Vestnik dermatologii i venerologiiVestnik dermatologii i venerologiiВестник дерматологии и венерологии0042-46092313-6294Rossijskoe Obschestvo Dermatovenerologov i Kosmetologov1683710.25208/vdv16837ORIGINAL STUDIESНАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleMicroarray technologies for analysis of genetic determinants of Neisseria gonorrhoeae antimicrobial resistanceМикрочиповые технологии для анализа генетических детерминант устойчивости Neisseria gonorrhoeae к противомикробным препаратамhttps://orcid.org/0000-0002-0316-2262ShaskolskiyBoris L.ШаскольскийБорис Леонидович
Russian Federation

Cand. Sci. (Chem.)

кандидат химических наук

bls@shaskolskiy.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4180-68985381-7087KravtsovDmitry V.КравцовДмитрий Витальевич
Russian Federation
solo13.37@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9416-875X8118-6614KandinovIlya D.КандиновИлья Денисовичilya9622@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3183-318X6341-2455GryadunovDmitry A.ГрядуновДмитрий Александрович
Russian Federation

Dr. Sci. (Biol.)

доктор биологических наук

grad@biochip.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9957-40096600-3311ShpilevayaMarina V.ШпилеваяМарина Валентиновна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.)

кандидат биологических наук

aniram1970@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7595-02767270-5113ShagabievaJulia Z.ШагабиеваЮлия Зинуровна
Russian Federation

Cand. Sci. (Chem.)

кандидат химических наук

shagabieva1412@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3967-83598806-8539NosovNikita Y.НосовНикита Юрьевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.)

кандидат биологических наук

nosovnj@mail.ruCenter for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine, Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesЦентр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины, Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта Российской академии наукState Research Center of Dermatovenereology and CosmetologyГосударственный научный центр дерматовенерологии и косметологии2601202507022025101185971010202419012025Copyright ©; 2025, Shaskolskiy B.L., Kravtsov D.V., Kandinov I.D., Gryadunov D.A., Shpilevaya M.V., Shagabieva J.Z., Nosov N.Y.Copyright ©; 2025, Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Кандинов И.Д., Грядунов Д.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю.2025Shaskolskiy B.L., Kravtsov D.V., Kandinov I.D., Gryadunov D.A., Shpilevaya M.V., Shagabieva J.Z., Nosov N.Y.Шаскольский Б.Л., Кравцов Д.В., Кандинов И.Д., Грядунов Д.А., Шпилевая М.В., Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://vestnikdv.ru/jour/article/view/16837

Background. Neisseria gonorrhoeae exhibits a remarkable capacity for rapid antimicrobial resistance development. Globally, the prevalence of antimicrobial-resistant N. gonorrhoeae isolates continues to rise steadily, raising concerns about the potential emergence of untreatable infections.

Aims. This work updates the distribution patterns of genetic resistance determinants in contemporary Russian clinical N. gonorrhoeae isolates to key antimicrobial agents, utilizing hydrogel microarray technology.

Methods. The study included 360 N. gonorrhoeae isolates collected at the Federal State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology between 2019 and 2023. The susceptibility of N. gonorrhoeae to penicillin, ceftriaxone, tetracycline, azithromycin, and ciprofloxacin was determined through serial dilution in agar, with the minimum inhibitory concentration (MIC) subsequently calculated. Genetic determinants of antimicrobial resistance in N. gonorrhoeae were identified using hydrogel microarray technology.

Results. The current data on the distribution of genetic determinants associated with antimicrobial resistance in N. gonorrhoeae are presented in this study. In the Russian population of gonococcus dynamic shifts are underway, leading to a redistribution of the proportion of isolates resistant or susceptible to various antimicrobial agents. Since 2020, a marked increase has been observed in the proportion of N. gonorrhoeae isolates resistant to azithromycin and ciprofloxacin. Concurrently, susceptibility to penicillin has rebounded, while the entire gonococcal population remains fully susceptible to ceftriaxone. The validated microarray-based NG-TEST diagnostic kit enables rapid detection of ceftriaxone resistance in N. gonorrhoeae by simultaneously identifying resistance-associated genetic markers in the penA, ponA, and porB genes, combined with MIC calculation.

