High hydrostatic pressure influence on viability and mutagenesis of Salmonella Typhimurium

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: pressure is a well-known physical environmental parameter. Nevertheless, the basic principles of microbial survival under high hydrostatic pressure (HHP), especially genetic response to pressure, are still poorly understood. The purpose of this study was to investigate the influence of HHP ranging from 50 to 800 MPa on viability and mutagenesis of Salmonella typhimurium. Materials and methods. The standard plate count method (counting the total number of colony forming units (CFUs) on the plate) and the propidium iodide (PI) flow cytometric assay were used to determine the bacterial viability after HHP treatment. Ability of HHP to induce gene mutations was examined by the Ames assay employing Salmonella typhimurium TA100 and TA98. Results. The results obtained showed that survival of S. typhimurium cells considerably decreased when bacteria were exposed to a pressure of 200 MPa and above. Herewith, the survival index calculated according to the total number of CFUs was up to six orders of magnitude lower than that obtained by the flow cytometric analysis under the same HHP. This fact can be explained by the entrance of the some part of bacterial population into the viable but nonculturable (VBNC) state. The pressure of 50 MPa was found to cause a 1.9-fold increase in the number of His+ revertants of S. typhimurium TA98 in Ames test. Conclusion. Our results demonstrate that HPP of 200 MPa and above significantly inhibits the viability of S. typhimurium cells as well as triggers the induction of VBNC state. The results of Ames test suggest that HHP of 50 MPa can induce gene mutations in bacterial cells. The possible mechanisms of HHP effects on cells viability as well as genetic response of bacteria under HHP are discussed.

About the authors

Nazira Sunagatovna Karamova

Kazan (Volga region) Federal University

Email: nskaramova@mail.ru
Associated Professor, PhD. Department of Microbiology, Institute of Fundamental Medicine and Biology

Pavel Valer’evich Zelenikhin

Kazan (Volga region) Federal University

Email: pasha_mic@mail.ru
Associated Professor, PhD. Department of Microbiology, Institute of Fundamental Medicine and Biology

Vladimir Dmitrievich Kiselev

Kazan (Volga region) Federal University

Email: vkiselev.ksu@gmail.com
Professor, Doctor of Chemical Sciences. Department of Physical Chemistry, Alexander Butlerov Institute of Chemistry

Anastasiya Alexandrovna Lipatnikova

Kazan (Volga region) Federal University

Email: stu92@mail.ru
Student. Department of Microbiology, Institute of Fundamental Medicine and Biology

Olga Nikolaevna Ilinskaya

Kazan (Volga region) Federal University

Email: Ilinskaya_kfu@mail.ru
Head of Department, Professor, Doctor of Biological Sciences. Department of Microbiology, Institute of Fundamental Medicine and Biology

