microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2022-4-82-89microbe-1765Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESДлительное сохранение Yersinia pestis в ассоциации с Acanthamoeba castellanii в экспериментеLong-Term Persistence of Yersinia pestis in Association with Acanthamoeba castellanii in Experimenthttps://orcid.org/0000-0002-7713-7959МакашоваМ. А.MakashovaM. A.

Макашова Марина Александровна

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

 

Marina A. Makashova

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2955-3034ОглодинЕ. Г.OglodinE. G.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-2438-8364КуклеваЛ. М.KuklevaL. M.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-5289-7783ШараповаН. А.SharapovaN. A.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-9190-099XНарышкинаЕ. А.NaryshkinaE. A.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-8986-3640ГерманчукВ. Г.GermanchukV. G.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-5403-989XЕрошенкоГ. А.EroshenkoG. A.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-3788-3452КутыревВ. В.KutyrevV. V.

Российская Федерация, 410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005, Russian Federation

ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation202212022023048289Copyright © Макашова М.А., Оглодин Е.Г., Куклева Л.М., Шарапова Н.А., Нарышкина Е.А., Германчук В.Г., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В., 20232023Макашова М.А., Оглодин Е.Г., Куклева Л.М., Шарапова Н.А., Нарышкина Е.А., Германчук В.Г., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В.Makashova M.A., Oglodin E.G., Kukleva L.M., Sharapova N.A., Naryshkina E.A., Germanchuk V.G., Eroshenko G.A., Kutyrev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1765

Цель исследования – выявление возможности длительного выживания и сохранения свойств Yersinia pestis в ассоциации с почвенными амебами Acanthamoeba castellanii. Материалы и методы. Использовали штаммы возбудителя чумы и акантамеб, выделенные на одном участке Горно-Алтайского высокогорного очага чумы. Систематическую принадлежность простейших определяли путем анализа данных секвенирования фрагмента гена 18S рРНК с последующим выравниванием на последовательности амеб из базы данных NCBI GenBank. Получение флуоресцентного штамма Y. pestis осуществляли методом электропорации с использованием плазмиды pTurboGFP-B. Совместное культивирование проводили в солевом буфере в отсутствие питательных веществ для клеток возбудителя чумы. Определение влияния сокультивирования с простейшими на свойства штамма Y. Pestis выполняли с помощью микробиологических, биологических и молекулярно-генетических методов. Результаты и обсуждение. Установлено сохранение жизнеспособности клеток штамма Y. pestis основного подвида античного биовара филогенетической линии 4.ANT в совместной культуре с клетками амеб в отсутствие дополнительных питательных веществ на протяжении 22 месяцев эксперимента. Сокультивирование с амебами не привело к изменению культурально-морфологических, генетических и вирулентных свойств штамма возбудителя чумы. Полученные данные подтверждают возможность использования Acanthamoeba castellanii чумным микробом для персистенции в почвенных биоценозах и открывают перспективу изучения механизмов сохранения возбудителя чумы в течение длительных межэпизоотических периодов.

The aim of the study was to test the feasibility of long-term survival and preservation of the properties of Yersinia pestis in association with soil amoeba Acanthamoeba castellanii. Materials and methods. Y. pestis strains and acanthamoeba isolated in the common area of the Gorno-Altai high-mountain plague focus were used for the study. The systematic affiliation of protozoa was determined through analyzing the 18S rRNA gene fragment sequencing data, followed by alignment with amoeba sequences from the NCBI GenBank database. A fluorescent Y. pestis strain was obtained by electroporation using the pTurboGFP-B plasmid. Co-cultivation was carried out in saline buffer in the absence of nutrients for the cells of plague pathogen. The influence of co-culturing with protozoa on Y. pestis properties was determined using microbiological, biological, and molecular-genetic methods. Results and discussion. The cell viability preservation for 22 months of the experiment in Y. pestis strain belonging to the main subspecies of the antique biovar, the 4.ANT phylogenetic line in co-culture with amoeba cells in the absence of additional nutrients has been established. Co-cultivation with amoebae did not lead to a change in the cultural, morphological, genetic and virulent properties of the plague pathogen strain. The data obtained confirm the possibility of using Acanthamoeba castellanii by the plague microbe to persist in soil biocenoses and open up the prospect of studying the mechanisms of plague pathogen surviving during extended inter-epizootic periods.

