Определение вида Escherichia сoli: проблемы таксономии и филогении

Escherichia coli является компонентом нормальной кишечной микробиоты человека и животных. Фенотипические и генотипические характеристики позволяют идентифицировать патогенные штаммы E. coli. Многочисленные патотипы, представляющие собой группы штаммов со специфическими патогенными характеристиками, были описаны на основе гетерогенных критериев. Использование возможностей полногеномного секвенирования привело к накоплению геномных данных, которые делают возможным популяционно-филогенетический подход к возникновению вирулентности, таким образом, E. coli дополнительно можно классифицировать на филогенетические группы. При анализе литературных данных установлено, что непатогенные E. coli, обитающие в желудочно-кишечном тракте животных, относятся к группе A, комменсальные и некоторые патогенные штаммы относятся к группе B1, InPEC — к группам D1, D2 и E, большинство ExPEC относятся к группе B2, а штаммы, которые фенотипически неразличимы и генетически разнообразны, относятся к кладу I. Появляющиеся штаммы E. coli с множественной лекарственной устойчивостью сложнее поддаются лечению и обусловливают более высокий риск бактериемии. Для эффективной профилактики и лечения инфекций, этиологическим агентом которых является E. coli, необходимо различать штаммы (патотипы, филогенетические группы) микроорганизма, вызывающие заболевания у животных, и штаммы, которые поражают человека через пищевую цепь, поскольку животные являются их резервуаром. Для разработки и внедрения эффективных профилактических стратегий необходимо лучшее понимание современной таксономии возбудителя, а также прослеживание геномной эволюции для формирования фундаментальных знаний с целью разработки не только эффективных вакцин, но и новых терапевтических средств для борьбы с этой группой разнообразных патогенов в рамках подхода «Единое здоровье».

1. Escherich T. Die Darmbakterien des Neugeborenen und Sauglings. Fortschritte der Medizin. 1885; 3(16–17): 515–522.

2. Koser S.A. Utilization of the salts of organic acids by the colonaerogenes group. Journal of Bacteriology. 1923; 8(5): 493–520. https://doi.org/10.1128/jb.8.5.493-520.1923

3. Kauffmann F. Zur Serologie der Coli‐Gruppe. Acta Pathologica Microbiologica Scandinavica. 1944; 21(1): 20–45. https://doi.org/10.1111/j.1699-0463.1944.tb00031.x

4. Marmur J., Seaman E., Levine J. Interspecific transformation in Bacillus. Journal of Bacteriology. 1963; 85(2): 461–467. https://doi.org/10.1128/jb.85.2.461-467.1963

5. Brenner D.J., Fanning G.R., Skerman F.J., Falkow S. Polynucleotide sequence divergence among strains of Escherichia coli and closely related organisms. Journal of Bacteriology. 1972; 109(3): 953–965. https://doi.org/10.1128/jb.109.3.953-965.1972

6. Tindall B.J., Rosselló-Móra R., Busse H.-J., Ludwig W., Kämpfer P. Notes on the characterization of prokaryote strains for taxonomic purposes. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2010; 60(1): 249–266. https://doi.org/10.1099/ijs.0.016949-0

7. Yarza P. et al. Uniting the classification of cultured and uncultured bacteria and archaea using 16S rRNA gene sequences. Nature Reviews Microbiology. 2014; 12(9): 635–645. https://doi.org/10.1038/nrmicro3330

8. Edgar R.C. Accuracy of taxonomy prediction for 16S rRNA and fungal ITS sequences. PeerJ. 2018; 6: e4652. https://doi.org/10.7717/peerj.4652

9. Konstantinidis K.T., Tiedje J.M. Genomic insights that advance the species definition for prokaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005; 102(7): 2567–2572. https://doi.org/10.1073/pnas.0409727102

10. Jain C., Rodriguez-R L.M., Phillippy A.M., Konstantinidis K.T., Aluru S. High throughput ANI analysis of 90K prokaryotic genomes reveals clear species boundaries. Nature Communications. 2018; 9: 5114. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07641-9

