КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-25-20084

НазваниеРазработка и апробация метода молекулярно-генетического типирования возбудителя гонококковой инфекции

Руководитель Кандинов Илья Денисович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине

Ключевые слова Neisseria gonorrhoeae, генотипирование, генетическое разнообразие, однонуклеотидные полиморфизмы.

Код ГРНТИ76.00.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Гонорея – это инфекционное заболевание, передающееся половым путем, которое признано Всемирной организацией здравоохранения серьезной угрозой репродуктивному здоровью населения (WHO, STI Programmes, 2022). За последние несколько лет в мире зарегистрирован рост мультирезистентных штаммов N. gonorrhoeae, демонстрирующих устойчивость ко многим антимикробным препаратам, в том числе к актуальным – цефтриаксону и азитромицину, что является глобальной проблемой, требующей постоянного контроля за распространением резистентных штаммов и своевременной антибиотикотерапии (Sanchez-Buso et al., 2022, Lancet Microbe). Важным инструментом контроля возбудителя являются глобальные и локальные программы мониторинга устойчивости N. gonorrhoeae к антимикробным препаратам. Мониторинг включает анализ уровней чувствительности возбудителя к антибиотикам, исследование детерминант антибиотикорезистентности, а также проведение молекулярного типирования, направленного на обнаружение и контроль распространения резистентных молекулярных типов. В настоящее время наиболее экстенсивный мониторинг ведется с помощью систем генотипирования MLST (Multilocus Sequence Typing) и NG-MAST (Neisseria gonorrhoeae multi-antigen sequence typing). На территории РФ уже выявлены опасные клоны изолятов из пандемически значимой геногруппы NG-MAST 1407, которые характеризуются сниженной чувствительностью к цефалоспоринам III поколения (Shaskolskiy et al., 2021, Polymers). Также в России было зарегистрировано увеличение числа изолятов из геногруппы NG-MAST 12302 вследствие трансграничного переноса изолятов, ассоциированных с устойчивостью к макролидам, что ставит под удар перспективы применения комбинированной (цефтриаксон + азитромицин) антимикробной терапии в России подобно рекомендованной в США и ряде стран Западной Европы (Kandinov et al., 2023, Microorganisms). Подобные факты свидетельствуют о целесообразности использования и оптимизации современных методов генотипирования N. gonorrhoeae, позволяющих своевременно контролировать и элиминировать опасные клоны, ассоциированные с устойчивостью к антимикробным препаратам. На фоне мирового роста лекарственно-устойчивых форм гонококка, актуальность подобного исследования не вызывает сомнений. Одной из причин появления опасных вариантов N. gonorrhoeae в России является трансграничный перенос изолятов из других стран. По данным Росстата, Москва имеет наибольшие показатели миграционной ситуации в РФ, что может являться ключевой причиной появления и распространения лекарственно-устойчивых изолятов N. gonorrhoeae как в столице, так и в стране (https://rosstat.gov.ru). Однако современная российская популяция гонококка, особенно в Москве, изучена недостаточно. Отсутствуют данные как об актуальных MLST-генотипах N. gonorrhoeae, циркулирующих в Московском регионе, так и об происхождении и эпидемиологии встречающихся изолятов со сниженной чувствительностью к актуальным антимикробным препаратам, в том числе в такой фокус-группе, как мигранты из стран ближнего зарубежья. Всё это может привести к тому, что Московский регион и страна в целом уже в ближайшем будущем может столкнуться с ростом заболеваемости гонококковой инфекцией, обусловленным неэффективностью актуальных антимикробных препаратов. Настоящий проект направлен на разработку нового метода молекулярно-генетического типирования N. gonorrhoeae на основе отечественной технологии гидрогелевых олигонуклеотидных биочипов. Уникальность подхода заключается в использовании существующей схемы генотипирования (MLST), которая будет реализована на биочипе, что позволит существенно сократить время и стоимость анализа. Разработанный метод будет апробирован на изолятах, полученных в Московском регионе и других областях страны, в том числе от мигрантов из стран ближнего зарубежья. Метод может стать основой для медицинского изделия для диагностики in vitro как одного из инструментов мониторинга возбудителя гонококковой инфекции в Москве и регионах РФ.