Molecular epidemiology of vibrio cholerae - development of the algorithm for data analysis of whole genome sequencing

Abstract

The algorithm of the comparative analysis of genome-sequencing data on toxigenic strains of Vibrio cholerae, obtained on different technological platforms was developed. The algorithm includes the establishment of sampling and analysis of genomes and 1929 SNP, localized in the open reading frames. The result of the analysis of genome-sequencing indicates to the presence of several waves of importation of toxigenic strains into the territory of the Russian Federation. As noted relationship strains caused the epidemic process in 1994 in Dagestan and in the Ukraine, and they are clearly discriminated from strains isolated after 2000. The strains have caused epidemic complications in Dagestan in 1994, are distributed between three different clusters, which allows to suggest the presence of at least three independent drifts in cholera in the Republic ofDagestan during the epidemic in 1994, and the presence of strains from Bangladesh and Mozambique in these clusters may indicate to the possible origin of the source of infection. So the flash in 2001 in Kazan, probably is caused by a "Nepalese" strains. Recent events in Haiti epidemic were caused by strains of "Haitian Group", which in the same period of time often were isolated in our country but have not received distribution. In our opinion, the developed algorithm can be used to develop a single unified approach to the study of the molecular epidemiology of cholera in the Russian Federation.

Keywords

Vibrio cholerae / SNP / cholera / Vibrio cholerae / SNP / molecular epidemiology / algorithm

References

[1] Bhuyan S.K., Vairale M.G., Arya N., Yadav P., Veer V., Singh L., Yadava P.K., Kumar P. Molecular epidemiology of Vibrio cholerae associated with flood in Brahmaputra River valley, Assam, India. Infect. Genet. Evol. 2015; Dec 2. pii: S1567-1348 (15)30059-9. doi: 10.1016/j.meegid.2015.11.029.

[2] Parkhill J. and Wrencor B.W. Bacterial epidemiology and biology - lessons from genome sequencing. Genome Biol. 2011; 12 (10): 230. Published online. 2011; Oct 24. doi: 10.1186/gb-2011-12-10-230.

[3] Lam C., Octavia S., Reeves P.R., Lan R. Multi-locus variable number tandem repeat analysis of 7th pandemic Vibrio cholerae. BMC Microbiol. 2012; May 24; 12: 82. doi: 10.1186/1471-2180-12-82.

[4] Кулешов К.В., Маркелов М.Л., Дедков В.Г., Водопьянов С.О., Водопьянов А.С., Керманов А.В., Писанов Р.В., Кругликов В.Д., Мазрухо А.Б., Малеев В.В., Шипулин Г.А. Филогенетический анализ геномов штаммов Vibrio cholerae, выделенных на территории Ростовской области. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2013; 6: 13-20.

[5] Kuleshov K.V., Vodop’yanov S.O., Dedkov V.G., Markelov M.L., Kermanov A.V., Kruglikov V.D. et al. Draft Genome Sequencing of Vibrio cholerae O1 El Tor Isolates Collected in the Russian Federation from Imported Cholera Cases. Genome Announc. 2014; Jul 17; 2 (4). pii: e00624-14. doi: 10.1128/genomeA.00624-14.

[6] Челдышова Н.Б., Крицкий А.А., Краснов Я.М., Смирнова Н.И. Анализ результатов фрагментарного и полногеномного секвенирования атипичных штаммов Vibrio cholerae классического биовара, вызвавших вспышку азиатской холеры в России. Эпидемиол. и инфекц. бол. 2015; 20 (5): 24-31.

[7] Миронова Л.В., Балахонов С. В. Полногеномный анализ однонуклеотидных полиморфизмов в изучении молекулярной эпидемиологии холеры в эволюционной истории возбудителя. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2014; 4: 10-8.

[8] Reimer A.R., Domselaar G.V., Stroika S., Walker M., Kent H., Tarr C. et al. Comparative Genomics of Vibrio cholerae from Haiti, Asia, and Africa. Emerg. Inf. Diss. 2011; 17 (11): 2113-21.

