Features of humoral answer in experimental animal tularemia with different sensitivity to infection

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Tularemia is an anthropozoonotic infection caused by Francisella tularensis. In clinical and sanitary-epidemiological practice, traditional diagnostics methods in tularemia are based on serological assays for detecting specific antibodies, allowing to diagnose it and estimate durability of patients’ immunity after vaccination. Previously, it was shown that specific serum antibodies in patients recovered after tularemia, unlike to those vaccinated with the live tularemia vaccine F. tularensis 15 NIIEG, can interact with specific epitopes on lipopolysaccharides isolated from strains of various subspecies — F. tularensis (Ft) and F. novicida (LPS Fn), while LPS Fn-specific immunoglobulins are lacked in the blood of vaccinated individuals. A set of experiments on identifying antibodies with similar specificity in laboratory animals of various species — mice, guinea pigs and rats with differed sensitivity to tularemia, administered with live tularemia vaccine strain as well as virulent F. tularensis strains to simulate vaccine-mediated and infectious processes, respectively was conducted. A methodical approach has been developed that allows to analyze humoral response in modelled infectious process in animals highly sensitive to tularemia such as BALB/c mice and guinea pigs that consisted of preliminary immunization with live tularemia vaccine followed by infection with virulent F. tularensis strains. It was shown that induction of specific anti-LPS Ft antibodies occured in these animal species, both after vaccination and infection with virulent strains. It was noted that, unlike guinea pigs and rats, mice both during vaccination and infection were characterized by significantly lower titers of LPS Ft-specific antibodies. However, no specific interaction between mouse serum and LPS Fn might be detected. Moreover, two types of immunoglobulins with different antigen specificities to the LPS Ft and LPS Fn epitopes were detected by dot-blot analysis in guinea pigs immunized with live tularemia vaccine, followed by infection with a virulent strain. In addition, antibodies to LPS Fn were also detected in the serum of rats infected with virulent, but not vaccine-based, F. tularensis strains. Thus, previous experimental data on the production of immunoglobulins with different antigenic specificity were confirmed in an experimental tularemia modelled in rats and guinea pigs that demonstrated a diagnostic significance and feasibility of using LPS Fn to confirm tularemia infection in humans. 

About the authors

A. A. Gorbatov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Author for correspondence.
Email: gorbatov1986@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0799-893X
Junior Researcher, Department of Immunobiochemistry of Pathogenic Microorganisms Russian Federation

G. M. Titareva

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: titarevag@mail.ru
PhD (Medicine), Senior Researcher, Department of Especially Dangerous Infections

T. I. Kombarova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Especially Dangerous Infections

R. Z. Shaikhutdinova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD (Biology), Senior Researcher, Plague Laboratory

T. V. Kravchenko

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Especially Dangerous Infections

R. I. Mironova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
Researcher, Department of Especially Dangerous Infections

I. V. Bakhteeva

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD (Medicine), Senior Researcher, Department of Especially Dangerous Infections

N. V. Aronova

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: info@tularemia.ru
PhD (Biology), Senior Researcher, Tularemia Laboratory

N. V. Pavlovich

Rostov-on-Don Anti-Plague Institute of Rospotrebnadzor

Email: info@tularemia.ru
PhD, MD (Medicine), Head of Tularemia Laboratory

A. N. Mokrievich

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD, MD (Medicine), Head of the Department of Especially Dangerous Infections

A. A. Firstova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: info@obolensk.org
PhD, MD (Biology), Head of the Laboratory of Molecular Biology