References

  1. Голод Н. А., Лойко Н. Г., Мулюкин А. Л. и др. (2009) Адаптация молочнокислых бактерий к неблагоприятным для роста условиям. Микробиология. Т. 78 (3): С. 317-335.
  2. Жук А. С. (2010) Экспериментальная модель оценки последствий воздействия стрессорных факторов окружающей среды: Магистерская диссертация. Санкт-Петербург.
  3. Кряжевских Н. А., Демкина Е. В., Манучарова Н. А. и др. (2012) Реактивация покоящихся и некультивируемых форм бактерий из древних почв и мерзлых подпочвенных отложений. Микробиология. Т. 81 (4): С. 474-485.
  4. Юдин И. П. (2007) Современные подходы к оценке жизнеспособности бактерий с акцентом на феномене некультурабельности. Annals of Mechnicov Institute. № 3: С. 8-16.
  5. Aertsen A., De Spiegeleer P., Vanoirbeek K. et al. (2005) Induction of oxidative stress by high hydrostatic pressure in Escherichia coli. Appl. Environ. Microbiol. V. 71 (5): P. 2226-2231.
  6. Aertsen A., Houdt R., Vanoirbeek К., et al. (2004) An SOS Response Induced by High Pressure in Escherichia coli. J. Bacteriol. V. 186 (18): P. 6133-6141.
  7. Aertsen A., Meersman F., Hendrickx M. E. et al. (2009) Biotechnology under high pressure: applications and implications. Trends in Biotechnology. V. 27 (7): P. 434-441.
  8. Alpas H., Kalchayanand N., Bozoglu F. et al. (1999) Variation in resistance to hydrostatic pressure among strains of foodborne pathogens. Appl. Environ. Microbiol. V. 65: P. 4248-4251.
  9. Colwell R. R. (2000) Bacterial death revisited. In: Grimes D. J. editor. Nonculturable microorganisms in the environment. Washington, D. C.: ASM Press; p. 325-342.
  10. Fernandes P. M., Domitrovic T., Kao C. M. et al. (2004) Genomic expression pattern in Saccharomyces cerevisiae cells in response to high hydrostatic pressure. FEBS Lett. V. 556 (1-3): P. 153-160.
  11. Gao X., Li J., and Ruan K. C. (2001) Barotolerant Escherichia coli induced by high hydrostatic pressure. Sheng Wu Hua Xue Yu Sheng Wu Wu Li Xue Bao (Shanghai). V. 33: P. 77-81.
  12. Gross J. A. (1965) Pressure-induced color mutation of Euglena gracilis. Science. V. 147 (3659): P. 741-742.
  13. Hauben K. J., Bartlett D. H., Soontjens C. C. et al. (1997) Escherichia coli mutants resistant to inactivation by high hydrostatic pressure. Appl. Environ. Microbiol. V. 63 (3): P. 945-950.
  14. High-pressure microbiology (2008) Editors Michiels Ch., Bartlett D. H., Aertsen A. Washington: ASM Press.
  15. High-pressure techniques in chemistry and physics. A practical approach (1997) Editors Holzapfel W. B., Isaacs N. S. Oxford, New York, Tokyo: Oxford University Press.
  16. Jannasch H. W., Taylor C. D. (1984) Deep-sea microbiology. Annu. Rev. Microbiol. V. 38: P. 487-514.
  17. Karatzas K. A., Bennik M. H. (2002) Characterization of a Listeria monocytogenes Scott A isolate with high tolerance towards high hydrostatic pressure. Appl. Environ. Microbiol. V. 68: P. 3183-3189.
  18. Kato C., Li L., Nogi Y. et al. (1998) Extremely barophilic bacteria isolated from the Mariana Trench, Challenger Deep, at a depth of 11,000 meters. Appl. Environ. Microbiol. V. 64 (4): P. 1510-1513.
  19. Meersman F., McMillan P. F. (2014) High hydrostatic pressure: a probing tool and a necessary parameter in biophysical chemistry. Chem. Commun. V. 50: P. 766-775.
  20. Mortelmans K., Zeiger E. (2000) The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay. Mutat. Res. V. 455 (1-2): P. 29-60.
  21. Mota M. J., Lopes R. L., Delgadillo I. et al. (2013) Microorganisms under high pressure - Adaptation, growth and biotechnological potential. Biotechnol. Adv. V. 31 (8): P. 1426-1434.
  22. Nogi Y., Kato, C., Horikoshi K. (1998) Taxonomic studies of deep-sea barophilic Shewanella strains and description of Shewanella violacea sp. nov. Arch. Microbiol. V.170 (5): P. 331-338.
  23. Oger Ph. J., Jebbar M. (2010) The many ways of coping with pressure. Res. Microbiol. V. 161 (10): P. 799-809.
  24. Radman M. (2001) Fidelity and infidelity. Nature. V. 413 (15): P. 413-115.
  25. Ritz M., Tholozan J. L., Fedeeighi M. et al. (2001) Morphological and physiological characterization of Listeria monocytogenes subjected to high hydrostatic pressure. Appl. Environ. Microbiol. V. 67 (5): P. 2240-2247.
  26. Rosin M. P., Zimmerman A. M. (1977) The induction of cytoplasmic petite mutants of Saccharomyces cerevisiae by hydrostatic pressure. J. Cell Sci. V. 26: P. 373-385.
  27. Vanlint D., Mitchell R., Bailey E. et al. (2011) Rapid acquisition of gigapascal-high-pressure resistance by Escherichia coli. mBio. V. 2 (1): P 00130-10.
  28. Wächtershäuser G. (2006) From volcanic origins of chemoautotrophic life to Bacteria, Archaea and Eukarya. Phil. Tran. R. Soc. B. V. 361: P. 1787-1808.
  29. Winter R., Jeworrek C. (2009) Effect of pressure on membranes. Soft Matter. V. 5 (17): P. 3157-73.
  30. Zeng X., Birrien J. L., Fouquet Y. et al. (2009) Pyrococcus CH1, an obligate piezophilic hyperthermophile: extending the upper pressure-temperature limits for life. The ISME journal. V. 3 (7): P. 873-876.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Karamova N.S., Zelenikhin P.V., Kiselev V.D., Lipatnikova A.A., Ilinskaya O.N.

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».