microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2023-2-127-133microbe-1830Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВлияние Yersinia pestis на почвенных нематод Panagrolaimus sp. из Горно-Алтайского высокогорного очага чумыEffect of Yersinia pestis on the Soil Nematodes Panagrolaimus sp. from the Gorno-Altai High-Mountain Focus of Plaguehttps://orcid.org/0000-0002-7713-7959МакашоваМ. А.MakashovaM. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

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

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

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

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

https://orcid.org/0000-0001-8284-3164СамойловА. Е.SamoilovA. E.

117246, Москва, Научный проезд, 18

18, Naychny Proezd St., Moscow, 117246

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

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

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

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Reserach Anti-Plague Institute “Microbe”Russian FederationФБУН «Научно-исследовательский институт системной биологии и медицины»РоссияResearch Institute of Systems Biology and MedicineRussian Federation20231307202302127133Copyright © Макашова М.А., Оглодин Е.Г., Шарапова Н.А., Самойлов А.Е., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В., 20232023Макашова М.А., Оглодин Е.Г., Шарапова Н.А., Самойлов А.Е., Ерошенко Г.А., Кутырев В.В.Makashova M.A., Oglodin E.G., Sharapova N.A., Samoilov A.E., 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/1830

Цель – изучение взаимодействия Yersinia pestis с почвенными нематодами, выделенными на территории Горно-Алтайского высокогорного очага чумы. Материалы и методы. В работе использованы флуоресцентный штамм Y. pestis КМ2083 – производный природного штамма филогенетической линии 4.ANT античного биовара основного подвида – и культура нематод, выделенные на одной территории Горно-Алтайского очага чумы. Систематическую принадлежность нематод определяли по участку гена 18S рРНК, филогенетический анализ проводили методом Maximum Likelihood на основе модели Tamura-Nei в программе Mega 7.0. Взаимодействие штамма Y. pestis КМ2083 и нематод изучали при культивировании на твердой агаровой среде NGM. Наблюдение за нематодами осуществляли с использованием микроскопов Stemi-2000C (Carl Zeiss, Германия) и Axio Imager Z2 (Carl Zeiss, Германия). Результаты и обсуждение. Установлено, что использованные в работе нематоды из ГорноАлтайского высокогорного очага чумы относятся к роду Panagrolaimus. Культивирование нематод на газоне штамма Y. pestis основного подвида античного биовара филогенетической линии 4.ANT в течение 24 ч не привело к сокращению продолжительности жизни нематод по сравнению с контрольным образцом, что свидетельствует об отсутствии токсичности использованного штамма по отношению к нематодам Panagrolaimus. На кутикуле нематод отмечено образование биопленки в области половых органов и хвоста, в пищеварительном тракте наблюдали скопления флуоресцентных клеток возбудителя чумы. Полученные данные могут свидетельствовать о способности нематод к переносу возбудителя чумы в почвенном биоценозе.

The aim of the work was to study interaction of Yersinia pestis with soil nematodes isolated on the territory of the Gorno-Altai high-mountain plague focus. Materials and methods. We used the fluorescent Y. pestis strain KM2083, a derivative of the natural strain of the 4.ANT phylogenetic line, the antique biovar of the main subspecies, and a nematode culture isolated in the same area of the Gorno-Altai plague focus. The taxonomy of nematodes was determined by the region of the 18S rRNA gene; phylogenetic analysis was performed using the Maximum Likelihood method based on the Tamura-Nei model in the Mega 7.0 software. The interaction of the Y. pestis KM2083 strain and the nematodes was studied during cultivation on a solid NGM agar medium. Nematodes were observed using microscopes Stemi-2000C (Carl Zeiss, Germany) and Axio Imager Z2 (Carl Zeiss, Germany). Results and discussion. It has been established that the nematodes from the Gorno-Altai high-mountain plague focus used in the work belong to the genus Panagrolaimus. Cultivation of nematodes on the lawn of the Y. pestis strain of the main subspecies of antique biovar, the 4.ANT phylogenetic line for 24 hours did not lead to a reduction in the lifespan of nematodes compared to the control sample, which indicates the absence of toxicity of the used strain towards Panagrolaimus nematodes. On the cuticle of nematodes, the formation of a biofilm in the genital area and tail has been noted, and accumulations of fluorescent cells of the plague pathogen observed in the digestive tract. The data obtained can indicate the ability of nematodes to carry the plague pathogen in the soil biocoenosis.

