Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
медицинских наук: 03.00.07 – микробиология. — Московский
научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им.
Г.Н. Габричевского Федеральной службы по надзору в сфере защиты
прав потребителей и благополучия человека. — Москва, 2008. — 53 с.
Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор Мазурова
И.К.
Цель исследования: выявление
молекулярно-генетических особенностей структуры основных генов
патогенности B. pertussis и С. diphtheriae, циркулирующих на
современном этапе развития эпидемических процессов этих инфекций, и
разработка принципиально новых подходов к совершенствованию
лабораторной диагностики и средств вакцинопрофилактики коклюша и
дифтерии.
Научная новизна
Впервые проведен молекулярно-генетический мониторинг штаммов B. pertussis, циркулирующих в различные периоды эпидемического процесса коклюшной инфекции, и показано, что происходит вытеснение штаммов, содержащих «вакцинные» аллели, штаммами с «невакцинными» аллелями генов, кодирующих S1 субъединицу коклюшного токсина, пертактина и фимбриальных белков.
Получены новые данные об особенностях структуры пяти основных генов патогенности штаммов B. pertussis. Установлено, что в настоящее время штаммы B. pertussis с новым «невакцинным» ptxА1 аллелем гена коклюшного токсина распространились и полностью вытеснили штаммы B. pertussis с «вакцинными» ptxА4 и ptxА2 аллелями; новые «невакцинные» p2 и p3 аллели гена пертактина встречаются у 76,0% и 21,9% штаммов, соответственно. В тоже время формирование и распространение штаммов с «невакцинными» fim2-2 и fim3В аллелями фимбриальных генов происходит медленнее и встречается в 53,3% и в 83,4% случаев, соответственно. Изменений в структуре гена, кодирующего фактор колонизации трахеи (tcfA) не выявлено. Обнаружено, что современная популяция штаммов B. pertussis, характеризующаяся новыми «невакцинными» аллелями основных генов патогенности, обладает высокой патогенностью и высокой лейкоцитозстимулирующей активностью, что влияет на тяжесть клинического течения коклюша.
Получены новые данные о несоответствии структуры основных генов патогенности, ответственных за коклюшный токсин, пертактин, фимбриальные белки, штаммов B. pertussis, которые используют в нашей стране для производства АКДС-вакцины, и штаммов B. pertussis, вызывающих заболевание коклюшем в настоящее время, что является обоснованием совершенствования средств вакцинопрофилактики при коклюше.
Показано, что сохраняется циркуляция штаммов C. diphtheriae (в 60,0% случаев) с незначительными множественными единичными мутациями в tox гене, которые не сказываются на первичной структуре белка дифтерийного токсина, что формирует генетическую вариабельность вида. В последние годы не произошло распространения штаммов C. diphtheriae с измененной структурой tox гена (в положении 1252), приводящей к изменению аминокислотного состава белка дифтерийного токсина.
Выявлено, что в геноме штаммов C. diphtheriae биовара gravis имеется нуклеотидная последовательность (amy ген), являющаяся генетической детерминантой, кодирующей амилазную активность, в то время как штаммы С. diphtheriae биовара mitis имеют делецию этого фрагмента генома.
Сформированы новые подходы в системе мониторинга коклюшной инфекции и лабораторной диагностики коклюша и дифтерии, основанные на современных амплификационных технологиях, использующих выбранные «мишени» (нуклеотидные последовательности ДНК).
Впервые разработан новый метод мониторинга штаммов B. pertussis на основе молекулярно-генетического изучения полиморфизма длин рестрикционных фрагментов амплифицированных продуктов (ПЦР-ПДРФ) и получен патент на изобретение № 2299908, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 мая 2007 г.
Впервые разработан прямой ускоренный, высокочувствительный, специфичный и эффективный метод лабораторной диагностики коклюша – LAMP-вариант; получено положительное решение о выдаче патента от 16.09.2008 г. по заявке № 2007147797/13 (52390).