межэпизоотические периодычумамеханизм сохранениясвободноживущие амебыYersinia pestisAcanthamoebainter-epizootic periodsplaguemechanism of persistencefree-living amoebaYersinia pestisAcanthamoeba.ReferencesAl-Quadan T., Price C.T., Abu Kwaik Y. Exploitation of evolutionarily conserved amoeba and mammalian processes by Legionella. Trends Microbiol. 2012; 20(6):299–306. DOI: 10.1016/j.tim.2012.03.005.Al-Quadan T., Price C.T., Abu Kwaik Y. Exploitation of evolutionarily conserved amoeba and mammalian processes by Legionella. Trends Microbiol. 2012; 20(6):299–306. DOI: 10.1016/j.tim.2012.03.005.Cirillo J.D., Falkow S., Tompkins L.S. Growth of Legionella pneumophila in Acanthamoeba castellanii enhances invasion. Infect. Immun. 1994; 62(8):3254–61. DOI: 10.1128/iai.62.8.3254-3261.1994.Cirillo J.D., Falkow S., Tompkins L.S. Growth of Legionella pneumophila in Acanthamoeba castellanii enhances invasion. Infect. Immun. 1994; 62(8):3254–61. DOI: 10.1128/iai.62.8.3254-3261.1994.Kennedy G.M., Morisaki J.H., DiGiuseppe Champion P.A. Conserved mechanisms of Mycobacterium marinum pathogenesis within the environmental amoeba Acanthamoeba castellanii. Appl. Environ. Microbiol. 2012; 78(6):2049–52. DOI: 10.1128/AEM.06965-11.Kennedy G.M., Morisaki J.H., DiGiuseppe Champion P.A. Conserved mechanisms of Mycobacterium marinum pathogenesis within the environmental amoeba Acanthamoeba castellanii. Appl. Environ. Microbiol. 2012; 78(6):2049–52. DOI: 10.1128/AEM.06965-11.Abd H., Saeed A., Weintraub A., Nair G.B., Sandström G. Vibrio cholerae O1 strains are facultative intracellular bacteria, able to survive and multiply symbiotically inside the aquatic free-living amoeba Acanthamoeba castellanii. FEMS Microbiol Ecol. 2007; 60(1):33–9. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2006.00254.x.Abd H., Saeed A., Weintraub A., Nair G.B., Sandström G. Vibrio cholerae O1 strains are facultative intracellular bacteria, able to survive and multiply symbiotically inside the aquatic free-living amoeba Acanthamoeba castellanii. FEMS Microbiol Ecol. 2007; 60(1):33–9. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2006.00254.x.El-Etr S.H., Margolis J.J., Monack D., Robison R.A., Cohen M., Moore E., Rasley A. Francisella tularensis type A strains cause the rapid encystment of Acanthamoeba castellanii and survive in amoebal cysts for three weeks postinfection. Appl. Environ. Microbiol. 2009; 75(23):7488–500. DOI: 10.1128/AEM.01829-09.El-Etr S.H., Margolis J.J., Monack D., Robison R.A., Cohen M., Moore E., Rasley A. Francisella tularensis type A strains cause the rapid encystment of Acanthamoeba castellanii and survive in amoebal cysts for three weeks postinfection. Appl. Environ. Microbiol. 2009; 75(23):7488–500. DOI: 10.1128/AEM.01829-09.Sun S., Noorian P., McDougald D. Dual role of mechanisms involved in resistance to predation by protozoa and virulence to humans. Front. Microbiol. 2018; 9:1017. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01017.Sun S., Noorian P., McDougald D. Dual role of mechanisms involved in resistance to predation by protozoa and virulence to humans. Front. Microbiol. 2018; 9:1017. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01017.Никульшин С.В., Онацкая Т.Г., Луканина Л.М., Бондаренко А.И. Изучение ассоциации почвенных амеб Hartmannella rhysodes с бактериями – возбудителями чумы и псевдотуберкулеза в эксперименте. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1992; 9-10:2–5.Nikul’shin S.V., Onatskaya T.G., Lukanina L.M., Bondarenko A.I. [The study of the association of soil amoebas Hartmannella rhysodes with bacteria – the causative agents of plague and pseudotuberculosis in the experiment]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1992; (9-10):2–5.Пушкарева В.И. Экспериментальная оценка взаимодействия Yersinia pestis EV с почвенными инфузориями и возможности длительного сохранения бактерий в цистах простейших. