Molecular and genetic characteristics of pathogenicity of lactose-negative strains Escherichia coli isolated from COVID-19

Main Article Content

Marina V. Nazarova
Andrey V. Mastilenko
Natalia I. Potaturkina-Nesterova

Abstract

We identified the genetic determinants of the pathogenicity of this species. Тhe prospective molecular genetic study of lactose-negative E. coli isolates was performed using PCR-RT. We determined the complete nucleotide sequences of the gene regions encoding the synthesis of fimbrial adhesins (fimH), aerobactin (aer), IbeA protein (ibeA) and hemolysin (hlyF) and performed a bioinformatic analysis of the conserved regions of the studied fragments of the genomes of lactose-negative E. coli. We found that the frequency of occurrence of oligonucleotide sequences of genes determining pathogenicity in the first group was 95.2%, in the second – 95.2%, in the third – 100% (in the control – 20.0% of isolates). This indicates an increased pathogenicity of the studied strains of lactose-negative E. coli in all groups. In the first group, the fimH gene was found in 81.0%, the aer gene in 33.3%, the ibeA gene in 23.8%, and the hlyF gene in 19.0% of the strains. In the second group, the fimH gene was detected in 88.3%, the ibeA gene in 26.2%, the aer gene in 31.0% and the hlyF gene in 9.5% of the strains. In the third group, the fimH gene was found in 100.0% of the strains, the aer gene – in 64.0%, the ibeA gene – in 56.0% and the hlyF gene – in 40.0%. In the control, the fimH gene and the aer gene were detected in 10.0% and 10% of the strains, respectively. Therefore, the fimН gene has the highest frequency of occurrence.
 

Article Details

How to Cite
Nazarova М. В., Mastilenko А. В., & Potaturkina-Nesterova Н. И. (2025). Molecular and genetic characteristics of pathogenicity of lactose-negative strains Escherichia coli isolated from COVID-19. Bulletin of Perm University. Biology, (3), 270–278. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2025-3-270-278
Section
Микробиология
Author Biographies

Marina V. Nazarova, Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia

рostgraduate student of the Department of General and Clinical Pharmacology with Microbiology course

Andrey V. Mastilenko, Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia

candidate of biology, аssociate professor of the Department of General and Clinical Pharmacology with Microbiology course

Natalia I. Potaturkina-Nesterova, Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia

doctor of medicine, professor of the Department of General and Clinical Pharmacology with a course in Microbiology

References

43-я Всемирная ассамблея здравоохранения. Международная статистическая классификация бо-лезней и проблем, связанных со здоровьем, 10-го пересмотра, онлайн версия [Электронный ресурс] URL: https://mkb-10.com/index.php?pid=23014 (дата обращения: 03.07.2023).

Жабченко И.А. Уропатогенные штаммы Esherichia coli: особенности функционирования, факторы вирулентности, значение в клинической практике // Таврический медико-биологический вестник. 2013. № 16. С. 201–206. EDN: TFRICX.

Здвижкова И.А., Андрющенко С.В. Скрининг генетических детерминант патогенного потенциала энтеробактерий // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. № 9. С. 57–61. EDN: YLQHTE.

Иванова Е.И. и др. Детекция некоторых генов, кодирующих факторы патогенности у типичных изолятов Escherichia coli // Acta Biomedica Scientifica. 2014. № 5. С. 89–94. EDN: TMENDD.

Иванова Е.И. и др. Определение частоты встречаемости генов, кодирующих способность к форми-рованию связывания пилей у аутоштаммов Escherichia coli // Клиническая лабораторная диагностика. 2015. Т. 60, № 1. С. 52–55. EDN: TJWVAX.

Иванова Е.И. и др. Выявление генов патогенности, кодирующих способность к токсинобразованию, у штаммов Escherichia coli, выделенных из кишечного биотопа детей // Acta Biomedica Scientifica. 2013. № 2. С. 111–114.