Впервые разработан молекулярно-генетический способ дифференцирования штаммов C. diphtheriae по принадлежности к биовару; получено положительное решение о выдаче патента от 13.11.2008 г. по заявке № 2007140879/13(044745).
Практическая значимость
Пополнена уникальная коллекция штаммов B. pertussis и С. diphtheriaе, позволяющая проводить многоплановые исследования возбудителей коклюша и дифтерии с целью создания новых препаратов и биотехнологий, направленных на совершенствование лабораторной диагностики и средств иммунопрофилактики при этих инфекциях.
Подобраны штаммы B. pertussis, вызывающие заболевание коклюшем на современном этапе эпидпроцесса, с новой генетической структурой основных факторов патогенности, как кандидаты для конструирования перспективных вакцинных препаратов.
Новый метод мониторинга штаммов B. pertussis на основе ПЦР-ПДРФ позволяет определять штаммы с измененной структурой ptxА гена коклюшного токсина для наблюдения за циркулирующей на современном этапе развития эпидпроцесса коклюшной инфекции популяцией B. pertussis.
Прямой ускоренный метод лабораторной диагностики коклюша LAMP-вариант выявляет возбудителя заболевания непосредственно из клинического материала больного без выделения «чистой» культуры в течение 9 – 10 часов. Клинические испытания метода показали его высокую специфичность (100%), высокую чувствительность (103 м.кл.) и высокую диагностическую эффективность (84,9% ± 4,9% (р < 0,001), по сравнению с бактериологическим методом, эффективность которого не превышала 22,7% ± 5,7% (р < 0,001). Использование LAMP-варианта расширило возможности обследования больных с различной тяжестью клинического течения болезни, в различные сроки от начала заболевания, начиная с ранних сроков, а также при обследовании детей до 1 года, детей с коклюшем, осложненным другими заболеваниями и в очагах инфекции, в первую очередь, в детских специализированных учреждениях.
Способ дифференциальной диагностики C. diphtheriae позволяет определять принадлежность к биовару по более специфичному, по сравнению с биохимической идентификацией, признаку – нуклеотидной последовательности в amy гене, что является одним из этапов в создании новых мультиплексных тест-систем для выявления возбудителя дифтерии при обследовании больных с подозрением на дифтерию и для своевременного проведения противоэпидемических мероприятий в очаге.
Научная новизна
Впервые проведен молекулярно-генетический мониторинг штаммов B. pertussis, циркулирующих в различные периоды эпидемического процесса коклюшной инфекции, и показано, что происходит вытеснение штаммов, содержащих «вакцинные» аллели, штаммами с «невакцинными» аллелями генов, кодирующих S1 субъединицу коклюшного токсина, пертактина и фимбриальных белков.
Получены новые данные об особенностях структуры пяти основных генов патогенности штаммов B. pertussis. Установлено, что в настоящее время штаммы B. pertussis с новым «невакцинным» ptxА1 аллелем гена коклюшного токсина распространились и полностью вытеснили штаммы B. pertussis с «вакцинными» ptxА4 и ptxА2 аллелями; новые «невакцинные» p2 и p3 аллели гена пертактина встречаются у 76,0% и 21,9% штаммов, соответственно. В тоже время формирование и распространение штаммов с «невакцинными» fim2-2 и fim3В аллелями фимбриальных генов происходит медленнее и встречается в 53,3% и в 83,4% случаев, соответственно. Изменений в структуре гена, кодирующего фактор колонизации трахеи (tcfA) не выявлено. Обнаружено, что современная популяция штаммов B. pertussis, характеризующаяся новыми «невакцинными» аллелями основных генов патогенности, обладает высокой патогенностью и высокой лейкоцитозстимулирующей активностью, что влияет на тяжесть клинического течения коклюша.
Получены новые данные о несоответствии структуры основных генов патогенности, ответственных за коклюшный токсин, пертактин, фимбриальные белки, штаммов B. pertussis, которые используют в нашей стране для производства АКДС-вакцины, и штаммов B. pertussis, вызывающих заболевание коклюшем в настоящее время, что является обоснованием совершенствования средств вакцинопрофилактики при коклюше.
