PROPERTIES OF VIBRIO CHOLERAE STRAINS ISOLATED IN ASIA AND THEIR RELATIONSHIP TO THE STRAINS CIRCULATING IN OTHER CONTINENTS DURING THE SEVENTH CHOLERA PANDEMIC

Full Text

Холерные пандемии всегда начинались с Азии, откуда впоследствии они распространялись по всем континентам и странам. Возникновению и сохранению высокого уровня заболеваемости на континенте способствует ряд факторов: климатические условия (температура, уровень атмосферных осадков), фекальное загрязнение водоемов, повышенное содержание питательных веществ в водоемах, создаваемые водной флорой и фауной, Для корреспонденции: Ломов Юрий Михайлович, зав. научно-организационным отд., д-р мед. наук, проф., засл. деят. РФ, e-mail: plague@aaanet.ru благоприятные условия для выживания вибрионов, а также низкий социально-гигиенический уровень жизни населения [18]. В период седьмой пандемии большое внимание исследователи уделяли изучению свойств возбудителя холеры с использованием современных методов исследований: ДНК-гибридизации, экспресс-диагностики при помощи полимеразно-цепной реакции (ПЦР), комплексного ПЦР-типирования, мультиплексной ПЦР и гексаплексного ПЦР-анализа, новых способов ПЦР-диагностики в режиме реального времени с использованием технологии биочипов, а также методов анализа вариабельно 39 ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ, № 1, 2012 сти количества тандемных повторов, позволяющих установить распространение холерных вибрионов во времени и пространстве [16, 17, 26, 52, 53]. Азия Ярким примером изменчивости холерных вибрионов в период седьмой пандемии могут быть замена классического холерного вибриона вибрионами био-вара Эль-Тор, появление холерных вибрионов О139, а впоследствии появление так называемых атипичных штаммов. К 1970 г. холера Эль-Тор была зарегистрирована практически во всех странах Азии. Однако классические холерные вибрионы продолжали выделяться в эндемичных областях Индии и Бангладеш [2, 16]. Выявлено несколько риботипов классических холерных вибрионов. Риботипы IA и IB были распространены в Бангладеш и Индии в начале пандемии - в 1961-1968 гг.; риботип IIA - в 1988, 1989 гг. Исчезнувший риботип IA вновь выделялся от больных в 1982-1993 гг. в указанных странах. На юге Бангладеш постоянно циркулировали классические холерные вибрионы риботипов IC и IIC [16]. Быстрое распространение холеры Эль-Тор поставило перед здравоохранением ряд вопросов, на которые можно было ответить только при сравнительном изучении свойств штаммов, циркулирующих в разных странах Азии. Так,Х Gyobi и соавт. разделили265 штаммов холерных вибрионов Эль-Тор, выделенных в 1990-1996 гг., на 12 групп, которые обозначили как типы. Установлено, что практически во всех странах Азиатского континента циркулировали штаммы 1-1, 2-3, 3-4, 2-53 типов. При этом типы 4-5 встречались только в Индии, в Бангладеш и Таиланде преобладали типы 3-4, а для большинства штаммов Индии были характерны типы 51-53. Типовой состав штаммов периодически менялся [26]. В более позднее время (1999-2000 гг.) E. Arakawa и соавт. установили циркуляцию на Азиатском континенте вибрионов Эль-Тор 19 пульсотипов [5]. Доказательства наличия заметных различий в структуре геномов штаммов холерных вибрионов Эль-Тор, выделенных в разные годы, были получены S. M. Faruque и соавт. [18], которые, проведя рибо- и генотипирование штаммов, изолированных в Индии и Бангладеш до и после появления холерных вибрионов О139, установили циркуляцию до 1993 г. холерных вибрионов генотипов 1-4 и риботипов 1-4. После временного вытеснения вибрионов серогруппы О139 в 1993 г. авторы констатировали появление нового эпидемического клона холерного вибриона Эль-Тор, отличающегося от ранее циркулировавших клонов по риботипу и генотипу [17]. Впоследствии другие специалисты установили, что штаммы, выделенные в Индии и Бангладеш в 1996-1997 гг., идентичны по риботипу и генотипу штаммам, появившимся в Индии в 1994 г. Исклю чением стал штамм, выделенный в Гоа (Индия), ри-ботип и генотип которого оказался таким же, как у штаммов, циркулировавших до появления вибрионов О139 [6, 32]. Вспышку холеры 2002 г. на Андаманских и Никобарских островах (Индия) и заболевание холерой в сельских местностях Бангладеш в 2004 и 2005 гг. и вызвали штаммы, имеющие клональную природу, идентичную популяциям штаммов, которые