microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2024-4-70-77microbe-2081Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESКомпозиционный состав везикул атоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 El Tor и O139 серогруппThe Composition of Vesicles of Non-Toxigenic Vibrio cholerae Strains, O1 El Tor and O139 Serogroupshttps://orcid.org/0000-0002-1702-1620ДувановаО. В.DuvanovaO. V.

Дуванова Ольга Викторовна

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

Olga V. Duvanova

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

olga_duvanova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8517-2789ШипкоЕ. С.ShipkoE. S.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0002-7178-8021ПисановР. В.PisanovR. V.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0001-6176-2605ЦырулинаО. А.TsyrulinaO. A.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0002-4059-2878ЧемисоваО. С.ChemisovaO. S.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0001-5522-9097ЕвдокимоваВ. В.EvdokimovaV. V.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0002-9056-3231ВодопьяновА. С.Vodop’yanovA. S.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0002-6540-2778КругликовВ. Д.KruglikovV. D.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0001-7068-4071ИвановаИ. А.IvanovaI. A.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0001-5208-7724ОмельченкоН. Д.Omel’chenkoN. D.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0002-1103-4244ФилипенкоА. В.FilipenkoA. V.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

https://orcid.org/0000-0003-0550-2221НосковА. К.NoskovA. K.

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

117/40, M. Gor’kogo St., Rostov-on-Don, 344002

ФКУЗ «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт»РоссияRostov-on-Don Research Anti-Plague InstituteRussian Federation202419122024047077Copyright © Дуванова О.В., Шипко Е.С., Писанов Р.В., Цырулина О.А., Чемисова О.С., Евдокимова В.В., Водопьянов А.С., Кругликов В.Д., Иванова И.А., Омельченко Н.Д., Филипенко А.В., Носков А.К., 20242024Дуванова О.В., Шипко Е.С., Писанов Р.В., Цырулина О.А., Чемисова О.С., Евдокимова В.В., Водопьянов А.С., Кругликов В.Д., Иванова И.А., Омельченко Н.Д., Филипенко А.В., Носков А.К.Duvanova O.V., Shipko E.S., Pisanov R.V., Tsyrulina O.A., Chemisova O.S., Evdokimova V.V., Vodop’yanov A.S., Kruglikov V.D., Ivanova I.A., Omel’chenko N.D., Filipenko A.V., Noskov A.K.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/2081

Цель работы – изучение композиционного состава препаратов везикул (OMV) у штаммов Vibrio cholerae O1 El Tor (ctxAB– tcpA– ; ctxAB– tcpA+ ) и О139 (ctxAB– tcpA– ) серогрупп, выделенных из различных источников. Материалы и методы. В работе использовали штаммы V. cholerae серогрупп О1 и О139, из которых были получены препараты OMV. Методом трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) изучали строение препаратов OMV. Полногеномное секвенирование ДНК проводили на платформе MiSeq. Нуклеотидные и соответствующие аминокислотные последовательности генов изучали c помощью биоинформационного анализа. Белковое профилирование проводили с помощью MALDI-TOF масс-спектрометрии. Ферментативные активности детектировали с использованием соответствующих сред и субстратов. Определение (поверхностных детерминант) липополисахарида (ЛПС) и белков наружной мембраны в составе OMV осуществляли методом иммуноферментного анализа. Анализ спектра жирных кислот (ЖК) проводили методом газожидкостной хроматографии масс-спектрометрии. Результаты и обсуждение. Получены препараты OMV из атоксигенных штаммов холерных вибрионов. ТЭМ выявлено, что OMV представлены структурами сферической формы около 40–200 нм. По данным полногеномного секвенирования установлено, что в составе OMV обнаружены фрагменты хромосом, содержащие гены штаммов V. cholerae серогрупп O1 и O139, из которых они выделены. Проведенный биоинформационный анализ выявил отличия в структуре гена ompT у исходных штаммов и у OMV, полученных из штаммов V. cholerae серогрупп O1 и O139. Ген ∆ompT препарата OMV V. cholerae O139-серогруппы был трункирован и образовывал пептид в 17 аминокислотных остатков (-LENHHQKNREPDKEFPY-). Анализ композиционного состава OMV выявил наличие в их составе ферментов (N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы и ДНК-азы), белков наружных мембран (OmpT и OmpU), ЛПС, насыщенных, сis/trans-изомеров ненасыщенных ЖК и разветвленных ЖК. Обнаружены различия в композиционном составе OMV, полученных из атоксигенных штаммов V. cholerae серогрупп О1 и О139.