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2003;4:40–4.Pushkareva V.I. [Experimental assessment of the interaction between Yersinia pestis EV and soil ciliates and the possibility of long-term preservation of bacteria in protozoan cysts]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2003; (4):40–44.Бренева Н.В., Марамович А.С., Климов В.Т. Экологические закономерности существования патогенных иерсиний в почвенных экосистемах. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2005; 6:82–8.Breneva N.V., Maramovich A.S., Klimov V.T. [Ecological patterns of existence of pathogenic Yersinia in soil ecosystems]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2005; (6):82–8.Markman D.W., Antolin M.F., Bowen R.A., Wheat W.H., Woods M., Gonzalez-Juarrero M., Jackson M. Yersinia pestis survival and replication in potential ameba reservoir. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(2):294–302. DOI: 10.3201/eid2402.171065.Markman D.W., Antolin M.F., Bowen R.A., Wheat W.H., Woods M., Gonzalez-Juarrero M., Jackson M. Yersinia pestis survival and replication in potential ameba reservoir. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(2):294–302. DOI: 10.3201/eid2402.171065.Кошель Е.И., Ерошенко Г.А., Анисимова Л.В., Новичкова Л.А., Широков А.А., Буров А.М., Кузнецов О.С., Кутырев В.В. Оценка длительности сохранения штаммов Yersinia pestis в клетках почвенных амеб Acanthamoeba sp. в экспериментальных условиях. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; 2:69–74. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-69-74.Koshel’ E.I., Eroshenko G.A., Anisimova L.V., Novichkova L.A., Shirokov A.A., Burov A.M., Kuznetsov O.S., Kutyrev V.V. [Exploratory study of the long-term persistence of Yersinia pestis in the cells of soil-inhabiting ameba – Acanthamoeba sp.] Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2016; (2):69–74. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-69-74.Benavides-Montaño J.A., Vadyvaloo V. Yersinia pestis resists predation by Acanthamoeba castellanii and exhibits prolonged intracellular survival. Appl. Environ. Microbiol. 2017; 83(13):e00593-17. DOI: 10.1128/AEM.00593-17.Benavides-Montaño J.A., Vadyvaloo V. Yersinia pestis resists predation by Acanthamoeba castellanii and exhibits prolonged intracellular survival. Appl. Environ. Microbiol. 2017; 83(13):e00593-17. DOI: 10.1128/AEM.00593-17.Оглодин Е.Г., Морозов О.А., Никифоров К.А., Куклева Л.М., Шарапова Н.А., Рождественский Е.Н., Базарова Г.Х., Денисов А.В., Санаров П.П., Токмакова Е.Г., Макашова М.А., Германчук В.Г., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В. Видовая принадлежность, численность и динамика взаимодействия акантамеб из почв Горно-Алтайского высокогорного очага чумы со штаммами Yersinia pestis. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 4:56–61. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-4-56-61.Oglodin E.G., Morozov O.A., Nikiforov K.A., Kukleva L.M., Sharapova N.A., Rozhdestvensky E.N., Bazarova G.K., Denisov A.V., Sanarov P.P., Tokmakova E.G., Makashova M.A., Germanchuk V.G., Eroshenko G.A., Kutyrev V.V. [Specific appurtenance, numbers, and dynamics of interaction of Acanthamoeba from soils of Gorno-Altai high-mountain plague focus with Yersinia pestis strains]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2017; (4):56–61. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-4-56-61.Работнов Т.А. Об организации биогеоценоза. В кн.: Герасимов И.П., редактор. Международная география-76 / XXIII Междунар. геогр. конгресс. Секция 4: Биогеография и география почв. М.; 1976. С. 101–4.Rabotnov T.A. [Regarding the functioning of biogeocenosis]. In: Gerasimov I.P., editor. [International Geography-76 / XXIII International Geographical Congress. Section 4: Biogeography and Soil Geography]. Moscow; 1976. P. 101–4.Кошель Е.И., Анисимова Л.В., Новичкова Л.А., Видяева Н.А., Гусева Н.П., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В. Определение систематической принадлежности почвенных амеб из очагов чумы Прикаспия на основе анализа участков рибосомного оперона. Генетика. 