возбудитель чумыГорно-Алтайский высокогорный очаг чумыпочвенные нематодыplague agentGorno-Altai high-mountain plague focussoil nematodesReferencesGoodrich-Blair H., Clarke D.J. Mutualism and pathogenesis in Xenorhabdus and Photorhabdus: two roads to the same destination. Mol. Microbiol. 2007; 64(2):260–8. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2007.05671.x.Goodrich-Blair H., Clarke D.J. Mutualism and pathogenesis in Xenorhabdus and Photorhabdus: two roads to the same destination. Mol. Microbiol. 2007; 64(2):260–8. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2007.05671.x.Darby C., Hsu J.W., Ghori N., Falkow S. Caenorhabditis elegans: plague bacteria biofilm blocks food intake. Nature. 2002; 417(6886):243–44. DOI: 10.1038/417243a.Darby C., Hsu J.W., Ghori N., Falkow S. Caenorhabditis elegans: plague bacteria biofilm blocks food intake. Nature. 2002; 417(6886):243–44. DOI: 10.1038/417243a.Ерошенко Г.А., Видяева Н.А., Куклева Л.М., Кошель Е.И., Одиноков Г.Н., Шавина Н.Ю., Князева Т.В., Мокроусова Т.В., Краснов Я.М., Анисимова Л.В., Новичкова Л.А., Ерохин П.С., Бойко А.В., Кутырев В.В. Изучение образования биопленки у беспигментных и бесплазмидных мутантов штамма Yersinia pestis на биотических поверхностях в условиях in vitro и in vivo. Проблемы особо опасных инфекций. 2012; 3:45–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-3-45-49.Eroshenko G.A., Vidyaeva N.A., Kukleva L.M., Koshel’ E.I., Odinokov G.N., Shavina N.Yu., Knyazeva T.V., Mokrousova T.V., Krasnov Y.M., Anisimova L.V., Novichkova L.A., Erokhin P.S., Boiko A.V., Kutyrev V.V. [Studies of biofilm formation in nonpigmented and plasmid-deprived mutants of Yersinia pestis on biotic surfaces, in vivo and in vitro conditions]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2012; (3):45–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2012-3-45-49.Styer K.L., Hopkins G.W., Bartra S.S., Plano G.V., Frothingham R., Aballay A. Yersinia pestis kills Caenorhabditis elegans by a biofilm-independent process that involves novel virulence factors. EMBO Rep. 2005; 6(10):992–7. DOI: 10.1038/sj.embor.7400516.Styer K.L., Hopkins G.W., Bartra S.S., Plano G.V., Frothingham R., Aballay A. Yersinia pestis kills Caenorhabditis elegans by a biofilm-independent process that involves novel virulence factors. EMBO Rep. 2005; 6(10):992–7. DOI: 10.1038/sj.embor.7400516.Bartra S.S., Styer K.L., O’Bryant D.M., Nilles M.L., Hinnebusch B.J., Aballay A., Plano G.V. Resistance of Yersinia pestis to complement-dependent killing is mediated by the Ail outer membrane protein. Infect. Immun. 2008; 76(2):612–2. DOI: 10.1128/IAI.01125-07.Bartra S.S., Styer K.L., O’Bryant D.M., Nilles M.L., Hinnebusch B.J., Aballay A., Plano G.V. Resistance of Yersinia pestis to complement-dependent killing is mediated by the Ail outer membrane protein. Infect. Immun. 2008; 76(2):612–2. DOI: 10.1128/IAI.01125-07.Кутырев В.В., Ерошенко Г.А., Попов Н.В., Видяева Н.А., Коннов Н.П. Молекулярные механизмы взаимодействия возбудителя чумы с беспозвоночными животными. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2009; 4:6–13.Kutyrev V.V., Eroshenko G.A., Popov N.V., Vidyaeva N.A., Konnov N.P. [Molecular mechanisms of interaction between the plague pathogen and invertebrates]. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya [Molecular Genetics, Microbiology and Virology]. 2009; (4):6–13.Кошель Е.И., Ерошенко Г.А., Видяева Н.А., Анисимова Л.В., Новичкова Л.А., Кутырев В.В. Особенности образования биопленки у штаммов Yersinia pestis основного и не основных подвидов. Инфекционные болезни. 2012; 10(S1):201.Koshel’ E.I., Eroshenko G.A., Vidyaeva N.A., Anisimova L.V., Novichkova L.A., Kutyrev V.V. [Features of biofilm formation in strains of Yersinia pestis of the main and non-main subspecies]. Infektsionnye Bolezni [Infectious Diseases]. 2012; 10(S1):201.Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 1974; 77(1):71–94. DOI: 10.1093/genetics/77.1.71.Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 1974; 77(1):71–94. DOI: 10.1093/genetics/77.1.71.Blaxter M.L., De Ley P., Garey J.R., Liu L.X., Scheldeman P., Vierstraete A., Vanfleteren J.R., Mackey L.Y., Dorris M., Frisse L.M., Vida J.T., Thomas W.K. A molecular evolutionary framework for the phylum Nematoda. Nature. 1998; 392(6671):71–5. DOI: 10.1038/32160.Blaxter M.L., De Ley P., Garey J.R., Liu L.X., Scheldeman P., Vierstraete A., Vanfleteren J.R., Mackey L.Y., Dorris M., Frisse L.M., Vida J.T., Thomas W.K. A molecular evolutionary framework for the phylum Nematoda. Nature. 