The possibility of identifying individual strains of glanders and melioidosis pathogens with a combination of immunoblotting and DNA amplification methods

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Causative agents of melioidosis and glanders are among the most dangerous bacterial pathogens for human. Moreover, Burkholderia pseudomallei and Burkholderia mallei are considered to be potential bioterrorism agents. In connection with this, timely diagnostics of such bacteria is of high importance. In our study, we made an attempt to develop an approach for detecting pathogenic Burkholderia spp. by combining species-specific amplification and strain-specific dot blotting assay with monoclonal antibodies. The following pathogenic Burkholderia strains were used in experiments: B. mallei (C-4, C-5, t-12, B-120, P-1, Мuksuwar-11, Z-12,Zagreb, Ivanovich, 5534), and B. pseudomallei (100, 102, 115, 116, 132, 135, 301, 51274, 60913, 61503). Real-Time PCR (RT-PCR) and dot blotting with monoclonal antibodies against surface Burkholderia epitopes were used to detect such pathogens. RT-PCR was carried out by using primers designed to recognize DNA fragments in B. mallei IS407A-fliP and the gene Orf12 from B. pseudomallei. For this, DNA was isolated from bacterial cells suspended at 1 × 104 microbial cells/ml. accumulation of the end reaction products was visualized by staining with dye SYBR Green I. Specificity of amplification reaction was determined by measuring melting temperature (Tm) for end products followed by running gel electrophoresis. It was demonstrated that all ten strains of either B. mallei or B. pseudomallei examined in the study were detected by using primers against IS407A-fliP DNA fragment and the gene Orf12, respectively. It was demonstrated that all ten strains of either B. mallei or B. pseudomallei examined in the study were detected by using primers against IS407A-fliP DNA fragment and the gene Orf12, respectively. Importantly, no signals specific to heterologous microbial DNA (isolated from bacterial cell suspension at concentration of 1 × 107 microbial cells/ml) were detected by using RT-PCR. Thus, RT-PCR provides an opportunity for assessing an inter-species diversity among pathogenic Burkholderia species. A genus-specificity was observed by using monoclonal antibodies 3D3 which bind to both Burkholderia strains, whereas antibodies 2D11 exhibited no selective binding to strain Р1 B. mallei and strain 100 B. pseudomallei, thereby displaying a strain-specific interaction. Thus, it allowed to conclude that combining a species-specific DNA amplification particularly RT-PCR together with immune-based assay such as dot blotting by using a panel of monoclonal antibodies seems to be a promising approach for assessing intra-species diversity among pathogenic Burkholderia. 

About the authors

S. S. Vetchinin

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: vetchinin@obolensk.org
Vetchinin Sergey Sergeevich, PhD (Biology), Senior Researcher, Leading Researcher, Lime-Borreliosis Sector, Department for Immunobiochemistry of Pathogenic Microorganisms Russian Federation

I. Yu. Shchit

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: schchit@obolensk.org
Shchit IrinaYurievna, PhD (Biology), Senior Researcher, Lime-Borreliosis Sector, Department for Immunobiochemistry of Pathogenic Microorganisms Russian Federation

A. G. Shevyakov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Author for correspondence.
Email: shevyakov@obolensk.org

Shevyakov Anton Georgievich, Junior Researcher, Lime-Borreliosis Sector, Department for Immunobiochemistry of Pathogenic Microorganisms

Contacts: Anton G. Shevyakov 142279, Russian Federation, Moscow Region, Serpukhov District, Obolensk, State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology. Phone: +7 (4967) 36-07-73 (office).

Russian Federation

S. F. Biketov

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: biketov@obolensk.org
Biketov Sergey Fedorovich, PhD (Biology), Head of the Department for Immunobiochemistry of Pathogenic Microorganisms Russian Federation