Conclusion. Microarray technologies for detecting antimicrobial resistance genetic determinants in N. gonorrhoeae serve as a complementary tool for identifying resistant strains. Microarray-based analysis informs tailored treatment strategies for patients and enables population-level surveillance of antimicrobial resistance trends in N. gonorrhoeae.

Обоснование. Возбудитель гонококковой инфекции способен быстро формировать устойчивость к противомикробным препаратам. Доля лекарственно-устойчивых изолятов Neisseria gonorrhoeae в мире растет с каждым годом, что повышает вероятность возникновения неизлечимой инфекции.

Цель исследования. Актуализация данных о распространении генетических детерминант устойчивости изолятов современной российской популяции N. gonorrhoeae к ряду противомикробных препаратов с использованием технологии гидрогелевых биочипов.

Методы. В исследование включено 360 изолятов N. gonorrhoeae, поступивших с 2019 по 2023 г. в ФГБУ «ГНЦДК» Минздрава России из специализированных медицинских организаций дерматовенерологического профиля восьми субъектов Российской Федерации. Тестирование чувствительности N. gonorrhoeae к пенициллину, цефтриаксону, тетрациклину, азитромицину и ципрофлоксацину осуществляли методом серийных разведений в агаре с определением минимальных подавляющих концентраций (МПК). Идентификацию генетических детерминант устойчивости N. gonorrhoeae к противомикробным препаратам проводили с помощью технологии гидрогелевых биочипов.

Результаты. Представлены актуальные данные по распространению генетических детерминант устойчивости N. gonorrhoeae к противомикробным препаратам. В российской популяции N. gonorrhoeae происходят активные процессы, связанные с перераспределением долей изолятов, устойчивых к разным противомикробным препаратам. С 2020 г. возросла устойчивость к азитромицину, повышена доля изолятов, устойчивых к ципрофлоксацину, произошло восстановление чувствительности к пенициллину, при этом вся популяция остается чувствительной к цефтриаксону. Валидированный набор реагентов «NG-ТЕСТ» на основе биочипа обеспечивает быстрое определение устойчивости N. gonorrhoeae к цефтриаксону посредством одновременной идентификации генетических детерминант в генах penA, ponA и porB и расчета значения МПК.

Заключение. Микрочиповые технологии для идентификации детерминант устойчивости N. gonorrhoeae к противомикробным препаратам могут быть использованы в качестве вспомогательного инструмента выявления резистентных штаммов. Результаты анализа на биочипах способствуют выбору стратегии лечения пациентов и обеспечивают возможность наблюдения за молекулярно-эпидемиологической картиной на уровне популяций.