1998; 392(6671):71–5. DOI: 10.1038/32160.Holterman M., Schratzberger M., Helder J. Nematodes as evolutionary commuters between marine, freshwater and terrestrial habitats. Biol. J. Linn. Soc. 2019; 128(3):756–67. DOI: 10.1093/biolinnean/blz107.Holterman M., Schratzberger M., Helder J. Nematodes as evolutionary commuters between marine, freshwater and terrestrial habitats. Biol. J. Linn. Soc. 2019; 128(3):756–67. DOI: 10.1093/biolinnean/blz107.Гагарин В.Г. Свободноживущие нематоды пресных вод России и сопредельных стран: Фауна и пути ее формирования, экология, таксономия, филогения. М.: Наука; 2001. 170 с.Gagarin V.G. [Free-Living Nematodes of Fresh Waters of Russia and Neighboring Countries: Fauna and Ways of Its Formation, Ecology, Taxonomy, Phylogeny]. Moscow: Nauka; 2001. 170 p.Сущук А.А., Матвеева Е.М., Калинкина Д.С., Юркевич М.Г. Сообщества почвенных нематод типичных биоценозов Республики Алтай. Зоологический журнал. 2022; 101(10):1083– 95. DOI: 10.31857/S0044513422100129.Sushchuk A.A., Matveeva E.M., Kalinkina D.S., Yurkevich M.G. Communities of soil nematodes of typical biocenoses in the Republic of Altai. Zoologichesky Zhurnal [Zoological Journal]. 2022; 101(10):1083–95. DOI: 10.31857/S0044513422100129.Tan L., Darby C. Yersinia pestis YrbH is a multifunctional protein required for both 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid biosynthesis and biofilm formation. Mol. Microbiol. 2006; 61(4):861– 70. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05265.x.Tan L., Darby C. Yersinia pestis YrbH is a multifunctional protein required for both 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid biosynthesis and biofilm formation. Mol. Microbiol. 2006; 61(4):861– 70. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05265.x.Thutupalli S., Uppaluri S., Constable G.W., Levin S.A., Stone H.A., Tarnita C.E., Brangwynne C.P. Farming and public goods production in Caenorhabditis elegans populations. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2017; 114(9):2289–94. DOI: 10.1073/pnas.1608961114.Thutupalli S., Uppaluri S., Constable G.W., Levin S.A., Stone H.A., Tarnita C.E., Brangwynne C.P. Farming and public goods production in Caenorhabditis elegans populations. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2017; 114(9):2289–94. DOI: 10.1073/pnas.1608961114.Ramot D., Johnson B.E., Berry T.L. Jr, Carnell L., Goodman M.B. The parallel worm tracker: a platform for measuring average speed and drug-induced paralysis in nematodes. PLoS One. 2008; 3(5):e2208. DOI: 10.1371/journal.pone.0002208.Ramot D., Johnson B.E., Berry T.L. Jr, Carnell L., Goodman M.B. The parallel worm tracker: a platform for measuring average speed and drug-induced paralysis in nematodes. PLoS One. 2008; 3(5):e2208. DOI: 10.1371/journal.pone.0002208.Балахонов С.В., Ценджав С., Эрдэнебат А. Новые плазмидовары штаммов возбудителя чумы, изолированных в Монголии. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 1991; 11:27–9.Balakhonov S.V., Tsendzhav S., Erdenebat A. [New plasmidovars of plague pathogen strains isolated in Mongolia]. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya [Molecular Genetics, Microbiology and Virology]. 1991; (11):27–9.Оглодин Е.Г., Ерошенко Г.А., Куклева Л.М., Одиноков Г.Н., Гусева Н.П., Бугоркова С.А., Кутырев В.В. Структурнофункциональный анализ криптических плазмид штаммов Yersinia pestis из двух природных очагов чумы России. Проблемы особо опасных инфекций. 2015; 4:82–5. DOI: 10.21055/0370-1069-2015-4-82-85.Oglodin E.G., Eroshenko G.A., Kukleva L.M., Odinokov G.N., Guseva N.P., Bugorkova S.A., Kutyrev V.V. [Structuralfunctional analysis of cryptic plasmids in Yersinia pestis strains from two natural plague foci of Russia]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2015; (4):82–5. DOI: 10.21055/0370-1069-2015-4-82-85.Афанасьев М.В., Балахонов С.В., Токмакова Е.Г., Половинкина В.С., Сидорова Е.А., Синьков В.В. Анализ нуклеотидной последовательности криптической плазмиды pTP33 Yersinia pestis из Тувинского природного очага чумы. Генетика. 2016; 52(9):1012–20. DOI: 10.7868/S0016675816090022.Afanas’ev M.V., Balakhonov S.V., Tokmakova E.G., Polovinkina V.S., Sidorova E.A., Sin’kov V.V. [Analysis of the nucleotide sequence of Yersinia pestis cryptic plasmid pTP33 from the Tuva natural plague focus]. Genetika [Genetics]. 2016; 52(9):1012– 20. DOI: 10.7868/S0016675816090022.Базанова Л.П., Токмакова Е.Г., Воронова Г.А., Балахонов С.В. Влияние плазмидного состава Yersinia pestis на образование биопленки в организме блох с разной векторной активностью. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2018; 2:76–83.Bazanova L.P., Tokmakova E.G., Voronova G.A., Balakhonov S.V. [Effect of Yersinia pestis plasmid composition on biofilm formation in fleas with different vector activity]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 2018; (2):76–83.

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