Ильина Н.А., Карпеева Е.А., Гусева И.Т. E. coli как условно-патогенные бактерии кишечника чело-века // Медицинские науки. 2008. № 9. С. 60–62.

Корсунский Е.С., Белоусова Е.А., Будзинская А.А. Постковидное поражение кишечника: клинико-эндоскопические и морфологические особенности. Результаты одноцентрового наблюдательного про-спективного когортного исследования // Альманах клинической медицины. 2023. Т. 51, № 8. С. 427–440. DOI: 10.18786/2072-0505-2023-51-047. EDN: QJFQEE.

Кузнецова М.В., Гизатуллина Ю.С. Филогенетическое разнообразие и биологические свойства уропатогенных штаммов Escherichia coli // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2019. № 3. С. 24–24. EDN: ZEUSIV.

Лутовина О.В. и др. Состояние микробиоты кишечника и ротоглотки у эпизодически болеющих респираторными заболеваниями детей раннего возраста // Врач-аспирант. 2017. Т. 85, № 6.3. С. 398–404. EDN: ZRWBEZ.

Мастиленко А.В. и др. Разработка системы дифференциации B. bronchiseptica и B. pertussis на ос-нове мультиплексной ПЦР в режиме «Реального времени» // Вестник Ульяновской государственной сель-скохозяйственной академии. 2014. № 1. С. 50–54. EDN: SEJIYB.

Мурзабаева Р.Т. и др. Генетические маркеры патогенности клинических штаммов условно-патогенных энтеробактерий и особенности ассоциируемых с ними острых кишечных инфекций у взрос-лых // Инфекционные болезни: Новости. Мнения. Обучение. 2016. № 4 (17). С. 73–79. EDN: XHCVKB.

Назарова М.В., Потатуркина-Нестерова Н.И., Ильина Н.А. Возрастные особенности микробиоти-ческого состава кишечника при COVID-19 // Естественные и технические науки. 2024. № 12. С. 123–126. DOI: 10.25633/ETN.2024.12.05. EDN: GVGSQZ.

Новикова И.Е. и др. Антибиотикорезистентность и вирулентность карбапенем-устойчивых штам-мов Klebsiella pneumoniae, выделенных у детей в реанимационных и хирургических отделениях // Жур-нал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2023. Т. 100, № 4. C. 321–332. DOI: 10.36233/0372-9311-373. EDN: RMJXSL.

Об утверждении отраслевого стандарта «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника». Приказ МЗ РФ № 231 от 09. 06.2003 г.

Попова Н.В. и др. Особенности микробиоты кишечника пациентов пожилого и старческого воз-раста, переболевших COVID-19 // Современные проблемы здравоохранения и медицинской статистики. 2024. № 3. С. 420–432. DOI: 10.24412/2312-2935-2024-3-420-432. EDN: AFSTTP.

Садретдинова Л.Д. и др. Поражение желудочно-кишечного тракта при COVID-19 // Профилакти-ческая медицина. 2022. Т. 25, №. 7. С. 106–115. DOI: 10.17116/profmed202225071106. EDN: FBWJUW.

Сигидаев А.С. и др. Оценка эффективности антипротозойной комплексной терапии бластоцистной инвазии у больных HCV-циррозом // Лечение и профилактика. 2014. № 4. С. 5–11. EDN: THZVUR.

Устюжанин А.В., Чистякова Г.Н., Ремизова И.И. Филогенетический анализ родства штаммов Klebsiella pneumoniae по генам uge и fim // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020. № 6. С. 556–563. DOI: 10.36233/0372-9311-2020-97-6-6. EDN: EPJFHM.

Феоктистова Н.А. и др. Разработка системы генетической детекции фазелотоксина в геномах бак-териофагов Pseudomonas Syringae PS. S. 7 И PS. S. 27 Серии УлГАУ // Фундаментальные аспекты и прак-тические вопросы современной микробиологии и биотехнологии: материалы Национальной науч.-практ. конф. Ульяновск, 2022. С. 683–690.

