AP09562908 Ретроспективный анализ генетического разнообразия штаммов Neisseria meningitidis при вспышках менингококковой инфекции в Казахстане

Молекулярно-генетическое типирование штаммов возбудителя менингококковой инфекции — Neisseria meningitidis, позволяет установить связь случаев инфицирования и предоставляет доказательства для понимания передачи инфекции. Задачи данного проекта направлены на получении новых актуальных данных о генетическом разнообразии штаммов Neisseria meningitidis, циркулирующих в Казахстане. Наибольшей воспроизводимостью обладают методы, основанные на анализе нуклеотидной последовательности генов или полностью геномов, дополнительное преимущество методов заключается в возможности филогенического анализа полученных результатов. В связи с этим, в качестве метода генотипирования будет применено полногеномное секвенирование с последующим анализом in silico MLST по 7 генам и построение минимального остовного дерева по SNP всего генома.

Актуальность

Принципиальным отличием проекта является анализ локальных штаммов, циркулирующих в Казахстане. В нашей республике молекулярно-генетическое типирование штаммов N. meningitidis не проводится, вследствие этого отсутствуют данные об их генетическом разнообразии. Однако генетический мониторинг необходим для: идентификации клонального комплекса и генетических отличий штаммов, вовлечённых в вспышку, отслеживание путей распространения и эволюции штаммов, определение генотипов, доминирующих у здоровых носителей с целью определения стратегии вакцинации. Реализация проекта позволит развить генетическую эпидемиологию для N. meningitidis, что важно для научного потенциала страны. В рамках реализации проекта будет отработана методология генотипирования, которая может быть перенесена на вновь возникающие вспышки менингококковой инфекции, и в последующем проводить анализ вспышек в реальном времени. Так как проект будет выполняться в рамках заключенного договора с Национальным центром экспертизы, отработанная методология имеет высокий потенциал для внедрения в широкую практику.

Социально экономический эффект от реализации данного проекта будет заключаться в улучшении эпидемиологического надзора за менингококковой инфекцией и как следствие улучшении эпидемиологической ситуации.

Цель

Изучение генетического разнообразия штаммов Neisseria meningitidis, и улучшении методологии эпидемиологического мониторинга за менингококковой инфекцией в Казахстане.

Ожидаемые результаты

В результате выполнения проекта будут получены новые данные о генетическом разнообразии штаммов Neisseria meningitidis изолированных в Казахстане. Будет проведено полногеномное секенирование не менее 40 штаммов Neisseria meningitidis. Результаты будут иметь большое влияние в международной науке, так как появятся новые данные о генетическом разнообразии Neisseria meningitidis.

Полученные нуклеотидные последовательности полных геномов будут опубликованы в базах данных с открытым доступом, что позволит любому ученому использовать данные с указанием авторства.

Будут разработаны методические рекомендации генотипирования штаммов Neisseria meningitidis на основании полногеномных данных. Проведен обучающий семинар для сотрудников РГП «Национальный центр экспертизы» МЗ РК (НЦЭ).

Социальный, экономический, научно-технический эффект заключается в совершенствовании эпидемиологического мониторинга за социально значимыми заболеваниями.

Целевыми потребителями результатов являются медицинские лаборатории, занимающиеся диагностикой и мониторингом особо опасных инфекций, а также государственные органы, осуществляющие контроль благополучия за данными инфекциями.

Руководитель проекта

Шевцов Александр Борисович, кандидат биологических наук, руководитель проекта, заведующий лабораторией прикладной генетики РГП «Национальный центр биотехнологии». Автор 14 статей, опубликованных в журналах, индексируемых в Scopus/WoS. Индекс Хирша по Scopus/WoS=5.

http://orcid.org/0000-0002-0307-1053

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57201604158

Члены исследовательской группы

Бердимуратова Калыш Тлеухановна – магистр, опыт научной работу 12 лет, научный сотрудник лаборатории прикладной генетики РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК. Индекс Хирша по Scopus/WoS=2. Подготовка библиотек для полногеномного секвенирования, анализ результатов. Срок занятости-12 месяцев (20 часов в неделю).

https://orcid.org/0000-0002-3063-8203

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56046816700

https://app.webofknowledge.com/author/record/13213025

Амиргазин Асылулан Оразгалиевич, опыт научной работы 5 лет, младший научный сотрудник лаборатории прикладной генетики РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК. Биоинформатический анализ результатов NGS. Срок занятости-12 месяцев (20 часов в неделю).

