antibioticsАнтибиотики и ХимиотерапияAntibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy0235-2990ООО «Издательство ОКИ»10.37489/0235-2990-2020-65-9-10-3-7antibiotics-758Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSВлияние шоковых концентраций ванкомицина на формирование гетерорезистентности у Staphylococcus aureusThe Effects of Shock Vancomycin Concentrations on the Formation of Heteroresistance in Staphylococcus aureusГостевВ. В.GostevV. V.

Гостев Владимир Валерьевич — кандидат биологических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентства»; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава России

ул. Профессора Попова, д. 9, Детский научно-клинический центр инфекционных болезней, Санкт-Петербург, 197022

St. Petersburg

СоповаЮ. В.SopovaYu. V.

Сопова Юлия Викторовна — кандидат биологических наук, Санкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н. И. Вавилова; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Санкт-Петербург

 

St. Petersburg

КалиногорскаяО. С.KalinogorskayaO. S.

Калиногорская Ольга Серафимовна — кандидат медицинских наук

Санкт-Петербург

 

St. Petersburg

ВелижанинаМ. Е.VelizhaninaM. E.

Велижанина Мария Евгеньевна

Санкт-Петербург

 

St. Petersburg

ЛазареваИ. В.LazarevaI. V.

Лазарева Ирина Владимировна — кандидат медицинских наук

Санкт-Петербург

 

St. Petersburg

СтарковаП. С.StarkovaP. S.

Старкова Полина Сергеевна

Санкт-Петербург

 

St. Petersburg

СидоренкоС. В.SidorenkoS. V.

Сидоренко Сергей Владимирович — доктор медицинских наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентства»; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава России

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ФГБУ «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентства»; ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава РоссииРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases of Federal Medical-Biological Agency; North-Western State Medical University named after I.I.MechnikovRussian FederationСанкт-Петербургский филиал Института общей генетики им. Н. И. Вавилова; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»РоссияSt. Petersburg branch of Vavilov Institute of General Genetics; St. Petersburg UniversityRussian FederationФГБУ «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентства»РоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases of Federal Medical-Biological AgencyRussian FederationФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»РоссияSt. Petersburg UniversityRussian FederationФГБУ «Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентства»; ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава РоссииРоссияPediatric Research and Clinical Center for Infectious Diseases of Federal Medical-Biological Agency; North-Western State Medical University named after I.I.MechnikovNorth-Western State Medical University named after I.I.MechnikovRussian Federation202031122020659-1037Copyright © Гостев В.В., Сопова Ю.В., Калиногорская О.С., Велижанина М.Е., Лазарева И.В., Старкова П.С., Сидоренко С.В., 20202020Гостев В.В., Сопова Ю.В., Калиногорская О.С., Велижанина М.Е., Лазарева И.В., Старкова П.С., Сидоренко С.В.Gostev V.V., Sopova Y.V., Kalinogorskaya O.S., Velizhanina M.E., Lazareva I.V., Starkova P.S., Sidorenko S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.antibiotics-chemotherapy.ru/jour/article/view/758

Гликопептиды являются основой для лечения инфекций, вызываемых MRSA (Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus). Ранее было продемонстрировано, что при селекции устойчивости под воздействием высоких концентраций антибиотиков формируется антибиотикотолерантные фенотипы. В настоящем исследования была использована аналогичная модель селекции in vitro с ванкомицином. В опыт были включены клинические изоляты MRSA, принадлежащие к генетическим линиям ST8, ST239, и штамм MSSA (ATCC29213). В течение пяти часов тестируемые изоляты инкубировали в среде с высокой концентрацией ванкомицина (50 мкг/мл). После каждого воздействия тестируемые культуры выращивали на среде без антибиотика в течение 18 ч. Всего проведено десять циклов воздействия. Ванкомицин характеризовался бактериостатическим действием, доля выживших клеток после воздействия составляла 70–100%. После селекции наблюдался незначительный рост МПК к ванкомицину (МПК 2 мкг/мл), тейкопланину (МПК 1,5–3 мкг/мл) и даптомицину (МПК 0,25–2 мкг/мл). После селекции все штаммы демонстрировали увлечение площади роста в зависимости от концентрации ванкомицина, по результатам популяционного анализа (PAP), при этом гетерорезистентный фенотип (при PAP/AUC0,9) был выявлен у трёх изолятов. У всех изолятов были выявлены мутации в WalK (T188S, D235N, E261V, V380I и G223D). Воздействие кратковременными шоковыми концентрациями ванкомицина способствует формированию гетерорезистентности как у MRSA, так и MSSA. Возможно формирование VISA фенотипов на фоне терапии ванкомицином.