References

  1. Аронова Н.В., Павлович Н.В. Фазовые вариации липополисахарида возбудителя туляремии при инфекции и иммунизации человека // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2005. № 4. С. 8–12.
  2. Комбарова Т.И., Павлов В.М., Кравченко Т.Б., Титарева Г.М., Бахтеева И.В., Борзилов А.И., Коробова О.В., Вахрамеева Г.М., Миронова Р.И., Мокриевич А.Н. Сравнительная оценка реактогенности туляремийной вакцины на различных биомоделях // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2013. Т. 71, № 4. С. 54–62. doi: 10.31631/2073-3046-2015-14-6-74-86
  3. Кудрявцева Т.Ю., Попов В.П., Мокриевич А.Н., Пакскина Н.Д., Холин А.В., Мазепа А.В., Куликалова Е.С., Транквилевский Д.В., Храмов М.В., Дятлов И.А. Туляремия: актуальные вопросы и прогноз эпидемической ситуации на территории Российской Федерации в 2018 г. // Проблемы особо опасных инфекций. 2018. № 1. С. 22–29. doi: 10.21055/0370-1069-2018-1-22-29
  4. Мещерякова И.С., Умнова H.Г., Шаханина K.Л., Павлова И.П. Использование иммуноферментного метода ELISA для выявления возбудителя туляремии // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1988. Т. 65, № 2. С. 109–112.
  5. Anderson R.V., Crane D.D., Bosio C.M. Long lived protection against pneumonic tularemia is correlated with cellular immunity in peripheral, not pulmonary, organs. Vaccine, 2010, vol. 28, no. 40, pp. 6562–6572. doi: 10.1016/j.vaccine.2010.07.072
  6. Dahlstrand S., Ringertz O., Zetterberg B. Airborne tularemia in Sweden. Scand. J. Infect. Dis., 1971, vol. 3, pp. 7–16. doi: 10.3109/inf.1971.3.issue-1.02
  7. Galanos C., Luderitz O., Westphal O. A new method for the extraction of R lipopolysaccharides. Eur. J. Biochem., 1969, vol. 9, pp. 245–249.
  8. Gunn J.S., Ernst R.K. The structure and function of Francisella lipopolysaccharide. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2007, vol. 1105, pp. 202–218. doi: 10.1196/annals.1409.006
  9. Keim P., Johansson A., Wagner D.M. Molecular epidemiology, evolution, and ecology of Francisella. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2007, vol. 1105, pp. 30–66. doi: 10.1196/annals.1409.011
  10. Porsch-Ozcurumez M., Kischel N., Priebe H., Splettstoesser W., Finke E.J., Grunow R. Comparison of enzyme-linked immunosorbent assay, Western blotting, microagglutination, indirect immunofluorescence assay, and flow cytometry for serologicaldiagnosis of tularemia. Clin. Diagn. Lab. Immunol., 2004, vol. 11, pp. 1008–1015. doi: 10.1128/CDLI.11.6.1008-1015.2004
  11. Raetz C.R.H., Guan Z., Ingram B.O., Six D.A., Song F., Wang X. Discovery of new biosynthetic pathways: the lipid A story.J. Lipid Res., 2009, vol. 50, pp. 103–108. doi: 10.1194/jlr.R800060-JLR200
  12. Raetz C.R.H., Reynolds C.M., Trent M.S., Bishop R.E. Lipid A modification systems in gram-negative bacteria. Annu. Rev. Biochem., 2007, vol. 76, pp. 295–329. doi: 10.1146/annurev.biochem.76.010307.145803
  13. Raetz C.R.H., Whitfield C. Lipopolysaccharide endotoxins. Annu. Rev. Biochem., 2002, vol. 71, pp. 635–700. doi: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135414
  14. Ransmeier J.C., Ewing C.L. The agglutination reaction in tularemia. J. Infect. Dis., 1941, vol. 69, pp. 193–205.
  15. Schmitt P., Splettstoesser W., Porsch-Ozcrmez M., Finke E.J., Grunow R. A novel screening ELISA and a confirmatory Western blot useful for diagnosis and epidemiological studies of tularemia. Epidemiol. Infect., 2005, vol. 133, pp. 759–766.
  16. Sharma N., Hotta A., Yamamoto Y., Fujita O., Uda A., Morikawa S., Yamada A., Tanabayashi K. Detection of Francisella tularensis-specific antibodies in patients with tularemia by a novel competitive enzyme-linked immunosorbent assay. Clin. Vaccine Immunol., 2013, vol. 20, pp. 9–16. doi: 10.1128/CVI.00516-12
  17. Splettstoesser W., Guglielmo-Viret V., Seibold E., Thullier P. Evaluation of an immunochromatographic test for rapid and reliable serodiagnosis of human tularemia and detection of Francisella tularensis-specific antibodies in sera from different mammalian species. J. Clin. Microbiol., 2010, vol. 48, pp. 1629–1634. doi: 10.1128/JCM.01475-09
  18. Vinogradov E., Perry M.B., Conlan J.W. Structural analysis of Francisella tularensis lipopolysaccharide. Eur. J. Biochem., 2002, vol. 269, no. 24, pp. 6112–6118.
  19. Vinogradov E.V., Shashkov A.S., Knirel, Y.A. Kochetkov N.K., Tochtamysheva N.V., Averin S.F., Goncharova O.V., Khlebnikov V.S. Structure of the O-antigen of Francisella tularensis strain 15. Carbohydr. Res., 1991, vol. 214, pp. 289–297.
  20. Westphal O., Jann K. Bacterial lipopolysaccharides. Extraction with phenol-water and further applications of the procedure. Meth. Carbohydr. Chem., 1965, vol. 5, pp. 83–91.
  21. Wetmur J.G., Davidson N.J. Kinetics of renaturation of DNA. J. Mol. Biol., 1968, vol. 31, p. 349.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Gorbatov A.A., Titareva G.M., Kombarova T.I., Shaikhutdinova R.Z., Kravchenko T.V., Mironova R.I., Bakhteeva I.V., Aronova N.V., Pavlovich N.V., Mokrievich A.N., Firstova A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».