выделили в Калькутте с 1993 г. [54]. Появление нового штамма V. cholerae О139 (Бен-гал) в период 1992-1993 гг. связано с крупнейшей эпидемией холеры на Индийском субконтиненте и с полным замещением ранее циркулирующих штаммов V. cholerae О1 [18, 44]. Штаммы холерных вибрионов О139 при своем появлении в 1992 г. были генотипов I-III и риботи-пов I-III. В 1994 г. вибрионы О139 не выделялись. Появившиеся в 1995 г. холерные вибрионы О139 были нового генотипа IV и риботипа IV и содержали 2 копии СТХ элементов, расположенных тан-демно [17]. Однако в 1996 г. в Индии наряду с вновь возникшим клоном IV стали выделяться штаммы холерных вибрионов О139 генотипов I, II и риботипов I, II. В то же время в Таиланде и Непале циркулировали штаммы генотипа I и риботипа I, а в шри-Ланке -генотипа II и риботипа II. Эти штаммы были идентичны индийским штаммам 1992 г. [18]. Во время вспышки холеры, вызванной штаммами О139 в Дакке в 2000 г., все изолированные штаммы относились к одному риботипу, который соответствовал одному из двух риботипов, спровоцировавших вспышку холеры в 1993 г. [32]. Результаты хронологического анализа V. cholerae O139, выделявшихся в Калькутте с 1993 по 2005 г., свидетельствовали о распространении среди них двух новых генотипов. Один из них - генотип 4 -впервые был обнаружен в 1996 г. и содержал фаг СТХ-Calcutta. В 1998 г. был обнаружен другой - 5-й генотип, который ранее встречался у штаммов био-вара Эль-Тор [48]. В последние годы внимание исследователей привлекают измененные варианты холерных вибрионов Эль-Тор, продуцирующие холерный токсин классического типа и представляющие собой гибриды био-варов классического и Эль-Тор [4, 7]. Так, в Ориссе (Индия) гибридные штаммы холерных вибрионов вызвали вспышку тяжелопроте-кающей холеры. Количество гибридных штаммов, выделенных в процессе обследования от больных и из окружающей среды, составило 88% от всех изолированных штаммов холерных вибрионов Эль-Тор [43]. При изучении свойств штаммов холерных вибрионов, выделенных в Индии от больных холерой, с 2004 по 2007 г. с помощью метода секвенирования гена ctxB, выявлена замена у них гена ctxB биовара Эль-Тор классическим ctxB. В 2007 г. был обнару 40 жен новый вариант штаммов Эль-Тор вибрионов с дальнейшими модификациями в гене ctxD классического биовара [23, 24]. В то же время на основании результатов гель-электрофореза в пульсирующем поле (PFGE) и мультилокусного анализа вариабельного количества тандемных повторов установлено, что штаммы классических холерных вибрионов, выделяемые в 1990-е годы, не претерпели значительных изменений в геноме, но сохраняли отличия от вибрионов биовара Эль-Тор [38]. В других странах Азии также была зафиксирована изменчивость свойств холерных вибрионов. Новый, не выделявшийся ранее на Азиатском континенте, тетрациклинорезистентный клон V. cholerae Эль-Тор выявлен в 1997 г. в Южном Таиланде [34]. Там же в 1999-2000 гг. зарегистрированы вспышки холеры, вызванные штаммами риботипа D, кроме того, обнаружены три новых риботипа G, H, J. Штаммы, выделенные в 2001-2002 гг., принадлежали к риботипам G, J и K. Во время вспышки холеры 2000 г. преобладали штаммы двух профилей PF-I и PF-II. При вспышке в 2002 г. у выделяемых штаммов обнаружены профили PF-II и PF-IV [55, 56]. Заболеваемость холерой на юге Таиланда с 1999 по 2001 г. была вызвана одним и тем же клоном. Так, штаммы, вызвавшие спорадические случаи холеры, имели сходные профили и отличались от профилей штаммов, выделенных в период вспышек [34]. Вспышка холеры в 2007 г. в Таиланде была обусловлена холерными вибрионами Эль-Тор с геном субъединица B холерного токсина классического типа (ctxB) и геном-репрессором СТХ профага типа Эль-Тор. Клон был генетически близкородственен штаммам, преобладающим в Индии [42]. По результатам риботипирования клинических штаммов V. cholerae из Вьетнама выявлено генетическое различие между штаммами, выделенными в 1979-1990 и 1994-1996 гг. Штаммы 1994-1996 гг. отличались риботипом, интегронами в генной кассете ant(3)-^, кодирующей резистентность к стрептомицину и спектиномицину. Сообщается также о циркуляции с 1990 по 1999 г. штаммов характерного только для Вьетнама генотипа и риботипа-RI [11]. Вспышки холеры в Северном Вьетнаме (2007-2008) были вызваны измененным вариантом вибрионов