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведен анализ фенотипической чувствительности к цефтриаксону и азитромицину 124 клинических изолятов N. gonorrhoeae, полученных в 2024 г., включая 91 образец из Москвы, 18 образцов из Калуги, 5 – Новосибирска, 4 – Астрахани, 4 – Чебоксар, 2 – Казани. Методом серийных разведений на агаре установлены минимальные подавляющие концентрации (МПК) цефтриаксона и азитромицина, изоляты классифицированы на чувствительные и устойчивые в соответствии с критериями МУК и EUCAST. Все изоляты были чувствительны к цефтриаксону, что подтверждает выбор цефалоспоринов III поколения для терапии гонококковой инфекции в России. Выявлено 11% устойчивых к азитромицину изолятов, что выше рекомендуемого для применения антибиотика в схемах терапии порога ВОЗ в 5%. Полученные данные ставят под сомнение перспективы комбинированной «цефтриаксон + азитромицин» терапии гонореи в России. В целом, распространение в России вариантов N. gonorrhoeae, устойчивых к актуальным противомикробным препаратам, пока несопоставимо с ситуацией в странах Европы, Азии и Америки, где систематически обнаруживаются штаммы с множественной лекарственной устойчивостью, в особенности к рекомендованным препараторам. Для всех 124 изолятов из сформированной выборки проведено таргетное секвенирование аллелей генов «домашнего хозяйства» abcZ, adk, aroE, fumC, gdh, pdhC, pgm, используемых для MLST-типирования. Получены нуклеотидные последовательности аллелей, им присвоены соответствующие номера по номенклатуре pubMLST (https://pubmlst.org). Распределение аллелей в сформированной выборке было следующим: ген abcZ (аллели 59, 109, 126); ген adk (аллели 39, 937); ген aroE (аллели 170, 67, 764, 810, 956); ген fumC (аллели 78, 158, 156, 111, 238, 237, 818, 1189); ген gdh (аллели 148, 152, 149, 188, 146, 147, 734, 229); ген pdhC (аллели 154, 71, 153), ген pgm (аллели 63, 33). У ряда изолятов Московского региона, полученных по большей части от мигрантов из стран ближнего зарубежья, обнаружены уникальные аллели данных генов, не зарегистрированные среди изолятов из других регионов России. Таким образом, Москва может выступать источником новых эпидемиологически значимых клональных линий гонококка на территории России, в том числе вследствие трансграничного переноса изолятов из других стран. Среди проанализированных аллелей выявлены сцепленные полиморфизмы, связанные с устойчивостью к цефтриаксону (гены penA, ponA, porB) и азитромицину (гены mtrR, mtrD, 23S рРНК). Обнаружены детерминанты устойчивости в мозаичных вариантах генов penA, mtrR и mtrD, возникших в результате межвидовой рекомбинации N. gonorrhoeae и близкородственных Neisseria spp. Так, между мозаичной аллелью penA 34, ассоциированной со сниженной чувствительностью к цефтриаксону, и генами «домашнего хозяйства» выявлено 13 сцепленных полиморфизмов. Относительно мозаичных вариантов mtrR и mtrD, ассоциированных с устойчивостью к азитромицину, анализ показал наличие 16 сцепленных полиморфизмов с генами «домашнего хозяйства». Поиск сцепленных полиморфизмов в 23S рРНК оказался нецелесообразным из-за низкой распространенности таких мутаций (менее 1% изолятов). Такие изоляты встречаются редко в российской популяции и не связаны с определёнными аллелями генов «домашнего хозяйства». Анализ вариантов porB показал отсутствие сцепленных полиморфизмов, что объясняется высокой вариабельностью porB по сравнению с консервативными генами «домашнего хозяйства». С использованием аллелей генов «домашнего хозяйства», выявленных в России в 2024 году, и аллелей из базы PubMLST, сформирована выборка из последовательностей геномов 21402 изолятов, включая 124 российских. Исследуемая выборка характеризовалась 1442 уникальными MLST-генотипами. Создано множественное выравнивание размерностью 1442 генотипа и длиной 3288 п.о., состоящее из уникальных конткатенированных последовательностей генов abcZ, adk, aroE, fumC, gdh, pdhC, pgm. Для всех 3288 положений во множественном выравнивании получены значения плотности нуклеотидных замен и выбраны 18 положений с плотностью более 5%: - положения 34, 205 гена abcZ; - положения 565, 611 гена adk; - положения 1112, 1271 гена aroE; - положения 1526, 1646, 1649, 1685, 1691 гена fumC; - положения 1886, 1937, 2028, 2282 гена gdh; - положения 2513, 2775 гена pdhC; - положение 3276 гена pgm. Для каждого из 1442 молекулярных типов получена нуклеотидная последовательность (нуклеотидный профиль miniMLST), состоящий из информативных нуклеотидов, которые расположены в выбранных 18 положениях, и позволяют различать существующие MLST генотипы. С целью анализа информативных полиморфизмов в выбранных 18 положениях в геноме N. gonorrhoeae сконструированы праймеры для мультиплексной ПЦР и олигонуклеотидных зонды для иммобилизации на биочипе, позволяющем идентифицировать соответствующие информативные полиморфизмы. Проведён синтез и контроль качества праймеров и зондов. Разработана и оптимизирована процедура мультиплексной амплификации локусов abcZ, adk, aroE, fumC, gdh, pdhC и pgm, позволяющая получать флуоресцентно-меченые фрагменты для последующей гибридизации на олигонуклеотидном биочипе. Разработанная процедура включает два этапа мультиплексной ПЦР в отдельных пробирках: на первом этапе в избытке нарабатываются геномные фрагменты, ограниченные соответствующими праймерами, а на втором – их одноцепочечные флуоресцентно-меченые копии. Полученная после второго этапа амплификации смесь ПЦР-продуктов будет применяться для последующей гибридизации на биочипах. Таким образом, создан метод определения 18 информативных нуклеотидов и, соответственно, определения MLST-генотипа N. gonorrhoeae, на основе мультиплексной ПЦР с последующей гибридизацией на оригинальном олигонуклеотидном биочипе.