Glycopeptides are the basis of the treatment of infections caused by MRSA (Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus). Previously, it was demonstrated that antibiotic tolerant phenotypes are formed during selection of resistance under the influence of high concentrations of antibiotics. The present study uses a similar in vitro selection model with vancomycin. Clinical isolates of MRSA belonging to genetic lines ST8 and ST239, as well as the MSSA (ATCC29213) strain, were included in the experiment. Test isolates were incubated for five hours in a medium with a high concentration of vancomycin (50 μg/ml). Test cultures were grown on the medium without antibiotic for 18 hours after each exposure. A total of ten exposure cycles were performed. Vancomycin was characterized by bacteriostatic action; the proportion of surviving cells after exposure was 70–100%. After selection, there was a slight increase in the MIC to vancomycin (MIC 2 μg/ml), teicoplanin (MIC 1.5–3 μg/ml) and daptomycin (MIC 0.25–2 μg/ml). According to the results of PAP analysis, all strains showed an increase in the area under curve depending on the concentration of vancomycin after selection, while a heteroresistant phenotype (with PAP/AUC 0.9) was detected in three isolates. All isolates showed walK mutations (T188S, D235N, E261V, V380I, and G223D). Exposure to short-term shock concentrations of vancomycin promotes the formation of heteroresistance in both MRSA and MSSA. Formation of VISA phenotypes is possible during therapy with vancomycin.