11. Parks D.H. et al. A standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny substantially revises the tree of life. Nature Biotechnology. 2018; 36(10): 996–1004. https://doi.org/10.1038/nbt.4229

12. Parks D.H., Chuvochina M., Reeves P.R., Beatson S.A., Hugenholtz P. Reclassification of Shigella species as later heterotypic synonyms of Escherichia coli in the Genome Taxonomy Database. BioRxiv. 2021; 15. https://doi.org/10.1101/2021.09.22.461432

13. Brenner D.J., Fanning G.R., Miklos G.V., Steigerwalt A.G. Polynucleotide sequence relatedness among Shigella species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 1973; 23(1): 1–7. https://doi.org/10.1099/00207713-23-1-1

14. Ochman H., Whittam T.S., Caugant D.A., Selander R.K. Enzyme polymorphism and genetic population structure in Escherichia coli and Shigella. Journal of General Microbiology. 1983; 129(9): 2715–2726. https://doi.org/10.1099/00221287-129-9-2715

15. Pupo G.M., Lan R., Reeves P.R. Multiple independent origins of Shigella clones of Escherichia coli and convergent evolution of many of their characteristics. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2000; 97(19): 10567–10572. https://doi.org/10.1073/pnas.180094797

16. Lan R., Reeves P.R. Escherichia coli in disguise: molecular origins of Shigella. Microbes and Infection. 2002; 4(11): 1125–1132. https://doi.org/10.1016/S1286-4579(02)01637-4

17. Jang J., Hur H.-G., Sadowsky M.J., Byappanahalli M.N., Yan T., Ishii S. Environmental Escherichia coli: ecology and public health implications — a review. Journal of Applied Microbiology. 2017; 123(3): 570–581. https://doi.org/10.1111/jam.13468

18. Van Dijk W.C., Verbrugh H.A., van der Tol M.E., Peters R., Verhoef J. Role of Escherichia coli K capsular antigens during complement activation, C3 fixation, and opsonization. Infection and Immunity. 1979; 25(2): 603–609. https://doi.org/10.1128/iai.25.2.603-609.1979

19. Ramos S. et al. Escherichia coli Commensal and Pathogenic Bacteria among Food-Producing Animals: Health Implications of Extended Spectrum β-Lactamase (ESBL) Production. Animals. 2020; 10(12): 2239. https://doi.org/10.3390/ani10122239

20. Croxen M.A., Law R.J., Scholz R., Keeney K.M., Wlodarska M., Finlay B.B. Recent advances in understanding enteric pathogenic Escherichia coli. Clinical Microbiology Reviews. 2013; 26(4): 822–880. https://doi.org/10.1128/cmr.00022-13

21. Etcheverría A.I., Lucchesi P.M.A., Krüger A., Bentancor A.B., Padola N.L. Escherichia coli in Animals. Torres A. (ed.). Escherichia coli in the Americas. Cham: Springer. 2016; 149–172. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45092-6_7

22. Pakbin B., Brück W.M., Rossen J.W.A. Virulence Factors of Enteric Pathogenic Escherichia coli: A Review. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(18): 9922. https://doi.org/10.3390/ijms22189922

23. Nasrollahian S., Graham J.P., Halaji M. A review of the mechanisms that confer antibiotic resistance in pathotypes of E. coli. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2024; 14: 1387497. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1387497

24. Livermore D.M. Bacterial resistance: origins, epidemiology, and impact. Clinical Infectious Diseases. 2003; 36(S1): S11–S23. https://doi.org/10.1086/344654

25. Lerminiaux N.A., Cameron A.D. Horizontal transfer of antibiotic resistance genes in clinical environments. Canadian Journal of Microbiology. 2019; 65(1): 34–44. https://doi.org/10.1139/cjm-2018-0275

26. Coura F.M. et al. Detection of virulence genes and the phylogenetic groups of Escherichia coli isolated from dogs in Brazil. Ciência Rural. 2018; 48(2): e20170478. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20170478

27. Chakraborty A., Saralaya V., Adhikari P., Shenoy S., Baliga S., Hegde A. Characterization of Escherichia coli phylogenetic groups associated with extraintestinal infections in South Indian population. Annals of Medical and Health Sciences Research. 2015; 5(4): 241–246.