Эль-Тор, содержащим элемент RSI и CTX профаг, rstR типа Эль-Тор и ген ctxB классического типа на большой хромосоме [40, 56]. В Японии в префектуре Aichi циркулировали оригинальные штаммы, которые обусловливали местные случаи заболевания и были наиболее близки штаммам из Бангладеш, выделявшимся до появления культур серогруппы О139 [37]. Характеристика штаммов холерных вибрионов, выделенных в Японии от больных холерой, совершающих международные поездки, свидетельствует о том, что уже к 1993 г. у штаммов вибрионов Эль-Тор ген холерного токсина ctxB сместился от Эль-Тор специфического к классическому типу [38]. Заболевания холерой в Китае в 1999 г. были вызваны холерными вибрионами серогруппы О139. Эти штаммы отличались клональным разнообразием, среди них выявлены семь риботипов [42]. В Шэньчжэне с 1993 по 2002 г. циркулировали близкородственные штаммы V. cholerae Эль-Тор пандемического клона [36]. О вспышках холеры в провинциях Ирана, вызванной штаммами V. cholerae О1 Эль-Тор, сообщают M. Pourskafie и соавт. (2002). У штаммов V. cholerae О1 выявлены три риботипа и 10 различных пульсотипов. Преобладающим оказался риботип В21 [46, 47]. Постоянную изменчивость холерных вибрионов, циркулирующих на территории Азии на протяжении седьмой пандемии, показали в своих работах R. Lan и соавт. [37], которые при исследовании 47 штаммов, выделенных за 33-летний период, обнаружили девять новых риботипов Однако это количество ри-ботипов неокончательное, поскольку другие авторы сообщают о наличии 10 риботипов и более, циркулирующих в Азии [46]. Таким образом, с помощью методов молекулярного типирования получены доказательства периодического появления в Азии новых эпидемических клонов V. cholerae О1 и О139, отличавшихся от ранее циркулировавших штаммов генотипом, риботипом, структурой СТХф и характерным рестрикционным профилем. Африка Первые вспышки холеры в Африке были зарегистрированы в 1970-е годы. В дальнейшем холера с высокими показателями заболеваемости и смертности охватила практически все африканские страны [21, 35, 49]. Параллельное изучение африканских и азиатских штаммов, выделенных от больных холерой, показало их идентичность и свидетельствовало о нескольких независимых заносах холеры из Азии в Африку во время вспышек в 70-е годы [35]. Установлено, что заболевание на Африканском континенте в начале 1990-х годов было обусловлено одним токсигенным клоном V. cholerae Эль-Тор, вызвавшим седьмую пандемию холеры в Азии и во всем мире [35]. Появлению новых клонов холерных вибрионов в Африке обычно предшествовало обнаружение их на Азиатском континенте. Так, новый уникальный генотип V. cholerae 01 Эль-Тор, который появился в Калькутте в 1993 г. после временного исчезновения V. cholerae O139, был занесен в Западную Африку и стал причиной эпидемии холеры в Гвинее-Бисау в 1994-1996 гг. [30, 45, 51]. Распространившиеся в Азии холерные вибрионы риботипа В5а были также обнаружены в Африке, где они циркулировали в 1995-1996 гг. [1]. 41 ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ, № 1, 2012 Холерные вибрионы серогруппы О139, вызвавшие вспышки холеры в Бангладеш, выявлены и на Африканском континенте и оказались генетически родственными им штаммами [30]. В 2004-2005 гг. эпидемию холеры в Мозамбике вызвали штаммы, представляющие собой гибриды вибрионов классических и Эль-Тор. Сходные варианты гибридных штаммов в этот период были выделены в Бангладеш. Установлено, что штаммы из Мозамбика близкородственны друг другу и отличались от штаммов из Бангладеш, более разнообразных по своей природе. В то же время нельзя исключить возможность заноса штаммов из Бангладеш в Африку, где они могли изменить некоторые свойства [4, 9]. Помимо штаммов холерных вибрионов, сходных с азиатскими штаммами, в Южной и Восточной Африке выявлены новые, характерные только для Африки холерные вибрионы Эль-Тор риботипа В-27 [1]. В Кении обнаружен клинический штамм холерного вибриона Эль-Тор О1, по ряду признаков отличающийся от штамма Эль-Тор - возбудителя седьмой пандемии холеры [30]. В Мозамбике циркулировали два новых африканских клона, а ранее среди рабочих-мигрантов был выявлен один новый сугубо африканский клон риботипа Bgll [6, 12, 19]. Два клона риботипа В5а и риботипа В8а стали причиной холерной эпидемии (1998-1999) в Сомали [50]. В 2005 