Staphylococcus aureusванкомицингетерорезистентностьселекцияwalKStaphylococcus aureusvancomycinheteroresistanceselectionwalKРабота была выполнена в рамках гранта Российского научного фонда, проект № 18-75-10114 «Новые механизмы устойчивости Staphylococcus aureus к бета-лактамным и гликопептидным антибиотикам, связанные с внутриклеточными мессенджерами c-di-AMP и гетерорезистентностью»ReferencesBrauner A., Fridman O., Gefen O., Balaban N.Q. Distinguishing between resistance, tolerance and persistence to antibiotic treatment. Nat Rev Microb 2016; 14 (5): 320–330. doi: 10.1038/nrmicro.2016.34Brauner A., Fridman O., Gefen O., Balaban N.Q. Distinguishing between resistance, tolerance and persistence to antibiotic treatment. Nat Rev Microb 2016; 14 (5): 320–330. doi: 10.1038/nrmicro.2016.34Andersson D.I., Nicoloff H., Hjort K. Mechanisms and clinical relevance of bacterial heteroresistance. Nat Rev Microb 2019; 17 (8): 479–496. doi: 10.1038/s41579-019-0218-1Andersson D.I., Nicoloff H., Hjort K. Mechanisms and clinical relevance of bacterial heteroresistance. Nat Rev Microb 2019; 17 (8): 479–496. doi: 10.1038/s41579-019-0218-1Levin-Reisman I., Ronin I., Gefen O., Braniss I., Shoresh N., Balaban N.Q. Antibiotic tolerance facilitates the evolution of resistance. Science 2017; 355 (6327): 826–830. doi: 10.1126/science.aaj2191Levin-Reisman I., Ronin I., Gefen O., Braniss I., Shoresh N., Balaban N.Q. Antibiotic tolerance facilitates the evolution of resistance. Science 2017; 355 (6327): 826–830. doi: 10.1126/science.aaj2191Band V.I., Weiss D.S. Heteroresistance: A cause of unexplained antibiotic treatment failure? PLoS Pathog 2019; 15 (6): e1007726.Band V.I., Weiss D.S. Heteroresistance: A cause of unexplained antibiotic treatment failure? PLoS Pathog 2019; 15 (6): e1007726.Shariati A., Dadashi M., Moghadam M.T., van Belkum A., Yaslianifard S., Darban-Sarokhalil D. Global prevalence and distribution of vancomycin resistant, vancomycin intermediate and heterogeneously vancomycin intermediate Staphylococcus aureus clinical isolates: a systematic review and meta-analysis. Scic Rep 2020; 10 (1): 12689.Shariati A., Dadashi M., Moghadam M.T., van Belkum A., Yaslianifard S., Darban-Sarokhalil D. Global prevalence and distribution of vancomycin resistant, vancomycin intermediate and heterogeneously vancomycin intermediate Staphylococcus aureus clinical isolates: a systematic review and meta-analysis. Scic Rep 2020; 10 (1): 12689.Hiramatsu K., Kayayama Y., Matsuo M., Aiba Y., Saito M., Hishinuma T., Iwamoto A. Vancomycin-intermediate resistance in Staphylococcus aureus. J Glob Antimicrob Resist 2014; 2 (4): 213–224. doi: 10.1016/j.jgar.2014.04.006Hiramatsu K., Kayayama Y., Matsuo M., Aiba Y., Saito M., Hishinuma T., Iwamoto A. Vancomycin-intermediate resistance in Staphylococcus aureus. J Glob Antimicrob Resist 2014; 2 (4): 213–224. doi: 10.1016/j.jgar.2014.04.006Fridman O., Goldberg A., Ronin I., Shoresh N., Balaban N.Q. Optimization of lag time underlies antibiotic tolerance in evolved bacterial populations. Nature 2014; 513 (7518): 418–421. doi: 10.1038/nature13469Fridman O., Goldberg A., Ronin I., Shoresh N., Balaban N.Q. Optimization of lag time underlies antibiotic tolerance in evolved bacterial populations. Nature 2014; 513 (7518): 418–421. doi: 10.1038/nature13469Van den Bergh B., Michiels J.E., Wenseleers T., Windels E.M., Boer P.V., Kestemont D., De Meester L., Verstrepen K.J., Verstraeten N., Fauvart M. et al. Frequency of antibiotic application drives rapid evolutionary adaptation of Escherichia coli persistence. Nat Microbiol 2016; 1: 16020. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.20Van den Bergh B., Michiels J.E., Wenseleers T., Windels E.M., Boer P.V., Kestemont D., De Meester L., Verstrepen K.J., Verstraeten N., Fauvart M. et al. Frequency of antibiotic application drives rapid evolutionary adaptation of Escherichia coli persistence. Nat Microbiol 2016; 1: 16020. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.20Pfeltz R.F., Schmidt J.L., Wilkinson B.J. A microdilution plating method for population analysis of antibiotic-resistant staphylococci. Microbial Drug Resist 2001; 7 (3): 289–295. doi: 10.1089/10766290152652846Pfeltz R.F., Schmidt J.L., Wilkinson B.J. A microdilution plating method for population analysis of antibiotic-resistant staphylococci. Microbial Drug Resist 2001; 7 (3): 289–295. doi: 10.1089/10766290152652846Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., Team U. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics 2012; 28 (8): 1166–1167. doi: 10.1093/bioinformatics/bts091Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., Team U. