation” approach to study chromatin in proximity to a protein of interest // Genome Research. ‒ 2013. ‒ Vol. 23, № 2. ‒ P. 331-340. DOI 10.1101/gr.134874.111 Q1, IF-9.944.
9. Maaty WS, Selvig K, Ryder S, Tarlykov P, Hilmer J, Heinemann J, Steffens J, Snyder J, Ortmann A, Douglas T, Young M, Bothner B. Proteomic Analysis of Sulfolobus solfataricus during Sulfolobus Turreted Icosahedral Virus Infection // J Proteome Res. ‒ 2012. ‒ Vol. 11, № 2. ‒ P. 1420-1432. DOI 10.1021/pr201087v Q1, IF-3.78
10. V. Zholdybayeva, Y.A. Talzhanov, A.M. Aitkulova, P.V. Tarlykov, G.N. Kulmambetova, A.N. Iskakova, A.U. Dzholdasbekova, O.A. Visternichan, D.Zh. Taizhanova, Y.M. Ramanculov Genetic risk factors for restenosis after percutaneous coronary intervention in Kazakh population // Human Genomics. ‒ 2016. ‒ Vol. 10, № 1. ‒ P. 1-8. 10.1186/s40246-016-0077-z Q2, IF-3.351.

Достигнутые результаты

2021 г.

1. Проводилось пополнение коллекции изолятов Mycobacterium tuberculosis путем сбора клинических изолятов с лекарственной устойчивостью, выделенных из образцов мокроты больных туберкулезом легких. Сбор образцов проводился на базе ГКП на ПХВ «Городской центр фтизиопульмонологии» г. Нур-Султан. По каждому образцу проводилась диагностика чувствительности с помощью анализатора ВАСТЕС MGIT 960 к противотуберкулезным препаратам изониазид, рифампицин, стрептомицин, этамбутол, пиразинамид и левофлоксацин.
2. В ходе работ было проведено генотипирование тридцати лекарственно-устойчивых клинических изолятов M. tuberculosis от больных туберкулёзом г. Нур-Султан. Собранная выборка представлена тремя образцами с предположительной широкой лекарственной устойчивостью и двадцатью одним образцом с множественной лекарственной устойчивостью. Генотипирование изолятов M. tuberculosis проводилось двумя способами, а именно, методом ПЦР в режиме реального времени (генотип Beijing), и методом электрофоретической детекции продуктов амплификации вставки IS6110 в ген plcA с помощью мультиплексной ПЦР (генотип LAM-RUS). Для оптимизации условий ПЦР была поставлена реакция с заранее известными генотипами M. tuberculosis. Используя изоляты с уже известным генотипом Beijing, было установлено, что в канале FAM специфичными праймерами и зондом детектируется именно вставка IS6110 в регион dnaA-dnaN, что является генетическим маркером семейства Beijing (Beijing +). Если же данной вставки нет, то сигнал детектировался только в канале HEX. При наличии сигнала HEX можно говорить о том, что изолят MTBC не относится к семейству Beijing (Beijing -). Генотипирование изолятов M. tuberculosis методом ПЦР в режиме реального времени позволило установить генотип Beijing у двадцати семи изолятов.

2022 г.

1. Проведено полногеномное секвенирование 24 отобранных изолятов Beijing-CAO и LAM-RUS на платформе MiSeq (Illumina) с помощью набора MiSeq reagent kit v3. Результаты полногеномного секвенирования позволили подтвердить генотип каждого образца, ответственный за появление лекарственной устойчивости. Кроме того, было подтверждено семейство отобранных изолятов.

Публикации и охранные документы

2021 г.

1. Tarlykov P., Atavliyeva S., Alenova A., Ramankulov Y. Compensatory mutations in multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis complex isolates from Kazakhstan // Febs Open Bio. — 2021. — Vol.11. — P.129-130.
2. Тарлыков П.В., Атавлиева С.Ш. Геномный анализ клинических штаммов Mycobacterium tuberculosis семейства LAM // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2021. – №.4.