Neisseria gonorrhoeaedrug resistancemicroarray analysisNeisseria gonorrhoeaeустойчивость к противомикробным препаратамолигонуклеотидные микрочипыThis work was funded by the Russian Science Foundation, grant no. 24-25-20084.Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 24-25-20084.Global health sector strategies on, respectively, HIV, viral hepatitis and sexually transmitted infections for the period 2022–2030. Geneva, Switzerland: World Health Organization; 2022. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240053779Shaskolskiy B, Kandinov I, Demetieva E, Gryadunov D. Antibiotic Resistance in Neisseria gonorrhoeae: Challenges in Research and Treatment. Microorganisms. 2022;10(9):1699. doi: 10.3390/microorganisms10091699Maubaret C, Caméléna F, Mrimèche M, Braille A, Liberge M, Mainardis M, et al. Two cases of extensively drug-resistant (XDR) Neisseria gonorrhoeae infection combining ceftriaxone-resistance and high-level azithromycin resistance, France, November 2022 and May 2023. Euro Surveill. 2023;28(37):2300456. doi: 10.2807/1560-7917.ES.2023.28.37.2300456Pleininger S, Indra A, Golparian D, Heger F, Schindler S, Jacobsson S, et al. Extensively drug-resistant (XDR) Neisseria gonorrhoeae causing possible gonorrhoea treatment failure with ceftriaxone plus azithromycin in Austria, April 2022. Euro Surveill. 2022;27(24):2200455. doi: 10.2807/1560-7917.ES.2022.27.24.2200455Красносельских Т.В., Соколовский Е.В., Рахматулина М.Р., Новоселова Е.Ю., Мелехина Л.Е. Заболеваемость сифилисом и некоторыми другими ИППП в Российской Федерации: прошлое, настоящее и пути достижения контроля эпидемиологической ситуации в будущем. Вестник дерматологии и венерологии. 2023;99(4):41–59. [Krasnoselskikh TV, Sokolovskiy EV, Rakhmatulina MR, Novoselova EYu, Melekhina LE. Syphilis and some other STIs in the Russian Federation: past, present and ways to control of the epidemiological situation in the future. Vestnik Dermatologii i Venerologii. 2023;99(4):41–59. (In Russ.)] doi: 10.25208/vdv13726Шагабиева Ю.З., Носов Н.Ю., Шпилевая М.В., Дерябин Д.Г., Образцова О.А., Никонорова Е.Р., и др. Анализ динамики устойчивости Neisseria gonorrhоeaе к антимикробным препаратам в РФ за период 2005–2021 гг. Вестник дерматологии и венерологии. 2023;99(3):53–62. [Shagabieva JZ, Nosov NYu, Shpilevaya MV, Deryabin DG, Obraztsova OA, Nikonorova ER, et al. Analysis of the dynamics of Neisseria gonorrhоeaе resistance to antimicrobial drugs in the Russian Federation for the period 2005–2021. Vestnik Dermatologii i Venerologii. 2023;99(3):53–62. (In Russ.)] doi: 10.25208/vdv1410Xiaoyu Z, Yue Xi, Xiangdong G, Shaochun C. Ceftriaxone-Resistant Gonorrhea — China,2022. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2024;73(12):255–259. doi: 10.15585/mmwr.mm7312a2Reimche JL, Pham CD, Joseph SJ, Hutton S, Cartee JC, Ruan Y, et al. Novel strain of multidrug non-susceptible Neisseria gonorrhoeae in the USA. Lancet Infect Dis. 2024;24(3):e149–e151. doi: 10.1016/S1473-3099(23)00785-5Day M, Pitt R, Mody N, Saunders J, Rai R, Nori A, et al. Detection of 10 cases of ceftriaxone-resistant Neisseria gonorrhoeae in the United Kingdom, December 2021 to June 2022. Euro Surveill. 2022;27(46):2200803. doi: 10.2807/1560-7917.ES.2022.27.46.2200803Crucitti T, Belinga S, Fonkoua M, Abanda M, Mbanzouen W, Sokeng E, et al. Sharp increase in ciprofloxacin resistance of Neisseria gonorrhoeae in Yaounde, Cameroon: analyses of a laboratory database period 2012–2018. Int J STD AIDS. 2020;31(6):579–586. doi: 10.1177/0956462419897227Caméléna F, Mérimèche M, Brousseau J, Mainardis M, Verger P, Le Risbé C, et al. Emergence of Extensively Drug-Resistant Neisseria gonorrhoeae France,2023. Emerg Infect Dis. 2024;30(9):1903–1906. doi: 10.3201/eid3009.240557Kandinov I, Dementieva E, Filippova M, Vinokurova A, Gorshkova S, Kubanov A, et al. Emergence of Azithromycin-Resistant Neisseria gonorrhoeae Isolates Belonging to the NG-MAST Genogroup 12302 in Russia. Microorganisms. 