Молекулярно-генетические основы биопленкообразования как составляющей персистенции Vibrio Cholerae в водоемах Российской Федерации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Широкое распространение Vibrio cholerae в эндемичных странах определяет риски их заноса на территорию Российской Федерации. Токсигенные (содержащие гены холерного токсина ctxAB) штаммы вызывают эпидемические вспышки холеры, нетоксигенные (ctxAB-) — единичные либо множественные случаи холероподобной диареи. Изучение их способности к выживанию в объектах окружающей среды в климатических условиях средних широт за счет формирования биопленок актуально для оценки потенциальных угроз здоровью населения. Нами проведено определение сроков образования биопленок на абиотических поверхностях в микрокосмах в сочетании с биоинформатическим анализом генов, ответственных за продукцию пилей MSHA (msh), полисахаридов (vps) и белков (rbm) матрикса, а также ряда регуляторов. Изученные 15 штаммов различались по срокам формирования биопленки, что коррелировало со структурой отдельных генов и их кластеров. Штаммы, не имеющие существенных отклонений от прототипа, формировали зрелую биопленку за 5–7 суток, тогда как содержащие усеченные гены mshL, mshN, rbmC — только за 13, а у штамма с усеченным геном положительного регулятора vpsR созревание биопленки не завершалось. Сокращение сроков до 2–3 суток было связано с повреждением гена отрицательного регулятора hapR либо с наличием измененных кластеров msh и vps-rbm. Анализ генетических детерминант биопленкообразования может быть использован для оценки способности возбудителей к выживанию в водоемах России и потенциальной опасности последних как источников инфекции.

Об авторах

Светлана Викторовна Титова

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора

Email: titova_sv@antiplague.ru

канд. мед. наук, директор

Россия, 344002, г. Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

Елена Владимировна Монахова

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: monakhova_ev@antiplague.ru

д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник, руководитель группы молекулярной биологии патогенных для человека вибрионов