2015; 51(1):39–45. DOI: 10.7868/S0016675815010051.Koshel’ E.I., Anisimova L.V., Novichkova L.A., Vidyaeva N.A., Guseva N.P., Eroshenko G.A., Kutyrev V.V. [A study on the taxonomy of soil amoebas from Caspian plague foci based on the analysis of ribosomal operon sequences]. Genetika [Genetics]. 2015; 51(1):39–45. DOI: 10.7868/S0016675815010051.Литвин В.Ю., Пушкарева В.И. О вероятном механизме поддержания вирулентности бактерий в почвенных и водных сообществах. В кн.: Литвин В.Ю., редактор. Патогенные бактерии в сообществах (механизмы и формы существования): сб. науч. тр. М.: Росагросервис; 1994. С. 24–34.Litvin V.Yu., Pushkareva V.I. [On a probable mechanism for retaining the virulence by bacteria of soil and water communities]. In: Litvin V.Yu., editor. [Pathogenic Bacteria in Communities (Mechanisms and Forms of Existence): Collection of Scientific Works]. Moscow: “Rosagroservis”; 1994. P. 24–34.Куклева Л.М., Тучков И.В., Оглодин Е.Г., Девдариани З.Л., Морозов О.А., Кузнецов О.С., Германчук В.Г., Ерошенко Г.А. Получение штамма Yersinia pestis, продуцирующего флуоресцентный белок GFP, и перспективы его использования. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 4:61–6. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-61-66.Kukleva L.M., Tuchkov I.V., Oglodin E.G., Devdariani Z.L., Morozov O.A., Kuznetsov O.S., Germanchuk V.G., Eroshenko G.A. [Construction of Yersinia pestis strain producing fluorescent protein GFP and prospects of its usage]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2019; (4):61–6. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-61-66.Онищенко Г.Г., Кутырев В.В., редакторы. Лабораторная диагностика особо опасных инфекционных болезней. Практическое руководство. М.: Шико; 2013. 560 c.Onishchenko G.G., Kutyrev V.V., editors. [Laboratory Diagnostics of Particularly Dangerous Infectious Diseases. Practice Guidelines]. Moscow: Shiko; 2013. 560 p.Schroeder J.M., Booton G.C., Hay J., Niszl I.A., Seal D.V., Markus M.B., Fuerst P.A., Byers T.J. Use of subgenic 18S ribosomal DNA PCR and sequencing for genus and genotype identification of Acanthamoebae from humans with keratitis and from sewage sludge. J. Clin. Microbiol. 2001; 39(5):1903–11. DOI: 10.1128/JCM.39.5.1903-1911.2001.Schroeder J.M., Booton G.C., Hay J., Niszl I.A., Seal D.V., Markus M.B., Fuerst P.A., Byers T.J. Use of subgenic 18S ribosomal DNA PCR and sequencing for genus and genotype identification of Acanthamoebae from humans with keratitis and from sewage sludge. J. Clin. Microbiol. 2001; 39(5):1903–11. DOI: 10.1128/JCM.39.5.1903-1911.2001.Casadevall A., Fu M.S., Guimaraes A.J., Albuquerque P. The ‘amoeboid predator-fungal animal virulence’ hypothesis. J. Fungi (Basel). 2019; 5(1):10. DOI: 10.3390/jof5010010.Casadevall A., Fu M.S., Guimaraes A.J., Albuquerque P. The ‘amoeboid predator-fungal animal virulence’ hypothesis. J. Fungi (Basel). 2019; 5(1):10. DOI: 10.3390/jof5010010.Espinoza-Vergara G., Noorian P., Silva-Valenzuela C.A., Raymond B.B.A., Allen C., Hoque M.M., Sun S., Johnson M.S., Pernice M., Kjelleberg S., Djordjevic S.P., Labbate M., Camilli A., McDougaldet D. Vibrio cholerae residing in food vacuoles expelled by protozoa are more infectious in vivo. Nat. Microbiol. 2019; 4(12):2466–74. DOI: 10.1038/s41564-019-0563-x.Espinoza-Vergara G., Noorian P., Silva-Valenzuela C.A., Raymond B.B.A., Allen C., Hoque M.M., Sun S., Johnson M.S., Pernice M., Kjelleberg S., Djordjevic S.P., Labbate M., Camilli A., McDougaldet D. Vibrio cholerae residing in food vacuoles expelled by protozoa are more infectious in vivo. Nat. Microbiol. 2019; 4(12):2466–74. DOI: 10.1038/s41564-019-0563-x.Kado C.I., Liu S.T. Rapid procedure for detection and isolation of large and small plasmids. J. Bacteriol. 1981; 145(3):1365–73. DOI: 10.1128/jb.145.3.1365-1373.1981.Kado C.I., Liu S.T. Rapid procedure for detection and isolation of large and small plasmids. J. Bacteriol. 1981; 145(3):1365–73. DOI: 10.1128/jb.145.3.1365-1373.1981.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.