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics 2012; 28 (8): 1166–1167. doi: 10.1093/bioinformatics/bts091Laureti L., Matic I., Gutierrez A. Bacterial Responses and Genome Instability Induced by Subinhibitory Concentrations of Antibiotics. Antibiotics 2013; 2 (1): 100–114. doi: 10.3390/antibiotics2010100Laureti L., Matic I., Gutierrez A. Bacterial Responses and Genome Instability Induced by Subinhibitory Concentrations of Antibiotics. Antibiotics 2013; 2 (1): 100–114. doi: 10.3390/antibiotics2010100Giuliano C., Haase K.K., Hall R. Use of vancomycin pharmacokineticpharmacodynamic properties in the treatment of MRSA infections. Expert Rev Anti-Infect Ther 2010; 8 (1): 95–106. doi: 10.1586/eri.09.123.Giuliano C., Haase K.K., Hall R. Use of vancomycin pharmacokineticpharmacodynamic properties in the treatment of MRSA infections. Expert Rev Anti-Infect Ther 2010; 8 (1): 95–106. doi: 10.1586/eri.09.123.Stevens D.L. The role of vancomycin in the treatment paradigm. Clin Infect Dis: an official publication of the Infectious Diseases Society of America 2006; 42 Suppl 1: S51–57. doi: 10.1086/491714Stevens D.L. The role of vancomycin in the treatment paradigm. Clin Infect Dis: an official publication of the Infectious Diseases Society of America 2006; 42 Suppl 1: S51–57. doi: 10.1086/491714Ji Q., Chen P.J., Qin G., Deng X., Hao Z., Wawrzak Z., Yeo W.S., Quang J.W., Cho H., Luo G.Z. et al. Structure and mechanism of the essential two-component signal-transduction system WalKR in Staphylococcus aureus. Nat Commun 2016; 7: 11000. doi: 10.1038/ncomms11000Ji Q., Chen P.J., Qin G., Deng X., Hao Z., Wawrzak Z., Yeo W.S., Quang J.W., Cho H., Luo G.Z. et al. Structure and mechanism of the essential two-component signal-transduction system WalKR in Staphylococcus aureus. Nat Commun 2016; 7: 11000. doi: 10.1038/ncomms11000Yin Y., Chen H., Li S., Gao H., Sun S., Li H., Wang R., Jin L., Liu Y., Wang H. Daptomycin resistance in methicillin-resistant Staphylococcus aureus is conferred by IS256 insertion in the promoter of mprF along with mutations in mprF and walK. Int J Antimicrob Agents 2019; 54 (6): 673–680. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2019.08.021Yin Y., Chen H., Li S., Gao H., Sun S., Li H., Wang R., Jin L., Liu Y., Wang H. Daptomycin resistance in methicillin-resistant Staphylococcus aureus is conferred by IS256 insertion in the promoter of mprF along with mutations in mprF and walK. Int J Antimicrob Agents 2019; 54 (6): 673–680. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2019.08.021Watanabe Y., Cui L., Katayama Y., Kozue K., Hiramatsu K. Impact of rpoB mutations on reduced vancomycin susceptibility in Staphylococcus aureus. J Clin Microbiol 2011; 49 (7): 2680–2684/ doi: 10.1128/JCM.02144-10Watanabe Y., Cui L., Katayama Y., Kozue K., Hiramatsu K. Impact of rpoB mutations on reduced vancomycin susceptibility in Staphylococcus aureus. J Clin Microbiol 2011; 49 (7): 2680–2684/ doi: 10.1128/JCM.02144-10Howden B.P., McEvoy C.R., Allen D.L., Chua K., Gao W., Harrison P.F., Bell J., Coombs G., Bennett-Wood V., Porter J.L. et al. Evolution of multidrug resistance during Staphylococcus aureus infection involves mutation of the essential two component regulator WalKR. PLoS Pathog 2011; 7 (11): e1002359. doi: 10.1371/journal.ppat.1002359Howden B.P., McEvoy C.R., Allen D.L., Chua K., Gao W., Harrison P.F., Bell J., Coombs G., Bennett-Wood V., Porter J.L. et al. Evolution of multidrug resistance during Staphylococcus aureus infection involves mutation of the essential two component regulator WalKR. PLoS Pathog 2011; 7 (11): e1002359. doi: 10.1371/journal.ppat.1002359Howden B.P., Smith D.J., Mansell A., Johnson P.D., Ward P.B., Stinear T.P., Davies J.K. Different bacterial gene expression patterns and attenuated host immune responses are associated with the evolution of low-level vancomycin resistance during persistent methicillin-resistant Staphylococcus aureus bacteraemia. BMC Microbiol 2008; 8: 39. doi: 10.1186/1471-2180-8-39Howden B.P., Smith D.J., Mansell A., Johnson P.D., Ward P.B., Stinear T.P., Davies J.K. Different bacterial gene expression patterns and attenuated host immune responses are associated with the evolution of low-level vancomycin resistance during persistent methicillin-resistant Staphylococcus aureus bacteraemia. BMC Microbiol 2008; 8: 39. doi: 10.1186/1471-2180-8-39Cui L., Tominaga E., Neoh H.M., Hiramatsu K. Correlation between Reduced Daptomycin Susceptibility and Vancomycin Resistance in Vancomycin-Intermediate Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother 2006; 50 (3): 1079–1082. doi: 10.1128/AAC.50.3.1079-1082.2006Cui L., Tominaga E., Neoh H.M., Hiramatsu K. Correlation between Reduced Daptomycin Susceptibility and Vancomycin Resistance in Vancomycin-Intermediate Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother 2006; 50 (3): 1079–1082. doi: 10.1128/AAC.50.3.1079-1082.2006Camargo I.L., Neoh H.M., Cui L., Hiramatsu K. Serial daptomycin selection generates daptomycin-nonsusceptible Staphylococcus aureus strains with a heterogeneous vancomycin-intermediate phenotype. Antimicrob Agents Chemother 2008; 52 (12): 4289-4299. doi: 10.1128/AAC.00417-08Camargo I.L., Neoh H.M., Cui L., Hiramatsu K. Serial daptomycin selection generates daptomycin-nonsusceptible Staphylococcus aureus strains with a heterogeneous vancomycin-intermediate phenotype. Antimicrob Agents Chemother 2008; 52 (12): 4289-4299. doi: 10.1128/AAC.00417-08

The authors declare that there are no conflicts of interest present.