Россия, 344002, г. Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

Людмила Павловна Алексеева

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора

Email: alekseeva_lp@antiplague.ru

д-р биол. наук, профессор, заведующая лабораторией гибридом

Россия, 344002, г. Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

Руслан Вячеславович Писанов

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт» Роспотребнадзора

Email: pisanov_rv@antiplague.ru

канд. биол. наук, заведующий лабораторией диагностики особо опасных инфекций

Россия, 344002, г. Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 117/40

Список литературы

  1. Титова С.В., Москвитина Э.А., Кругликов В.Д., и др. Холера: оценка эпидемиологической обстановки в мире и России в 2006–2015 гг. Прогноз на 2016 г. // Проблемы особо опасных инфекций. – 2016. – № 1. – С. 20–27. [Titova SV, Moskvitina EA, Kruglikov VD, et al. Cholera: analysis of epidemiological situation across the world and in Russia within a period of 2006-2015. Prognosis for 2016. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2016;(1):20-27 (In Russ.)]. doi: 10.21055/0370-1069-2016-1-20-27.
  2. Смирнова Н.И., Заднова С.П., Шашкова А.В., Кутырев В.В. Вариабельность генома измененных вариантов Vibrio cholerae биовара эль-тор, изолированных на территории России в современный период // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. – 2011. – № 3. – С. 11–18. [Smirnova NI, Zadnova SP, Shashkova AV, Kutyrev VV. Genome variability in the altered variants of Vibrio cholerae biovar El Tor isolated in Russia. Mol Gen Mikrobiol Virusol. 2011;(3):11-18. (In Russ.)]
  3. Монахова Е.В. Стратегия вирулентности холерных вибрионов и пути ее реализации (обзор) // Проблемы особо опасных инфекций. – 2013. – № 4. – С. 60–68. [Monakhova EV. Cholera vibrio virulence strategy and ways of its realization (scientific review). Problems of Particularly Dangerous Infections. 2013;(4):60-68. (In Russ.)]. doi: 10.21055/0370-1069-2013-4-60-68.
  4. Монахова Е.В. Факторы патогенности нехолерогенных штаммов Vibrio cholerae: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – Ростов н/Д, 2012. [Mo nakhova EV. Factory patogennosti nekholerogennykh shtammov Vibrio cholerae. [dissertation] Rostov-on-Don, 2012. 46 p. (in Russ.)]
  5. Левченко Д.А., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Ежова М.И. Анализ динамики выделения штаммов холерных вибрионов из объектов окружающей среды на территории Российской Федерации с 1989 по 2016 г. с помощью авторской ГИС // Вестник Пермского университета, серия: Биология. – 2017. – № 1. – С. 112–117. [Levchenko DA, Kruglikov VD, Arkhangel’skaya IV, Ezhova MI. Analysis of the dynamics of Vibrio cholerae strains isolation from environmental objects on the territory of the Russian Federation from 1989 to 2016 using the author’s GIS. Vestn Permsk Univ Ser Biol. 2017;(1):112-117. (In Russ.)]
  6. Миронова Л.В. Научное обоснование совершенствования подходов к идентификации и молекулярному типированию Vibrio cholerae в системе микробиологического мониторинга: Автореф. дис. … д-ра мед. наук. – Иркутск, 2017. [Mironova LV. Nauchnoe obosnovaniesovershenstvovaniya podkhodov k identifikacii i molekularnomu tipirovaniyu v sisteme mikrobiologicheskogo monitoringa. [dissertation] Irkutsk; 2017. (In Russ.)]
  7. Moorthy S, Watnick PI. Genetic evidence that the Vibrio cholerae monolayer is a distinct stage in biofilm development. Mol Microbiol. 2004;52(2):573-587. doi: 10.1111/j.1365-2958.2004.04000.x.
  8. Silva AJ, Benitez JA. Vibrio cholerae Biofilms and Cho lera Pathogenesis. PLoS Negl Trop Dis. 2016;10(2): e0004330. doi: 10.1371/journal.pntd.0004330.
  9. Marsh JW, Taylor RK. Genetic and transcriptional analyses of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin type 4 pilus gene locus. J Bacteriol. 1999;181(4):1110-1117.
  10. Fong JC, Syed KA, Klose KE, Yildiz FH. Role of Vibrio polysaccharide (vps) genes in VPS production, biofilm formation and Vibrio cholerae pathogenesis. Microbiology. 2010;156(Pt 9):2757-2769. doi: 10.1099/mic.0.040196-0.
  11. Teschler JK, Zamorano-Sanchez D, Utada AS, et al. Living in the matrix: assembly and control of Vibrio cho lerae biofilms. Nat Rev Microbiol. 2015;13(5):255-68. doi: 10.1038/nrmicro3433.
  12. Титова С.В., Кушнарева Е.В. Оценка способности холерных вибрионов к образованию биопленок in vitro с помощью нового методического подхода // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 10. – С. 375–379. [Titova SV, Kusnaryova EV. Evaluation of Vibrio choleraeability to form biofilms in vitro with the use of the new experimental procedure. Fundamental research. 2014;(10):375-379. (In Russ.)]
  13. Горбунов В.А., Титов Л.П., Ермакова Т.С. Многоцентровое исследование антибиотикорезистентности нозокомиальных штаммов Pseudomonas aeruginosa в Республике Беларусь // Здравоохранение (Минск). – 2007. – № 1. – С. 28–31. [Gorbunov VA, Titov LP, Ermakova TC. Mnogotsentrovoe issledovanie antibiotikorezistentnosti nozokomial’nykh shtammov Pseudomonas aeruginosa v Respublike Belarus’. Zdravookhranenie (Minsk). 2007;(1):28-31. (In Russ.)]
  14. Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinforma tics. 2014;30(15):2114-2120. doi: 10.1093/bioinformatics/btu170.