https://orcid.org/0000-0001-9418-7758

https://app.webofknowledge.com/author/record/41194701

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57218628470

Публикации и охранные документы по теме проекта

Shevtsova, E., Vergnaud, G., Shevtsov, A., Shustov, A., Berdimuratova, K., Mukanov, K., Syzdykov, M., Kuznetsov, A., Lukhnova, L., Izbanova, U., Filipenko, Ramankulov, Y. Genetic diversity of Brucella melitensis in Kazakhstan in relation to world-wide diversity. Frontiers in microbiology 10 (2019): 1897. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01897 Web of Science Q1, Corresponding author
Shevtsov, A., Syzdykov, M., Kuznetsov, A., Shustov, A., Shevtsova, E., Berdimuratova, K., Mukanov, K., Ramankulov, Y. Antimicrobial susceptibility of Brucella melitensis in Kazakhstan. Antimicrobial Resistance & Infection Control 6.1 (2017): 130. https://doi.org/10.1186/s13756-017-0293-x Web of Science Q1, Corresponding author
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 11.12 (2016):e0167496. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167496 Web of Science Q2, Corresponding author
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. Infection, Genetics and Evolution 34 (2015): 173-180. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2015.07.008 percentile 85, Corresponding author
Abeev, A., Zhylkibayev, A., Kamalova, D., Kusheva, N., Nusupbaeva, G., Tleumbetova, N., Smagul, M., Beissenova, S., Aubakirova, S., Kassenova, Z., Demessinova, B., Amanbayev, A., Ramankulov, Y., Shevtsov, A. Epidemiological outbreaks of measles virus in Kazakhstan during 2015. Japanese journal of infectious diseases (2018): JJID-2017. https://doi.org/10.7883/yoken.JJID.2017.565 Web of Science Q2
Keyer, V.V., Shevtsov, A.B., Zaripov, M.M., Baltabekova, A.Z., Ramanculov, E.M., Shustov, A.V. Towards development of plasmacytoma cells-based expression systems utilizing alphavirus vectors: An NS0-VEE model. Journal of virological methods 274 (2019):113734. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2019.113734 Web of Science Q3
Kuibagarov M., Kairzhanova A., Vergnaud G., Amirgazin A., Lukhnova L Izbanova ., U., Ramankulov Y., Shevtsov A. Draft Genome Sequence of the Strain Francisella tularensis mediasiatica 240, Isolated in Kazakhstan.» Microbiology Resource Announcements 9.35 (2020). https://doi.org/10.1128/MRA.00766-20 Web of Science Q4, Corresponding author
Amirgazin, A., Vergnaud, G., Mukanov, K., Kuibagarov, M., Karibaev, T., Ramankulov, Y., Shevtsov, A. Draft genome sequences of three Pasteurella multocida strains isolated from domestic animals in Kazakhstan. Microbiology Resource Announcements 9.32 (2020). https://doi.org/10.1128/MRA.00487-20 Web of Science Q4
Shevtsov, A., Tarlykov, P., Zholdybayeva, E., Shevtsova, E., Momynkulov, D., Sytnik, I., Karibaev, T., Chsherbakov, A., Momynaliev, K. Draft Genome Sequence of the Live Vaccine Strain Brucella abortus Genome announcements, 1(6). https://doi.org/10.1128/genomeA.01101-13 Web of Science Q4
Shevtsova, E., Vergnaud, G., Shevtsov, A., Shustov, A., Berdimuratova, K., Mukanov, K., Syzdykov, M., Kuznetsov, A., Lukhnova, L., Izbanova, U., Filipenko, Ramankulov, Y. Genetic diversity of Brucella melitensis in Kazakhstan in relation to world-wide diversity. Frontiers in microbiology 10 (2019): 1897. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01897 Web of Science Q1,
Shevtsov, A., Syzdykov, M., Kuznetsov, A., Shustov, A., Shevtsova, E., Berdimuratova, K., Mukanov, K., Ramankulov, Y. Antimicrobial susceptibility of Brucella melitensis in Kazakhstan. Antimicrobial Resistance & Infection Control 6.1 (2017): 130. https://doi.org/10.1186/s13756-017-0293-x Web of Science Q1