г. в Кении произошло пять вспышек холеры, во время которых выделены штаммы холерных вибрионов Эль-Тор, имеющие сходные профили хромосомной ДНК. Предполагается их африканское происхождение [39]. Америка Начиная с 1973 г. в США отмечались спорадические случаи заболевания холерой, связанные с употреблением в пищу морепродуктов, добываемых в районе Мексиканского залива. Эти штаммы впоследствии были названы штаммами Мексиканского залива. Они обладали генами ctx и zot, однако большинство из них не были токсигенными. Отличительная особенность этих штаммов - наличие у них фага VCA-3 [5, 49, 57]. На основании результатов C. Salles и соавт. [49], проводивших типирование культур при помощи ферментативного анализа (зимоваров), исследований D. Karaolis и соавт. [31] и J. Wachsmuth и соавт. [58], изучавших связь между штаммами V. cholerae шестой-седьмой пандемии посредством сравнения последовательности гена аsd, сделано заключение о том, что штаммы Мексиканского залива представляют собой самостоятельный клон, возникший из не-токсигенных штаммов холерных вибрионов не О1. В 1990-е годы холеру в Латинской Америке вызвали штаммы, обладающие такими же свойствами, как и холерные вибрионы Эль-Тор - возбудители седьмой пандемии [3, 28]. Клональная идентичность латиноамериканских штаммов и вибрионов Эль-Тор, вызвавших седьмую пандемию в восточном полушарии, была подтверждена работами ряда исследователей [20, 27]. Изучение свойств штаммов холерных вибрионов, выделенных на территории Мексики, Перу, Колумбии, Чили, Боливии, Эквадора, Бразилии, Аргентины, свидетельствует о их клональной идентичности. Методами риботипирования и гель-электрофореза в пульсирующем поле были выявлены среди латиноамериканских штаммов, в частности из Перу, четыре риботипа Bgll и восемь NotI типов. При этом 80% штаммов имели один и тот же риботип и у 82% были обнаружены близкородственные пульс типы - 1, 2, 3 [10]. Об идентичности генотипов и риботипов латиноамериканских культур, их близости к азиатским штаммам свидетельствуют также работы J. Giono-Cereso и соавт. [22] и A. Dalsgaard и соавт. [10]. Однако на территории Колумбии и Чили удалось выявить, кроме известного и распространенного холерного вибриона риботипа В5а (96,4%), два новых риботипа - В20 и В21. Штаммы новых риботипов оказались немногочисленными, однако их появление свидетельствовало о клональной изменчивости вибрионов, циркулирующих на территории Латинской Америки [30]. В Перу на протяжении ряда лет (1991-2003) от больных и из объектов окружающей среды выделяли штаммы Эль-Тор, отличающиеся от штаммов других континентов тем, что у них не амплифицировались гены VCO5, VCO513, VCO514, VCO515 в кластере генов острова патогенности VSP-II. Эти штаммы так же, как и штаммы из Африки и Азии, принадлежали к одному клональному комплексу, но являлись вариантами изменчивости, произошедшей за короткий срок [10, 27]. Сообщается также о новых клинических штаммах О1 из Мексики и Чили, Бразилии, отличающихся от штаммов Эль-Тор - возбудителя седьмой пандемии [41]. Не обошли стороной Американский континент и холерные вибрионы О139 Бенгал, которые были выделены в США, Аргентине, Мексике от больных и из объектов окружающей среды. Отмечено генетическое разнообразие выделяемых штаммов [25]. Австралия Первые заболевания холерой были зарегистрированы в Австралии в 1972 г. На территорию континента была занесена холера Эль-Тор, вызвавшая заболевание 40 человек. Изучение свойств выделенных культур холерных вибрионов показало, что на территории Австралии выделяются два типа штаммов холерных вибрионов: завозные (аналогичные азиатским штаммам) и местные (характерные для данного континента). Методы молекулярного зондирования с использованием зондов ДНК для гена термостабильного энтеротокси 42 на (stn) V. cholerae не О1 и гена холерного токсина ctxАВ позволили установить, что сугубо австралийские штаммы имели гены stn и ^жАВ, в то время как завозные штаммы - только ген ctxАВ. что свидетельствовало о существовании природного резервуара гена stn у австралийских изолятов V. cholerae [15]. В то время как завезенные штаммы по свойствам приближались к штаммам V. cholerae Эль-Тор, вызвавшим седьмую пандемию [15, 29]. Европа (кроме стран СНГ) Холера в Европу была завезена в начале 1970-х годов. Заражение происходило при