2023;11(5):1226. doi: 10.3390/microorganisms11051226Updated recommendations for the treatment of Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis, and Treponema pallidum (syphilis)and new recommendations on syphilis testing and partner services. World Health Organization; 2024. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240090767Gryadunov DA, Shaskolskiy BL, Nasedkina TV, Rubina AY, Zasedatelev AS. The EIMB Hydrogel Microarray Technology: Thirty Years Later. Acta Naturae. 2018;10(4):4–18. doi: 10.32607/20758251-2018-10-4-4-18Shaskolskiy B, Kandinov I, Kravtsov D, Vinokurova A, Gorshkova S, Filippova M, et al. Hydrogel Droplet Microarray for Genotyping Antimicrobial Resistance Determinants in Neisseria gonorrhoeae Isolates. Polymers (Basel). 2021;13(22):3889. doi: 10.3390/polym13223889Shaskolskiy B, Kandinov I, Kravtsov D, Filippova M, Chestkov A, Solomka V, et al. Prediction of ceftriaxone MIC in Neisseria gonorrhoeae using DNA microarray technology and regression analysis. J Antimicrob Chemother. 2021;76(12):3151–3158. doi: 10.1093/jac/dkab308Стандартные операционные процедуры по забору клинического материала у пациентов с подозрением на гонококковую инфекцию СОП № ГОН 002/04. М.: ДЭКС-ПРЕСС; 2008. 20 с. [Standartnye operacionnye procedury po zaboru klinicheskogo materiala u pacientov s podozreniem na gonokokkovuju infekciju (SOP No. GON 002/04). Moscow: DEKS-PRESS; 2008. (In Russ.)]Кубанова А.А., Фриго Н.В., Кубанов А.А., и др. Стандартные операционные процедуры по транспортировке и доставке клинического материала и выделенных культур возбудителя гонореи СОП № ГОН 001/03. М.: ДЭКС-ПРЕСС; 2008. 17 с. [Kubanova AA, Frigo NV, Kubanov AA, et al. Standartnye operacionnye procedury po transportirovke i dostavke klinicheskogo materiala i vydelennyh kul’tur vozbuditelja gonorei (SOP No. GON 001/03). Moscow: DEKS-PRESS; 2008. (In Russ.)]Кубанова А.А., Кубанов А.А., Фриго Н.В., и др. Стандартные операционные процедуры по проведению видовой идентификации возбудителя гонореи СОП № ГОН 003/04, СОП № ГОН 004/04, СОП № 005/04. М.: ДЭКС-ПРЕСС; 2008. 29 с. [Kubanova AA, Kubanov AA, Frigo NV, et al. Standartnye operacionnye procedury po provedeniju vidovoj identifikacii vozbuditelja gonorei (SOP No. GON 003/04; SOP No. GON 004/04; SOP No. GON 005/04). Moscow: DEKS-PRESS; 2008. (In Russ.)]Кубанова А.А., Фриго Н.В., Кубанов А.А. и др. Стандартные операционные процедуры по методам определения чувствительности гонококкa к антибактериальным препаратам. М.: ДЭКС-ПРЕСС; 2008. 16 с. [Kubanova AA, Frigo NV, Kubanov AA, et al. Standartnye operacionnye procedury po metodam opredelenija chuvstvitel’nosti gonokokka k antibakterial’nym preparatam (SOP No. GON 006/03). Moscow: DEKS-PRESS; 2008. 16 s. (In Russ.)]Kandinov I, Shaskolskiy B, Kravtsov D, Vinokurova A, Gorshkova S, Kubanov A, et al. Azithromycin Susceptibility Testing and Molecular Investigation of Neisseria gonorrhoeae Isolates Collected in Russia,2020–2021. Antibiotics (Basel). 2023;12(1):170. doi: 10.3390/antibiotics12010170Kubanov A, Solomka V, Plakhova X, Chestkov A, Petrova N, Shaskolskiy B, et al. Summary and Trends of the Russian Gonococcal Antimicrobial Surveillance Programme,2005 to 2016. J Clin Microbiol. 2019;57(6):e02024-18. doi: 10.1128/JCM.02024-18Roberts MC, Knapp JS. Transfer of beta-lactamase plasmids from Neisseria gonorrhoeae to Neisseria meningitidis and commensal Neisseria species by the 25.2-megadalton conjugative plasmid. Antimicrob Agents Chemother. 1988;32(9):1430–1432. doi: 10.1128/AAC.32.9.1430Shaskolskiy B, Dementieva E, Kandinov I, Filippova M, Petrova N, Plakhova X, et al. Resistance of Neisseria gonorrhoeae isolates to beta-lactam antibiotics (benzylpenicillin and ceftriaxone) in Russia,2015–2017. PLoS One. 2019;14(7):e0220339. doi: 10.1371/journal.pone.0220339Sánchez-Busó L, Yeats CA, Taylor B, Goater RJ, Underwood A, Abudahab K, et al. A community-driven resource for genomic epidemiology and antimicrobial resistance prediction of Neisseria gonorrhoeae at Pathogenwatch. Genome Med. 2021;13(1):61. doi: 10.1186/s13073-021-00858-2