[9] Katz L.S., Petkau A., Beaulaurier J., Tyler S., Antonova E.S., Turnsek M.A. et. al. 2013. Evolutionary dynamics of Vibrio cholerae O1 following a single-source introduction to Haiti. mBio 4 (4): e00398-13. doi:10.1128/mBio.00398-13.

[10] Duke J.L., Lind C., Mackiewicz K., Ferriola D., Papazoglou A., Derbeneva O. et al. Towards allele-level human leucocyte antigens genotyping - assessing two next-generation sequencing platforms: Ion Torrent Personal Genome Machine and Illumina MiSeq. Int. J. Immunogenet. 2015 Oct; 42 (5): 346-58. doi: 10.1111/iji.12213. Epub. 2015 Jun 27.

[11] Van den Hoecke S., Verhelst J., Vuylsteke M., Saelens X. Analysis of the genetic diversity of influenza A viruses using next-generation DNA sequencing. BMC Genomics. 2015 Feb 14; 16: 79. doi: 10.1186/s12864-015-1284-z.

[12] Quail M.A., Smith M., Coupland P., Otto T.D., Harris S.R., Connor T.R. et al. A tale of three next generation sequencing platforms: comparison of Ion Torrent, Pacific Biosciences and Illumina MiSeq sequencers. BMC Genomics. 2012 Jul 24; 13: 341. doi: 10.1186/1471-2164-13-341.

[13] Романов А.В., Чернов Е.А., Эйдельштейн М.В. Молекулярная эпидемиология внутрибольничных золотистых стафилококков в стационарах различных регионов России. Молекулярная медицина. 2013; 4: 55-64.

[14] Kuleshov K.V., Vodop’yanov S.O., Markelov M.L., Dedkov V.G., Kermanov A.V., Kruglikov V.D. et al. Draft Genome Sequences of Vibrio cholerae O1 ElTor Strains 2011EL-301 and P-18785, Isolated in Russia. Genome Announc. 2013 Aug 22; 1 (4). pii: e00659-13. doi: 10.1128/genomeA.00659-13.

[15] Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods. Molecular Biology and Evolution. 2011; 28: 2731-9.

[16] Щелканова Е.Ю., Кульшань Т.А., Заднова С.П., Агафонов Д.А., Смирнова Н.И. Конструирование штамма-продуцента в-субъединицы холерного токсина на модели атоксигенного геноварианта Vibrio cholerae. Холера и патогенные для человека вибрионы: Материалы проблемной комиссии (48.04) Координационного научного совета по санитарно-эпидемиологической охране территории Российской Федерации. Ростов-на-Дону: Дониздат; 2015; Вып. 28: 144-6.

[17] Safa A., Nair G.B., Kong R.Y.C. Evolution of new variants of Vibrio cholerae O1. Trends in Microbiology. 2010; 18 (1): 46-54.

[18] Писанов Р.В., Ежова М.И., Монахова Е.В., Черкасов А.В., Краснов Я.М., Водопьянов А.С. и др. Особенности структуры генома токсигенного штамма Vibrio cholerae El Tor Инаба, выделенного в 2014 г. из открытого водоема в Ростове-на-Дону. Проблемы особо опасных инфекций. 2015; 2: 63-7.

[19] Мишанькин Б.Н, Водопьянов А.С, Ломов Ю.М., Водопьянов С.О., Романова Л.В., Черепахина И.Я. и др. Мультилокусное VNTR-типирование культур холерных вибрионов, выделенных в г. Казань во время вспышки холеры летом 2001 года. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2003; 6: 11-5.

[20] Ломов Ю.М., Москвитина Э.А., Арешина О.А., Адаменко О.Л.. Оценка эпидемиологической обстановки по холере в мире в современный период. Прогноз. Проблемы особо опасных инфекций. 2011; Вып. 107: 16-9.

[21] Онищенко Г.Г., Беляев Е.Н., Москвитина Э.А., Резайкин В.И., Ломов Ю.М., Мединский Г.М. Холера в Дагестане: прошлое и настоящее / Под общей редакцией заслуженного деятеля науки РФ, доктора мед. наук, проф. Г.М. Мединского. Ростов-на-Дону: Изд-во «Полиграф»; 1995: 33-77.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-vector