Показано, что сохраняется циркуляция штаммов C. diphtheriae (в 60,0% случаев) с незначительными множественными единичными мутациями в tox гене, которые не сказываются на первичной структуре белка дифтерийного токсина, что формирует генетическую вариабельность вида. В последние годы не произошло распространения штаммов C. diphtheriae с измененной структурой tox гена (в положении 1252), приводящей к изменению аминокислотного состава белка дифтерийного токсина.
Выявлено, что в геноме штаммов C. diphtheriae биовара gravis имеется нуклеотидная последовательность (amy ген), являющаяся генетической детерминантой, кодирующей амилазную активность, в то время как штаммы С. diphtheriae биовара mitis имеют делецию этого фрагмента генома.
Сформированы новые подходы в системе мониторинга коклюшной инфекции и лабораторной диагностики коклюша и дифтерии, основанные на современных амплификационных технологиях, использующих выбранные «мишени» (нуклеотидные последовательности ДНК).
Впервые разработан новый метод мониторинга штаммов B. pertussis на основе молекулярно-генетического изучения полиморфизма длин рестрикционных фрагментов амплифицированных продуктов (ПЦР-ПДРФ) и получен патент на изобретение № 2299908, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 мая 2007 г.
Впервые разработан прямой ускоренный, высокочувствительный, специфичный и эффективный метод лабораторной диагностики коклюша – LAMP-вариант; получено положительное решение о выдаче патента от 16.09.2008 г. по заявке № 2007147797/13 (52390).
Впервые разработан молекулярно-генетический способ дифференцирования штаммов C. diphtheriae по принадлежности к биовару; получено положительное решение о выдаче патента от 13.11.2008 г. по заявке № 2007140879/13(044745).
Практическая значимость
Пополнена уникальная коллекция штаммов B. pertussis и С. diphtheriaе, позволяющая проводить многоплановые исследования возбудителей коклюша и дифтерии с целью создания новых препаратов и биотехнологий, направленных на совершенствование лабораторной диагностики и средств иммунопрофилактики при этих инфекциях.
Подобраны штаммы B. pertussis, вызывающие заболевание коклюшем на современном этапе эпидпроцесса, с новой генетической структурой основных факторов патогенности, как кандидаты для конструирования перспективных вакцинных препаратов.
Новый метод мониторинга штаммов B. pertussis на основе ПЦР-ПДРФ позволяет определять штаммы с измененной структурой ptxА гена коклюшного токсина для наблюдения за циркулирующей на современном этапе развития эпидпроцесса коклюшной инфекции популяцией B. pertussis.
Прямой ускоренный метод лабораторной диагностики коклюша LAMP-вариант выявляет возбудителя заболевания непосредственно из клинического материала больного без выделения «чистой» культуры в течение 9 – 10 часов. Клинические испытания метода показали его высокую специфичность (100%), высокую чувствительность (103 м.кл.) и высокую диагностическую эффективность (84,9% ± 4,9% (р < 0,001), по сравнению с бактериологическим методом, эффективность которого не превышала 22,7% ± 5,7% (р < 0,001). Использование LAMP-варианта расширило возможности обследования больных с различной тяжестью клинического течения болезни, в различные сроки от начала заболевания, начиная с ранних сроков, а также при обследовании детей до 1 года, детей с коклюшем, осложненным другими заболеваниями и в очагах инфекции, в первую очередь, в детских специализированных учреждениях.
Способ дифференциальной диагностики C. diphtheriae позволяет определять принадлежность к биовару по более специфичному, по сравнению с биохимической идентификацией, признаку – нуклеотидной последовательности в amy гене, что является одним из этапов в создании новых мультиплексных тест-систем для выявления возбудителя дифтерии при обследовании больных с подозрением на дифтерию и для своевременного проведения противоэпидемических мероприятий в очаге.