28. Hrala M. et al. Extraintestinal Escherichia coli from camel carcasses: Phylogroups, serotypes, and markers of virulence. PLOS One. 2025; 20(10): e0334045. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0334045

29. Abul Y., Engin C., Öztürk M.C., Kekeç A.I., Nowakiewicz A., Bağcigil A.F. First study on Escherichia coli isolates from Free-Ranging red deer in a natural park in Türkiye. European Journal of Wildlife Research. 2025; 71(5): 102. https://doi.org/10.1007/s10344-025-01986-5

30. Holzer K., Marongiu L., Detert K., Venturelli S., Schmidt H., Hoelzle L.E. Phage applications for biocontrol of enterohemorrhagic E. coli O157:H7 and other Shiga toxin-producing Escherichia coli. International Journal of Food Microbiology. 2025; 439: 111267. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2025.111267

31. van Hoek A.H.A.M. et al. Virulence and antimicrobial resistance of Shiga toxin-producing Escherichia coli from dairy goat and sheep farms in the Netherlands. Journal of Applied Microbiology. 2023; 134(6): lxad119. https://doi.org/10.1093/jambio/lxad119

32. Alhadlaq M.A. et al. Overview of pathogenic Escherichia coli, with a focus on Shiga toxin-producing serotypes, global outbreaks (1982– 2024) and food safety criteria. Gut Pathogens. 2024; 16: 57. https://doi.org/10.1186/s13099-024-00641-9

33. O’Connell L.M., Coffey A., O’Mahony J.M. Alternatives to antibiotics in veterinary medicine: considerations for the management of Johne’s disease. Animal Health Research Reviews. 2023, 24(1): 12–27. https://doi.org/10.1017/S146625232300004X

34. Denamur E., Clermont O., Bonacorsi S., Gordon D. The population genetics of pathogenic Escherichia coli. Nature Reviews Microbiology. 2021; 19(1): 37–54. https://doi.org/10.1038/s41579-020-0416-x

35. Croxen M.A., Finlay B.B. Molecular mechanisms of Escherichia coli pathogenicity. Nature Reviews Microbiology. 2010; 8(1): 26–38. https://doi.org/10.1038/nrmicro2265

36. Гулюкин А.М., Капустин А.В., Мищенко А.В. Антибиотикоре- зистентность как фактор, препятствующий борьбе с инфекционными заболеваниями животных. Вестник Российской академии наук. 2024; (1): 19–24. https://doi.org/10.31857/S0869587324010049

37. Пирадов М.А. Антибиотикорезистентность — один из глобальных вызовов человечеству. Вестник Российской академии наук. 2025; (4): 22–24. https://doi.org/10.31857/S0869587325040044

38. Олсуфьева Е.Н., Янковская В.С. Анализ проблемы антибиотикорезистентности в агропромышленном комплексе. Антибиотики и химиотерапия. 2024; 69(9–10): 108–132. https://doi.org/10.37489/0235-2990-2024-69-9-10-108-132

39. Грацианская А.Н., Теплова Н.В., Белоусова Л.Б. Новые возможности преодоления антибиотикорезистентности бактерий. Антибиотики и химиотерапия. 2024; 69(11–12): 121–126. https://doi.org/10.37489/0235-2990-2024-69-11-12-121-126

40. Karwowska E. Antibiotic Resistance in the Farming Environment. Applied Sciences (Switzerland). 2024; 14(13): 5776. https://doi.org/10.3390/app14135776