 

Публикации

1. Кандинов И.Д., Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Филиппова М.А., Ларкин А.А., Грядунов Д.А. Mini-Multilocus Sequence Typing Scheme for the Global Population of Neisseria gonorrhoeae International Journal of Molecular Sciences, том 25, выпуск 11, страницы 5781 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25115781

2. Кандинов И.Д., Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Ларкин А.А., Кубанов А.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю., Грядунов Д.А Molecular epidemiology of Neisseria gonorrhoeae isolates in Russia, 2015–2023: current trends and forecasting Frontiers Media S.A., Том 15 , номер публикации 1526859 (год публикации - 2025)
10.3389/fcimb.2025.1526859

3. Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Кандинов И.Д., Грядунов Д.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю. Микрочиповые технологии для анализа генетических детерминант устойчивости Neisseria gonorrhoeae к противомикробным препаратам Вестник дерматологии и венерологии, Том 101 , издание 1 , страницы 85-97 (год публикации - 2025)
10.25208/vdv16837


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За 2025 год сформирована коллекция образцов ДНК клинических изолятов N. gonorrhoeae, включающая различные регионы России, в том числе Московский регион. Всего собрано и охарактеризовано 92 изолята. Для каждого изолята проведено определение минимальной подавляющей концентрации к цефтриаксону и азитромицину методом серийных разведений на агаре. Все 92 изолята продемонстрировали фенотипическую чувствительность к цефтриаксону, что подтверждает целесообразность его применения в качестве препарата первой линии. В отношении азитромицина выявлено 4,3% устойчивых изолятов, включая штамм с высоким уровнем резистентности (МПК=4 мг/л), что подчеркивает необходимость постоянного эпидемиологического мониторинга. Завершена разработка нового метода MLST-генотипирования N. gonorrhoeae на основе отечественной технологии олигонуклеотидных гидрогелевых биочипов. Метод основан на анализе 18 информативных однонуклеотидных полиморфизмов в семи высококонсервативных генах «домашнего хозяйства». Разработана и оптимизирована двухэтапная процедура мультиплексной ПЦР с флуоресцентным мечением и последующей гибридизацией на разработанном биочипе, содержащем 36 олигонуклеотидных зондов. Создана программа для автоматической интерпретации сигналов чипа и определения MLST-генотипа изолята. По результатам апробации на всей коллекции из 266 изолятов (2024-2025 гг.) метод показал высокие диагностические характеристики: чувствительность (100%), специфичность (86,1%) и точность, сопоставимую с референсным MLST-генотипированием (97,7%). Проведен сравнительный анализ MLST-генотипов, циркулировавших в Москве и других регионах России в 2024-2025 годах. Популяция возбудителя характеризовалась значительным генетическим сходством, обладая общими доминирующими генотипами – ST-10314 и ST-8143. При этом в Москве наблюдалось большее разнообразие второстепенных генотипов, а в регионах выявлялись генотипы, не характерные для столицы, в частности ST-11706. Анализ ассоциаций генотипов и фенотипической чувствительности показал связь генотипа ST-9363 с устойчивостью к азитромицину и ST-1901 со сниженной чувствительностью к цефтриаксону. Особую эпидемиологическую опасность представляют изоляты, сочетающие сниженную чувствительность к цефтриаксону с резистентностью к азитромицину, выявленные в нескольких регионах. В результате филогенетического анализа установлены происхождение и генетические связи ключевых линий N. gonorrhoeae в России. Выявлен высокий уровень сцепления (76,3%) между генотипами по схемам MLST и NG-MAST, подтверждающий существование устойчивых генетических кластеров в российской популяции. Показано, что основу популяции составляет автохтонный чувствительный кластер MLST-1594/NG-MAST-807. Также установлено, что линии MLST-9363/NG-MAST-12302 и MLST-1901/NG-MAST-1407, ассоциированные с устойчивостью к азитромицину и сниженной чувствительностью к цефтриаксону соответственно, по-видимому, были занесены в страну в результате трансграничного переноса из Европы. Проведена комплексная оценка перспектив применения актуальных антимикробных препаратов в России. Разработанный метод MLST-генотипирования на биочипе показал высокие диагностические характеристики, что делает его пригодным для массового эпидемиологического скрининга. Анализ сформированной коллекции изолятов за весь период выполнения проекта подтвердил целесообразность использования цефтриаксона в качестве препарата первой линии на территории России, в соответствии с текущими клиническими рекомендациями Минздрава (Министерство здравоохранения, клинические рекомендации «Гонококковая инфекция», 2024). Вместе с тем циркуляция занесенных в Россию европейских устойчивых линий и локальные очаги резистентности к азитромицину делают невозможным применение комбинированной терапии цефтриаксон + азитромицин и диктуют необходимость продолжения молекулярно-эпидемиологического надзора с использованием разработанного метода молекулярно-генетического типирования возбудителя гонококковой инфекции.