посещении европейцами неблагополучных по холере стран, а также при приезде в Европу лиц из этих стран. За период седьмой пандемии значительные вспышки холеры зарегистрированы в Испании, Италии, Португалии в 1971-1974 гг. Спустя более 20 лет холера вновь посетила юг Европы, поразив Албанию, Италию и Румынию. Вспышки были обусловлены холерным вибрионом Эль-Тор серовара Огава. Штаммы, выделенные в Румынии (1977-1994), исследовали молекулярно-генетическими методами. Выявлено присутствие в изучаемых штаммах генов ctxАВ, ace, zot. Циркулирующие штаммы относились к 18 риботипам и 21 токсиногенотипу [13, 14, 29]. В 1994 г. на континент была завезена холера, вызванная штаммами V. cholerae О139 [9]. Заключение Таким образом, в период седьмой пандемии заболевание холерой обусловливали холерные вибрионы О1 (биоваров классического и Эль-Тор), холерные вибрионы серогруппы О139, а в последние годы получили распространение так называемые гибридные штаммы холерных вибрионов Эль-Тор, в геноме которых субъединица ctxB заменена на субъединицу ctxB классических холерных вибрионов. При изучении свойств штаммов, циркулирующих в Азии, установили, что многочисленный род Vibrio может формировать на этом континенте новые варианты холерных вибрионов, способные к эпидемическому распространению. Этому благоприятствуют как природные, так и социальные условия, существующие в юго-восточной Азии, а также биологические свойства самого возбудителя, в частности уникальная вариабельность генома холерного вибриона. Клональный состав циркулирующих в Азии штаммов непостоянен и подвержен постоянной изменчивости. Результаты гено- и риботипирования показали, что в Азии циркулируют штаммы, относящиеся к риботипам и генотипам, общим для большинства стран континента, а также штаммы, обладающие уникальным, редко встречающимся генотипом и риботипом, характерным для ограниченных территорий. В случае замены одного патогена на другой (вибрионов классических на Эль-Тор, или вибрио нов Эль-Тор на вибрионы серотипа О139, одного генотипа другим) вытесненный вариант полностью не исчезает и может вновь появиться на той или другой территории. Холеру в Африке обусловливали в основном штаммы холерных вибрионов Эль-Тор и холерные вибрионы серовара О139, клональная идентичность которых со штаммами из Азии, вызвавшими седьмую пандемию холеры, подтверждена экспериментально и свидетельствует о неоднократном заносном характере холеры на Африканском континенте. Однако в некоторых случаях холера была обусловлена измененными под влиянием окружающей среды так называемыми местными штаммами, отличающимися по ряду свойств от штаммов, вызвавших седьмую пандемию. В период седьмой пандемии в Америке выделялись штаммы, представляющие собой самостоятельные клоны вибрионов Эль-Тор: так называемые штаммы Мексиканского залива, латиноамериканские штаммы, появившиеся вследствие распространения вибриона Эль-Тор - возбудителя седьмой пандемии, холерные вибрионы О139, а также измененные (местные варианты) холерных вибрионов из Перу, Мексики, Чили, Аргентины, Бразилии. Холеру в Австралии обусловили вибрионы Эль-Тор двух типов - местные, или австралийские, и завозные - вибрионы Эль-Тор, вызвавшие седьмую пандемию. Несмотря на многочисленные заносы, холера в Европе в отличие от других континентов не укоренилась, и все случаи этого заболевания носили вспы-шечный и спорадический характер. При оформлении статьи использована библиографическая база данных «Холера. Информ», созданная в Ростовском-на-Дону противочумном институте.

About the authors

Yu. M. Lomov

Rostov-on-Don Antiplaque Research Institute, Russian Inspectorate for the Protection of Consumer Rights and Human Welfare

Email: plague@aaanet.ru

N. R. Telesmanich

Rostov-on-Don Antiplaque Research Institute, Russian Inspectorate for the Protection of Consumer Rights and Human Welfare

I. T. Andrusenko

Rostov-on-Don Antiplaque Research Institute, Russian Inspectorate for the Protection of Consumer Rights and Human Welfare

E. A. Moskvitina

Rostov-on-Don Antiplaque Research Institute, Russian Inspectorate for the Protection of Consumer Rights and Human Welfare

O. A. Areshina

Rostov-on-Don Antiplaque Research Institute, Russian Inspectorate for the Protection of Consumer Rights and Human Welfare

References

Supplementary files