Хуснутдинова Т.А. и др. Молекулярно-генетическая характеристика уропатогенных Escherichia coli, выделенных при бессимптомной бактериурии у беременных // Журнал микробиологии, эпидемио-логии и иммунобиологии. 2024. Т. 101, № 4. С. 462–469. DOI: 10.36233/0372-9311-518. EDN: HZATLT.

Шилов С.Н. Постковидный синдром: поражения системы пищеварения и возможности профилак-тики // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Наука и социум». Новосибирск, 2022. № 19. С. 157–160. DOI: 10.38163/978-5-6046740-7-9_2022_157. EDN: HUSWNQ.

Юсупов М.И., Одилова Г.М., Шайкулов Х.Ш. Об изменении свойств кишечных палочек при поно-сах у детей // Экономика и социум. 2021. № 3(82). С. 611–616. EDN: BGNLWZ.

Elmunzer B.J. et al. North American Alliance for the Study of Digestive Manifestations of COVID-19. Digestive manifestations in patients hospitalized with coronavirus disease 2019 // Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2021. Vol. 19(7). Р. 1355–1365. DOI: 10.1016/j.cgh.2020.09.041. EDN: MOMXBA.

Germon P. et al. ibeA, a virulence factor of avian pathogenic Escherichia coli // Microbiology. 2005. Vol. 151(4). Р. 1179–1186. DOI: 10.1099/mic.0.27809-0.

Gupta A. et al. Extrapulmonary manifestations of COVID-19 // Nature Medicine. 2020. Vol. 26(7). P. 1017–1032. DOI: 10.1038/s41591-020-0968-3. EDN: HTAOKQ.

Johnson J.R. Virulence factors in Escherichia coli urinary tract infection // Clin Microbiol Rev. 1991. Vol. 4, № 1. Р. 80–128. DOI: 10.1128/CMR.4.1.80.

Kaczmarek A. et al. Virulence genes and antimicrobial susceptibility of lactose-negative and lactose-positive strains of Escherichia coli isolated from pregnant women and neonates // Folia Microbiol. 2017. Vol. 62. Р. 363–371. DOI: 10.1007/s12223-017-0506-y. EDN: HJEWYU.

Megyeri K. et al. COVID-19-associated diarrhea // World J. Gastroenterol. 2021. Vol. 27(23). Р. 3208–3222. DOI: 10.3748/wjg.v27.i23.3208. EDN: FVWZBZ.

Murase K. et al. HlyF produced by extraintestinal pathogenic Escherichia coli is a virulence factor that regulates outer membrane vesicle biogenesis // J. Infect. Dis. 2016. Vol. 213(5). Р. 856–865. DOI: 10.1093/infdis/jiv506.

Papa A. et al. Gastrointestinal symptoms and digestive comorbidities in an Italian cohort of patients with COVID-19 // Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2020. Vol. 24(13). Р. 7506–7511.

Raeispour M., Ranjbar R. Antibiotic resistance, virulence factors and genotyping of uropathogenic Esch-erichia coli strains // Antimicrob. Res. Infect. Control. 2018. Vol. 7(1). Р. 1–9. DOI: 10.1186/s13756-018-0411-4. EDN: EONPBJ.

Rizvi A. et al. Northwell health COVID-19 research consortium. Gastrointestinal sequelae 3 and 6 months after hospitalization for Coronavirus disease 2019 // Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2021. Vol. 19(11). Р. 2438–2440. DOI: 10.1016/j.cgh.2021.06.046. EDN: ORADFT.

Sarowska J. et al. Virulence factors, prevalence and potential transmission of extraintestinal pathogenic Escherichia coli isolated from different sources: recent reports // Gut. Pathogens. 2019. Vol. 11. Р. 1–16. DOI: 10.1186/s13099-019-0290-0. EDN: VMTCIT.

Zuo T. et al. Alterations in gut microbiota of patients with COVID-19 during time of hospitalization // Gastroenterology. 2020. Vol. 159(3). Р. 944–955. DOI: 10.1053/j.gastro.2020.05.048. EDN: ORLQBQ.