  15. Simpson JT, Wong K, Jackman SD, et al. ABySS: a parallel assembler for short read sequence data. Genome Res. 2009;19(6):1117-1123. doi: 10.1101/gr.089532.108.
  16. Jonson G, Holmgren J, Svennerholm AM. Identification of a mannose-binding pilus on Vibrio cho lerae El Tor. Microb Pathog. 1991;11(6):433-441. doi: 10.1016/0882-4010(91)90039-D.
  17. Jouravleva EA, McDonald GA, Marsh JW, et al. The Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin is the receptor for a filamentous bacteriophage from V. cho lerae O139. Infect Immun. 1998;66(6):2535-2539.
  18. Marsh JW, Sun D, Taylor RK. Physical linkage of the Vibrio cholerae mannose-sensitive hemagglutinin secretory and structural subunit gene loci: identification of the mshG coding sequence. Infect Immun. 1996;64(2):460-465.
  19. Шалу О.А., Писанов Р.В., Монахова Е.В. Эффективность экспрессии гена tdh Vibrio parahaemolyticus зависит от двух точковых мутаций в его промоторной области // Генетика. – 2012. – Т. 48. – № 12. – С. 1364. [Shalu OA, Pisanov RV, Monakhova EV. Efficiency of Vibrio parahaemolyticus tdh gene expression depends upon two point mutations in its promoter region. Russian journal of genetics. 2012;48(12):1364. (In Russ.)]
  20. Sultan SZ, Silva AJ, Benitez JA. The PhoB regulatory system modulates biofilm formation and stress response in El Tor biotype Vibrio cholerae. FEMS Microbiol Lett. 2010;302(1):22-31. doi: 10.1111/j.1574-6968.2009.01837.x.
  21. Shikuma NJ, Fong JC, Yildiz FH. Cellular levels and binding of c-di-GMP control subcellular localization and activity of the Vibrio cholerae transcriptional regulator VpsT. PLoS Pathog. 2012;8(5):e1002719. doi: 10.1371/journal.ppat.1002719.
  22. Yildiz FH, Dolganov NA, Schoolnik GK. VpsR, a Member of the Response Regulators of the Two-Component Regulatory Systems, Is Required for Expression of vps Biosynthesis Genes and EPS(ETr)-Associated Phenotypes in Vibrio cholerae O1 El Tor. J Bacteriol. 2001;183(5):1716-1726. doi: 10.1128/JB.183.5.1716-1726.2001.
  23. Fong JC, Yildiz FH. The rbmBCDEF gene cluster modulates development of rugose colony morphology and biofilm formation in Vibrio cholerae. J Bacteriol. 2007;189(6):2319-2330. doi: 10.1128/JB.01569-06.
  24. Писанов Р.В., Ежова М.И., Монахова Е.В., и др. Особенности структуры генома токсигенного штамма Vibrio cholerae El Tor Инаба, выделенного в 2014 г. из открытого водоема в Ростове-на-Дону // Проблемы особо опасных инфекций. – 2015. – № 2. – С. 63–67. [Pisanov RV, Ezhova MI, Monakhova EV, et al. Peculiarities of genome structure of toxigenic Vibrio cholerae El Tor Inaba strain, isolated from a surface water body in the territory of Rostov-on-Don in 2014. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2015;(2):63-67. (In Russ.)]
  25. Ramamurthy T, Monakhova EV, Mukhopadhyay AK, et al. Comparative genomics of Vibrio cholerae and other enteric vibrios from Russia and India. In: Proceedings of the International conference “Shared threats – collaborative actions. Response of BRICS countries to the challenges ofinfectious diseases”; Moscow, 23-24 Jun 2015. Moscow; 2015. P. 15-18.
  26. Samadi AR, Huq MI, Shahid N, et al. Classical Vibrio cholerae biotype displaces EL tor in Bangladesh. Lancet. 1983;1(8328):805-807. doi: 10.1016/S0140-6736(83)91860-3.
  27. Siddique AK, Baqui AH, Eusof A, et al. Survival of classic cholera in Bangladesh. Lancet. 1991;337(8750):1125-1127. doi: 10.1016/0140-6736(91)92789-5.
  28. Nair GB, Faruque SM, Bhuiyan NA, et al. New variants of Vibrio cholerae O1 biotype El Tor with attributes of the classical biotype from hospitalized patients with acute diarrhea in Bangladesh. J Clin Microbiol. 2002;40(9): 3296-99. doi: 10.1128/JCM.40.9.3296-3299.2002.
  29. Alam M, Nusrin S, Islam A, et al. Cholera between 1991 and 1997 in Mexico was associated with infection by classical, El Tor, and El Tor variants of Vibrio cholerae. J Clin Microbiol. 2010;48(10):3666-3674. doi: 10.1128/JCM.00866-10.
  30. Choi SY, Rashed SM, Hasan NA, et al. Phylogenetic Diversity of Vibrio cholerae Associated with Endemic Cholera in Mexico from 1991 to 2008. MBio. 2016;7(2): e02160. doi: 10.1128/mBio.02160-15.
  31. Rai KR, Rai SK, Bhatt DR, et al. Study of medically important Vibrios in the sewage of Katmandu Valley, Nepal. Nepal Med Coll J. 2012;14(3):212-215.
  32. Bakhshi B, Boustanshenas M, Mahmoudi-aznaveh A. Emergence of Vibrio cholerae O1 classical biotype in 2012 in Iran. Lett Appl Microbiol. 2014;58(2):145-9. doi: 10.1111/lam.12167.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема микрокосма для изучения образования биопленок V. cholerae

Скачать (341KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнение msh-кластеров двух штаммов V. cholerae. Гены, идентичные либо близкие прототипным, обозначены черным цветом, существенно отличные — серым

Скачать (133KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение кластеров vps-I – rbm – vps-II двух штаммов V. cholerae. Гены, идентичные либо близкие прототипным, обозначены черным цветом, существенно отличные — серым, усеченные — белым, новый ген заштрихован

Скачать (185KB)
Метаданные

© Титова С.В., Монахова Е.В., Алексеева Л.П., Писанов Р.В., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах