Identification of Resistance Molecular Genetic Markers to Antibacterial Drugs of the Polymyxins Group (Colistin) in Bacterial Cultures of Klebsiella Pneumoniae
Authors: Руденкова Т.В. , Костюк С.А. , Горбич Ю.Л. 
Published: June 2023

Цель. Установить частоту выявления молекулярно-генетических маркеров устойчивости к антибактериальным лекарственным средствам группы полимиксинов (колистину) в бактериальных культурах Klebsiella pneumoniae. Материалы и методы. В бактериальных культурах K. pneumoniae проводили определение нуклеотидной последовательности гена mgrB с применением анализа кривых плавления, электрофореза и сиквенс-анализа. Для генов phoP, phoQ и pmrK определяли процент уровня нормализованной экспрессии данных генов с использованием метода ПЦР с обратной транскрипцией и расчета ΔΔCt. Выявление мобильных плазмидных генетических элементов устойчивости mcr проводили с применением метода ПЦР в режиме реального времени. Результаты. В исследованных бактериальных культурах K. pneumoniae нарушения структуры гена mgrB были выявлены в трех вариантах: полная делеция локуса гена (10,45%), делеция части локуса гена (10,00%), вставка инсерционных последовательностей (10,91%). Изменения структуры гена mgrB были обнаружены в 85,19% колистинрезистентных изолятов. Выявлены изоляты K. pneumoniae с гиперэкспрессией (уровень нормализованной экспрессии больше 100%) гена PhoQ (31,94%) и гена pmrK (3,70%). Для гена pmrK было зафиксировано отсутствие экспрессии в 6,94% проанализированных образцов, для гена PhoP отсутствие экспрессии было выявлено в 19,91% образцов. В исследованных бактериальных культурах K. pneumoniae не было зафиксировано присутствия генов семейства mcr. Заключение. В ходе проведенного исследования установлено, что такие молекулярно-генетические маркеры, как повышенная экспрессия генов двухкомпонентных систем phoPQ и pmrAB (PhoQ и/или pmrK), а также изменения в структуре гена mgrB (инсерции или делеции) выявляются у изолятов K. pneumoniae, резистентных к колистину, в то же время в изученных образцах не было выявлено генетических элементов (mcr гены), отвечающих за плазмидопосредованные механизмы формирования резистентности к полимиксинам (колистину).

Purpose. To establish the rate of detecting resistance molecular genetic markers to antibacterial drugs of the polymyxins group (colistin) identification in bacterial cultures of Klebsiella pneumoniae. Materials and methods. In bacterial cultures of K. pneumoniae (n=220), the nucleotide sequence of the mgrB gene was determined using melting curve analysis, electrophoresis, and sequence analysis. For the phoP, phoQ, and pmrK genes, the percentage of normalized expression of these genes was determined using reverse transcription PCR and ΔΔCt calculation. Detection of mcr mobile plasmid genetic elements of resistance was carried out using real-time PCR. Results. In the studied bacterial cultures of K. pneumoniae, structural disorders of the mgrB gene were detected in three variants: complete gene locus deletion (10.45%), a part of the gene locus deletion (10.00%), and insertion sequences (10.91%). Changes in the mgrB gene structure were detected in 85.19% of colistin-resistant isolates. Isolates of K. pneumoniae with overexpression (the level of normalized expression being more than 100%) of the PhoQ gene (31.94%) and the pmrK gene (3.70%) were identified. For the pmrK gene, the absence of expression was recorded in 6.94% of the analyzed samples; for the PhoP gene, the absence of expression was detected in 19.91% of samples. In the studied bacterial cultures of K. pneumoniae, the presence of the mcr family genes was not recorded. Conclusion. The study revealed that such molecular genetic markers as increased expression of the genes of the two-component systems phoPQ and pmrAB (PhoQ and/ or pmrK), as well as changes in the structure of the mgrB gene (insertions or deletions) were detected in K. pneumoniae isolates resistant to colistin; at the same time, no genetic elements (mcr genes) responsible for plasmid-mediated mechanisms of resistance formation to polymyxins (colistin) were found in the studied samples.