Physicochemical and antigenic properties of the urea-extracted surface structures of Yersinia pseudotuberculosis O:1b

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Immuno-serological diagnostic tools particularly identifying pathogen antigens are the most important methods of pseudotuberculosis studies. The main immunodominant and species-specific antigens located in the surface structures of the bacterial cell are of practical interest. Thereby the aim of the work was to isolate and characterize biologically active surface structures of the pseudotuberculosis microbe. Here, the living cells of Y. pseudotuberculosis 3704 (O:1b) were lysed by using 9 M urea solution to extract antigens localized in the microbial surface structures. The subcellular fractions obtained such as outer membranes (OM), urea extract (UE) and isolated protein-lipopolysaccharide complex (PLPSC) are characterized by physical and chemical parameters. The protein content in the preparations ranged from 42% to 53%. The polypeptide band of the OM preparation, UE polypeptide and PLPSC for pseudotuberculosis microbe was presented by 14, 16 and 9 major polypeptides with molecular weight ranging from 13.9 kDa to 131.5 kDa, 13.5 kDa to 101.6 kDa, and 20.7 kDa to 66.6 kDa, respectively. Proteolytically active proteins and polypeptides were detected in isolated subcellular fractions (OM and UE) by using the radial enzyme diffusion test and substrate-gel electrophoresis found to be presented by 4 and 7 polypeptides with molecular weight ranging from 28.0 kDa to 118.0 kDa and 29.2 kDa to 97.7 kDa in the OM and UE preparation, respectively. The subcellular fractions obtained are capable to exhibit immunogenic activity after inoculation to experimental animals and antigenic activity while interacting with specific antibodies in the radial immunodiffusion (RID) assay and antibodies labeled with colloidal silver nanoparticles in dot immunoassay (DIA). OM and PLPSC preparations in DIA with immunoglobulins isolated from experimental antisera and labeled with colloidal silver nanoparticles were detected at a concentration of ≥ 0.12 μg/ml (dry weight), cells of strain Y. pseudotuberculosis 3704 at a concentration of ≥ 3, 9 × 106 m.c./ml, which is similar to the results of DIA with immunoglobulins isolated from commercial pseudotuberculosis antiserum (St. Petersburg) and labeled with nanoparticles of colloidal silver. Thus, the subcellular fractions of pseudotuberculosis microbe isolated by using urea as a lysing and decontaminating agent retain their antigenic and immunogenic properties and enzymatic activity suggesting about their potential benefits for use to improve early diagnostics of pseudotuberculosis.

About the authors

Anna V. Kryukova

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Author for correspondence.
Email: adm@chumin.irkutsk.ru
ORCID iD: 0000-0002-4850-0886

Junior Researcher of Biochemical Department

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

E. Yu. Markov

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD, MD (Biology), Senior Researcher, Head of Biochemical Department

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

V. B. Nikolaev

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD (Medicine), Senior Researcher of Biochemical Department

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

Yu. O. Popova

Federal Government Health Institution Irkutsk Antiplague Research Institute of Siberia and far East awarded with Order of the Red Banner of the Federal Service for Surveillance in the sphere of consumers’ rights protection and human welfare

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

assistant of biochemical Department of biochemical department

Russian Federation

V. T. Klimov

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD (Medicine), Senior Researcher, Department of Epidemiology

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

S. V. Igumnova

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

Physician, Department of Epidemiology

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

N. M. Andreevskaya

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD (Biology), Laboratory of Diagnostic Sera

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

A. V. Ulanskaya

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

Veterinarian, Laboratory of Diagnostic Sera

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

T. Yu. Zagoskina

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD, MD (Medicine), Head of Department of Professional and Advanced Training

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

M. V. Chesnokova

Irkutsk Antiplague Research Institute of Rospotrebnadzor

Email: adm@chumin.irkutsk.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Head of Information Analytical Sector

Russian Federation, 78, Trilisser str., Irkutsk, 664007

References

  1. Загоскина Т.Ю., Чеснокова М.В., Климов В.Т., Попова Ю.О., Марков Е.Ю., Старикова О.А. Конструирование тест-системы с наночастицами коллоидного серебра для обнаружения возбудителей псевдотуберкулеза и кишечного иерсиниоза в дот-иммуноанализе // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017. № 1. С. 55–61. [Zagoskina T.Yu., Chesnokova M.V., Klimov V.T., Popova Yu.O., Markov E.Yu., Starikova O.A. Construction of a test-system with nanoparticles of colloid silver for detection of pseudotuberculosis and intestinal yersiniosis for causative agents in dot-immunoassay. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2017, no. 1, pp. 55–61. (In Russ.)] doi: 10.36233/0372-9311-2017-1-55-61
  2. Каримова Т.В., Климов В.Т., Чеснокова М.В. Молекулярно-биологическая характеристика Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia enterocolitica, выделенных в Сибири и на Дальнем Востоке // Acta Biomedica Scientifica. 2016. Т. 1, № 3 (1). С. 60–64. [Karimova T.V., Klimov V.T., Chesnokova M.V. Biomolecular characteristics of Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia enterocolitica isolated in Siberia and in the Far East. Acta Biomedica Scientifica = Acta Biomedica Scientifica. 2016, vol. 1, no. 3 (1), pp. 60–64. (In Russ.)] doi: 10.12737/21612
  3. Корнева А.В., Николаев В.Б., Половинкина В.С., Марков Е.Ю., Козлов С.Н., Мазепа А.В., Дубровина В.И., Загоскина Т.Ю., Урбанович Л.Я., Иванова Т.А., Балахонов С.В. Получение, характеристика и вакцинный потенциал поверхностных структур бактериальных возбудителей особо опасных инфекций // Дальневосточный журнал инфекционной патологии. 2019. № 37. С. 91–92. [Korneva A.V., Nikolaev V.B., Polovinkina V.S., Markov E.Yu., Kozlov S.N., Mazepa A.V., Dubrovina V.I., Zagoskina T.Yu., Urbanovich L.Ya., Ivanova T.A., Balakhonov S.V. Purification, characteristics and vaccine potential of the surface structures of bacterial agents of especially dangerous infections. Dal’nevostochnyy zhurnal infektsionnoy patologii = The Far Eastern Journal of Infectious Pathology. 2019, no. 37, pp. 91–92. (In Russ.)]
  4. Марков Е.Ю., Урбанович Л.Я., Голубинский Е.П., Каретникова Э.С., Иванова Т.А., Николаев В.Б., Завезенов Н.П., Субычева Е.Н. Получение высокоиммуногенного препарата наружных мембран Vibrio cholerae eltor // Журнал инфекционной патологии (Иркутск). 1998. Т. 5, № 4. С. 42–48. [Markov E.Yu., Urbanovich L.Ya., Golubinsky E.P., Karetnikova E.S., Ivanova T.A., Nikolaev V.B., Zavezenov N.P., Subycheva E. N. Obtaining highly immunogenic preparation of the outer membranes of Vibrio cholerae eltor. Zhurnal infektsionnoy patologii = Journal of Infectious Pathology (Irkutsk), 1998, vol. 5, no. 4, pp. 42–48. (In Russ.)]
  5. Марков Е.Ю., Урбанович Л.Я., Голубинский Е.П., Чернов А.Б., Каретникова Э.С., Иванова Т.А., Пакулев Н.А. Наружные мембраны холерного вибриона как потенциальный компонент химической вакцины // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1995. № 2. Приложение. С. 86–89. [Markov E.Yu., Urbanovich L.Ya., Golubinsky E.P., Chernov A.B., Karetnikova E. S., Ivanova T.A., Pakulev N. A. Outer membranes of the Vibrio cholerae as a potential component of a chemical vaccine. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 1995. no. 2, suppl., pp. 86–89. (In Russ.)]
  6. Патент № 2051969 C1 Российская Федерация, МПК6 С 12 Р 19/04. Способ получения бактериальных липополисахаридов; заявлено 1992.07.31: опубликовано 1996.01.10 / Марков Е.Ю., Николаев В.Б. / Патентообладатель: Иркут. н-и. противочум. ин-т Сибири и ДВ. 3 с. [Patent No. 2051969 C1 Russian Federation, Int. Cl.6 С l2 Р 19/04. Method of bacterial lipopolysaccharide preparing; application 1992.07.31: date of publication 10.01.1996 / Markov E.Ju., Nikolaev V.B. Proprietors: Irkutskij nauchno-issledovatel’skij protivochumnyj institut Sibiri i Dal’nego Vostoka. 3 p.]
  7. Патент № 2114436 C1 Российская Федерация, МПК6 G01N 33/52. Способ определения бактериальных липополисахаридов; заявлено 1996.05.06: опубликовано 1998.06.27 / Чернов А.Б., Марков Е.Ю. / Патентообладатель: Иркут. н.-и. противочум. ин-т Сибири и ДВ. 5 с. [Patent No. 2051969 C1 Russian Federation, Int. Cl.6 G01N 33/52. Method of assay of bacterial lipopolysaccharides; application 1996.05.06: date of publication 1998.06.27 / Chernov A.B., Markov E.Ju. Proprietors: Irkutskij nauchno-issledovatel’skij protivochumnyj institut Sibiri i Dal’nego Vostoka. 5 p.]