 

Публикации

1. Кандинов И.Д., Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Филиппова М.А., Ларкин А.А., Грядунов Д.А. Mini-Multilocus Sequence Typing Scheme for the Global Population of Neisseria gonorrhoeae International Journal of Molecular Sciences, том 25, выпуск 11, страницы 5781 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25115781

2. Кандинов И.Д., Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Ларкин А.А., Кубанов А.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю., Грядунов Д.А Molecular epidemiology of Neisseria gonorrhoeae isolates in Russia, 2015–2023: current trends and forecasting Frontiers Media S.A., Том 15 , номер публикации 1526859 (год публикации - 2025)
10.3389/fcimb.2025.1526859

3. Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Кандинов И.Д., Грядунов Д.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю. Микрочиповые технологии для анализа генетических детерминант устойчивости Neisseria gonorrhoeae к противомикробным препаратам Вестник дерматологии и венерологии, Том 101 , издание 1 , страницы 85-97 (год публикации - 2025)
10.25208/vdv16837


Возможность практического использования результатов
Результаты проекта обладают высокой степенью готовности к практической реализации и формируют весомый научно-технологический задел, направленный на обеспечение экономического роста и социального развития Российской Федерации. Cоздан и запатентован оригинальный метод MLST-генотипирования N. gonorrhoeae на основе технологии гидрогелевых биочипов. Данная отечественная разработка обеспечивает сокращение времени анализа по меньшей мере в 2 раза и снижение себестоимости исследования на 40-60% по сравнению с традиционными подходами на основе мультилокусного секвенирования. Это создает основу для полного импортозамещения в сегменте специализированной молекулярной диагностики гонореи, открывает перспективы экспорта и формирует критически важный технологический задел для разработки аналогичных тест-систем против других социально-значимых инфекций. Внедрение метода обеспечивает существенную экономию бюджетных средств за счет удешевления масштабного эпидемиологического мониторинга. Полученные уникальные данные о структуре и устойчивости российской популяции гонококка, включая доказательства трансграничного переноса устойчивых штаммов, являются инструментом для обоснованной и своевременной коррекции национальных клинических рекомендаций и схем терапии. Это позволит сохранить клиническую эффективность существующих антибиотиков, избежать затрат на лечение осложненных форм инфекций, вызванных резистентными штаммами, и, как следствие, снизить совокупные экономические потери системы здравоохранения и общества. Проект напрямую способствует укреплению национальной биологической безопасности путем создания системы оперативного выявления и отслеживания трансграничного заноса устойчивых штаммов. Реализация результатов направлена на сдерживание распространения антимикробной резистентности– одной из глобальных угроз человечеству. В социальной сфере это приведет к снижению заболеваемости, профилактике тяжелых осложнений, сохранению репродуктивного здоровья населения и, в конечном итоге, повышению качества жизни и общественного здоровья, что является основой социальной стабильности.