Kuibagarov, A. Amirgazin, G. Vergnaud, A. Shustov, A. Ryskeldina, Y. Ramankulov, A.Shevtsov. Draft Genome Sequence of Moraxella bovoculi Strain KZ-1, Isolated from Cattle in North Kazakhstan Microbiol Resour Announc . 2020 Jul 23;9(30):e00670-20. https://doi.org/10.1128/MRA.00670-20. Web of Science Q4
Kuibagarov M., Kairzhanova A., Vergnaud G., Amirgazin A., Lukhnova L., Izbanova U., Ramankulov Y., Shevtsov A. Draft Genome Sequence of the Strain Francisella tularensis mediasiatica 240, Isolated in Kazakhstan.» Microbiology Resource Announcements 9.35 (2020). https://doi.org/10.1128/MRA.00766-20 Web of Science Q4
Amirgazin, A., Vergnaud, G., Mukanov, K., Kuibagarov, M., Karibaev, T., Ramankulov, Y., Shevtsov, A. Draft genome sequences of three Pasteurella multocida strains isolated from domestic animals in Kazakhstan. Microbiology Resource Announcements 9.32 (2020). https://doi.org/10.1128/MRA.00487-20 Web of Science Q4
Nagmetova G, Berdimuratova K, Amirgazin A, Shevtsov V, Ismailova A, Ramankulov Y, Shevtsov A, Kurmanbayev A. Draft Genome Sequence of a Potential Commercial Biocellulose Producer, Strain Komagataeibacter europaeus GH1. Microbiol Resour Announc. 2020 Oct 15;9(42):e00963-20. https://doi.org/10.1128/MRA.00963-20. PMID: 33060274. Web of Science Q4
Amirgazin A.O., Shvedyuk V.B., Kuibagarov M.A., Karibaev T.B., Shevtsov A.B. PCR optimization protocol algorithm for identification of microorganisms using Pasteurella multocida /Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 3/2017, p. 33-43. (In Russ.) DOI: 10.11134/btp.3.2017.5
Berdimuratova K.T., Amirgazin A.O., Kuibagarov М.А., Lutsay V.B., Mukanov K.K., Shevtsov A.B. Optimization of pcr purification using silica-coated magnetic beads // Eurasian Journal of Applied Biotechnology.-2020.- P.81-89. DOI: 10.11134/btp.1.2020.8
Amirgazin A. O., Kairzhanova A. D., Shustov A. V., Shevtsov A. B. Development of a real-time polymerase chain reaction protocol for diagnosis of pasteurellosis // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. – 2019. – №. 2. – P. 91-102. DOI: 10.11134/btp.2.2019.9
T. Khassanov, B. Beisembina, A. B. Shevtsov, A. O. Amirgazin, S. G. Vologin, and A. V. Karasev Occurrence of Three Recombinant Strains of Potato Virus Y in Potato in Kazakhstan //Plant Disease. – 2020. – Т. 104. – №. 1. – С. 297. https://doi.org/10.1094/PDIS-03-19-0573-PDN, Web of Science Q1

Достигнутые результаты

2021 год

В ходе выполнения НИР получены следующие результаты: подготовлены ДНК-библиотеки и проведено полногеномное секвенирование 41 штамма Neisseria meningitidis; в результате анализа качества секвенирования было получено от 236 140 до 2 904 570 прочтений и собранных контигов от 88 до 1140 на штамм; анализ полногеномных данных установил 10 MLST7-генотипов среди которых: 2 уникальных генотипа, ST-767 (CC ST-167), ST-2146 (CC 198), ST-3346 (CC41/44), ST-11 (CC ST-11), ST-11585, ST-3015, ST-5636 и ST-12790 (CC ST-4821); на основе SNP построены UPGMA и MST филогенетические деревья; разработаны методические рекомендаций генотипирования штаммов Neisseria meningitidis на основании полногеномных данных.

Новизна результатов НИР: получены полногеномные данные и определены генетические особенности для 41 штаммов Neisseria meningitidis вызвавших локальные вспышки в Казахстане на протяжении 2017-2018 годов.

Реализация проекта позволит внедрить результаты генетического мониторинга менингококковой инфекции в систему здравоохранения Казахстана. Область применения: лабораторная диагностика, эпидемиология.