  8. Помогаева А.П., Уразова О.И., Ковширина Ю.В., Перевозчикова Т.В., Бармина С.Э. Клинико-иммунологические особенности псевдотуберкулеза у детей // Бюллетень сибирской медицины. 2006. № 4. С. 103–111. [Pomogayeva A.P., Ourazova O.I., Kovshirina Yu.V., Perevozchikova T.V., Barmina S.E. Clinical and immunological peculiarities of pseudotuberculosis at children. Byulleten’ sibirskoy meditsiny = Bulletin of Siberian Medicine, 2006, no. 4, pp. 103–111. (In Russ.)]
  9. Санитарно-эпидемиологические правила СП 1.3.2322-08 «Безопасность работы с микроорганизмами III–IV групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней»; утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 28 января 2008 г. № 4. [Sanitary and epidemiological rules SR 1.3.2322-08 “Safety of work with microorganisms of the III–IV pathogenicity (danger) groups and pathogens of parasitological diseases”; approved by the decision of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation approved on January 28, 2008. no. 4. (In Russ.)]
  10. Тимченко Н.Ф., Попов А.Ф. Псевдотуберкулез — прошлое и настоящее // Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2014. № 4 (9). С. 51–56. [Timchenko N.F., Popov A.F. Pseudotuberculosis — past and present. Infektsionnyye bolezni: novosti, mneniya, obucheniye = Infection Diseases: News, Opinions, Training. 2014, no. 4 (9), pp. 51–56. (In Russ.)]
  11. Derbise A., Guillas C., Gerke C., Carniel E., Pizarro-Cerda J., Demeure C.E. Subcutaneous vaccination with a live attenuated Yersinia pseudotuberculosis plague vaccine. Vaccine, 2020, vol. 38, no. 8, p. 1888–1892. doi: 10.1016/j.vaccine.2020.01.014
  12. Dong W., Wang F., Zhang J., Zhou Y., Zhang L., Wang T. A simple, time-saving dye staining of proteins in sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel using Coomassie blue. Protein Gel Detection and Imaging, 2018, pp. 31–35. doi: 10.1007/978-1-4939-8745-0_5
  13. Fishman J.B., Berg E.A. Antibody purification and storage. Cold Spring Harbor Protocols, 2019, vol. 2019, no. 5, pp. 331–344. doi: 10.1101/pdb.top099101
  14. Gallagher S.R. One-dimensional SDS gel electrophoresis of proteins. Curr. Protoc. Cell Biol., 2007, vol. 37, no. 1, pp. 6.1.1–6.1.38. doi: 10.1002/0471143030.cb0601s37
  15. Hornbeck P. Double-immunodiffusion assay for detecting specific antibodies (Ouchterlony). Curr. Protoc. Immunol., 2017, vol. 116, pp. 2.3.1–2.3.4. doi: 10.1002/cpim.18
  16. Hu Y.F., Zhao D., Yu X.L., Hu Y.L., Li R.C., Ge M., Xu T.Q., Liu X.B., Liao H.Y. Identification of bacterial surface antigens by screening peptide phage libraries using whole bacteria cell-purified antisera. Front. Microbiol., 2017, vol. 8: 82. doi: 10.3389/fmicb.2017.00082
  17. Li H., Benghezal M. Crude preparation of lipopolysaccharide from Helicobacter pylori for silver staining and Western blot. Bio Protoc., 2017, vol. 7, no. 20: e2585. doi: 10.1094/MPMI-08-13-0248-R
  18. Tajhya R.B., Patel R.S., Beeton C. Detection of matrix metalloproteinases by zymography. Methods Mol. Biol., 2017, vol. 1579, pp. 231–244. doi: 10.1007/978-1-4939-6863-3_12
  19. Wang X., Zhang C., Shi F., Hu X. Purification and characterization of lipopolysaccharides. Subcell. Biochem., 2010, vol. 53, pp. 27–51. doi: 10.1007/978-90-481-9078-2_2
  20. Waterborg J.H. The lowry method for protein quantitation. In: Walker J.M. (ed.) The Protein Protocols Handbook. Springer Protocols Handbooks. Third Edition. Totowa, NJ: Humana Press, 2009, pp. 7–10. doi: 10.1007/978-1-59745-198-7_2
  21. Zubova S.V., Prokhorenko I.R. Use of colorimetric method for evaluation of LPS of different structure. Bull. Exp. Biol. Med., 2006, vol. 141, no. 6, pp. 765–767. doi: 10.1007/s10517-006-0274-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Electrophoretic separation of preparations obtained by urea extraction from Y. pseudotuberculosis 3704 in 12% polyacrylamide gel. Note. 1 — molecular weight marker, 2 — outer membrane preparation, 3 — urea extract preparation. Stained with Coomassie brilliant blue R-250.