References

  1. Антонов В.А., Илюхин В.И., Храпова Н.П., Прохватилова Е.В., Викторов Д.В., Сенина Т.В., Будченко А.А., Ткаченко Г.А., Алексеева В.В., Захарова И.Б., Савченко С.С., Зинченко О.В., Сорокина Ю.И., Алексеев В.В. Современные подходы к диагностике сапа и мелиоидоза. Идентификация и типирование B. mallei и B. pseudomallei //Проблемы особо опасных инфекций. 2012. № 2 (112). С. 46–50.
  2. Безопасность работы с микроорганизмами I–II групп патогенности (опасности): санитарные правила СП 1.3.1285-03. [Safety of work with microorganisms of the I–II pathogenicity (hazard) groups: sanitary rules SP 1.3.1285-03]
  3. Лемасова Л.В., Ткаченко Г.А., Савченко С.С., Бондарева О.С., Антонов В.А. Разработка мультиплексной тест-системы для обнаружения дифференциации Burkholderia mallei и Burkholderia pseudomallei методом ПЦР в режиме реального времени //Проблемы особо опасных инфекций. 2016. Вып. 4. С. 56–59.
  4. Организация работы лабораторий, использующих методы амплификации нуклеиновых кислот при работе с материалом, содержащим микроорганизмы I–IV групп патогенности: методические указания МУ 1.3.2569-09.
  5. Федюкина Г.Н., Ветчинин С.С., Баранова Е.В., Рудницкий С.Ю., Соловьев П.В., Колосова Н.В., Бикетов С.Ф. Получение компонентов иммунохроматографического теста для выявления возбудителей сапа и мелиоидоза //Биотехнология. 2015. № 1. С. 85–93.
  6. Andersen K., Dargis R., Kemp M., Christensen J.J. Detection of Burkholderia pseudomallei by SYBR green real time PCR. Open Pathol. J., 2009, vol. 3, pp. 30–32.
  7. Esters D.M., Dow S.W., Schweizer H.P., Torres A.G. Present and future strategies for melioidosis and glanders. Expert Rev. Anti Infect. Ther., 2010, vol. 8, no. 3. pp. 325–338.
  8. Foong Y.C., Tan M.R., Bradbury R.S. Melioidosis: a review. Rural Remote Health., 2014, vol. 14, p. 2763.
  9. Gregory B.C., Waag D.M. Glanders. In: Medical aspects of biological warfare. Ed. Dembek Z.F. Washington, DC: Borden Institute Walter Reed Army Medical Center, 2007, pp. 121–146.
  10. Houghton R.L., Reed D.E., Hubbard M.A., Dillon M.J., Chen H., Currie B.J., Mayo M., Sarovich D.S., Theobald V., Limmathurot sakul D., Wongsuvan G., Chantratita N., Peacock S.J., Hoffmaster A.R., Duval B., Brett P.J., Burtnick M.N., Aucoin D.P. Development of a prototype lateral flow immunoassay (LFI) for the rapid diagnosis of melioidosis. PLOS Neglected Tropical Dis., 2014. vol. 8, no. 3, pp. 1–10.
  11. Lee M.A., Wang D., Yap E.H. Detection and differentiation of Burkholderia pseudomallei, Burkholderia mallei and Burkholderia thailandensis by multiplex PCR. FEMS Immunol. Med. Microbiol., 2005, vol. 43, pp. 413–417.
  12. Lowe W., March J.K., Bannell A.J., O’Noill R.L., Robinson R.A. PCR-based methodologies used to detect and differentiate the Burkholderia pseudomallei complex: B. mallei and B. pseudomallei and B. thailandensis. Curr. Issues Mol. Biol., 2013, vol. 22, no. 16 (2), pp. 23–54.
  13. Sanford J.P. Pseudomonas species (including melioidosis and glanders). In: Principles and practice of infectious diseases. Eds. Mandell G.L., Bennett J.E., Dolin R. 8th ed. New York, N.Y.: Churchill Livingstone, 1995, pp. 2003–2009. 1
  14. Tomaso H., Scholz H.C., Al Dahouk S., Eickhoff M., Treu T.M., Wernery R., Wernery U., Neubauer H. Development of a 5’-nuclease real-time PCR assay targeting fliP for the rapid identification of Burkholderia mallei in clinical samples. Clin. Chem., 2006, vol. 52, no. 2, pp. 307–310.
  15. Tomaso H., Scholz H.C., Al Dahouk S., Pitt T.L., Treu T.M., Neubauer H. Development of 5′ nuclease real-time PCR assays for the rapid identification of the Burkholderia mallei/Burkholderia pseudomallei complex. Diagn. Mol. Pathol., 2004, vol. 13, pp. 247–253.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Vetchinin S.S., Shchit I.Y., Shevyakov A.G., Biketov S.F.

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».