Download (172KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Electrophoretic separation of a protein-lipopolysaccharide complex preparation obtained from urea extract Y. pseudotuberculosis 3704 in 12% polyacrylamide gel. Note. 1 — molecular weight marker, 2 — protein-lipopolysaccharide complex preparation. Stained with silver ions

Download (30KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Radial enzyme diffusion test of preparations obtained from Y. pseudotuberculosis 3704 in 1% agarose gel using gelatin as a substrate. Note. 1, 2, 3, 4 — outer membrane preparation at concentration of 8 mg/ml, 6 mg/ml, 4 mg/ml, 2 mg/ml, respectively; 5, 6, 7, 8 — preparation of urea extract at concentration of 2 mg/ml, 4 mg/ml, 6 mg/ml, 8 mg/ml, respectively; (K+) — positive control (trypsin solution), (K–) — negative control (solvent control).

Download (25KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Substrate-gel electrophoresis of subcellular fraction preparations from Y. pseudotuberculosis 3704 in 12% polyacrylamide gel using a gelatin solution as a substrate. Note. 1 — positive control (trypsin solution), 2 — outer membrane preparation, 3 — preparation of urea extract. The position of the molecular weight marker is indicated on the left. Stained with Coomassie brilliant blue R-250.

Download (51KB)
Indexing metadata
6. Figure 5. Immunodiffusion reaction of antigenic preparations obtained from Y. pseudotuberculosis 3704 in 1% agarose gel with commercial pseudotuberculosis antiserum. Note. 1 — lipopolysaccharide from the aqueous fraction, 2 — preparation of urea extract, 3 — lipopolysaccharide from the phenolic fraction, 4 — outer membrane preparation, 5 — commercial polyvalent pseudotuberculosis antiserum (St. Petersburg). Stained with Coomassie brilliant blue R-250.

Download (38KB)
Indexing metadata
7. Figure 6. Immunodiffusion reaction of antigenic preparations of Y. pseudotuberculosis 3704 and microbial suspensions in 1% agarose gel with experimental rabbit antiserum obtained against the preparation of a protein-lipopolysaccharide complex. Note. 1 — outer membrane preparation, 2 — protein-lipopolysaccharide complex preparation, 3 — microbial suspension of Y. pseudotuberculosis 3704, 4 — microbial suspension of Y. enterocolitica 628, 5 — microbial suspension of S. typhi 21, 6 — microbial suspension S. flexneri 1964, 7 — experimental Y. pseudotuberculosis rabbit antiserum.

Download (36KB)
Indexing metadata
8. Figure 7. Dot immunoassay of preparations and microbial suspension of Y. pseudotuberculosis 3704 by using antibodies isolated from experimental antiserum against the preparation of protein-lipopolysaccharide complex and labeled with colloidal silver nanoparticles. Note. 1 — microbial suspension of Y. pseudotuberculosis 3704, 2 — outer membrane preparation, 3 — protein-lipopolysaccharide complex preparation.

Download (71KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Kryukova A.V., Markov E.Y., Nikolaev V.B., Popova Y.O., Klimov V.T., Igumnova S.V., Andreevskaya N.M., Ulanskaya A.V., Zagoskina T.Y., Chesnokova M.V.

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».