The aim of the work was to study the composition of vesicle preparations (OMV) in Vibrio cholerae strains O1 El Tor (ctxAB– tcpA– ; ctxAB– tcpA+ ) and O139 (ctxAB– tcpA– ) isolated from various sources. Materials and methods. V. cholerae strains O1 and O139 serogroups were used in the work, from which OMV preparations were obtained. The structure of OMV preparations was studied by transmission electron microscopy (TEM). Genome-wide DNA sequencing was performed on the MiSeq platform. The nucleotide and corresponding amino acid sequences of the genes were studied using bioinformatics analysis. Protein profiling was conducted using MALDI-TOF mass spectrometry. Enzymatic activities were detected using appropriate media and substrates. Determination of (surface determinants) lipopolysaccharide (LPS) and outer membrane proteins in the composition of OMV was carried out by enzyme immunoassay (ELISA). The analysis of the spectrum of fatty acids was performed by gas-liquid chromatography mass spectrometry. Results and discussion. OMV preparations have been obtained from non-toxigenic strains of cholera vibrios. TEM has revealed that OMVs are represented by spherical structures of about 40–200 nm. Genome-wide sequencing has shown that fragments of chromosomes containing genes of V. cholerae strains, O1 and O139 serogroups, from which they were isolated are present in the OMV. The bioinformatic analysis revealed differences in the structure of the ompT gene in the initial strains and in OMV obtained from V. cholerae strains O1 and O139 serogroups. The ΔompT gene of the OMV preparation from V. cholerae O139 serogroup was trunked and formed a peptide of 17 amino acid residues (-LENHHQKNREPDKEFPY-). Analysis of the OMV composition has revealed the presence of enzymes (N-acetyl-β-D-glucosaminidase and DNAazes), proteins of outer membranes (ompT and OmpU), LPS, saturated, сis/trans isomers of unsaturated fatty acids and branched fatty acids. Differences in the composition of OMV obtained from non-toxigenic strains of V. cholerae O1 and O139 serogroups have been identified.

холерный вибрионкомпозиционный состав везикул (OMV)ЛПСОmpTОmpUcholerae vibriovesicle composition (OMV)LPSOmpTOmpUReferencesЛуста К.А. Бактериальные мембранные внеклеточные нановезикулы: строение, биогенез, функции, использование в биотехнологии и медицине (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2015; 51(5):443–52. DOI: 10.7868/S0555109915040091.Lusta K.A. [Bacterial outer membrane nanovesicles: structure, biogenesis, functions, use in biotechnology and medi- cine (review)]. Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobiologiya [Applied Biochemistry and Microbiology]. 2015; 51(5):443–52. DOI: 10.7868/ S0555109915040091.Jan A.Т. Outer membrane vesicles (OMVs) of gram-negative bacteria: a perspective update. Front. Microbiol. 2017; 8:1053. DOI: 10.3389/fmicb.2017.01053.Jan A.Т. Outer membrane vesicles (OMVs) of gram-negative bacteria: a perspective update. Front. Microbiol. 2017; 8:1053. DOI: 10.3389/fmicb.2017.01053.Луста К.А., Кондашевская М.В. Участие внеклеточных мембранных нановезикул бактерий в патологических процессах (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2019; 2:148–57. DOI: 10.24411/2075-4094-2019-16306.Lusta K.A., Kondashevskaya M.V. [Participation of ex- tracellular membrane nanovesicles of bacteria in pathological pro- cesses (literature review)]. Vestnik Novykh Meditsinskikh Tekhnologij [Bulletin of New Medical Technologies. Electronic Edition]. 2019; (2):148–57. DOI: 10.24411/2075-4094-2019-16306.Kuehn M.J., Kesty N.C. Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction. Genes Dev. 2005; 19(22):2645– 55. DOI: 10.1101/gad.1299905.Kuehn M.J., Kesty N.C. Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction. Genes Dev. 2005; 19(22):2645– 55. DOI: 10.1101/gad.1299905.Théry C., Zitvogel L., Amigorena S. Exosomes: composition, biogenesis and function. Nat. Rev. Immunol. 2002; 2(8):569–79. DOI: 10.1038/nri855.Théry C., Zitvogel L., Amigorena S. Exosomes: composi- tion, biogenesis and function. Nat. Rev. Immunol. 2002; 2(8):569–79. DOI: 10.1038/nri855.Pilzer D., Gasser O., Moskovich O., Schifferli J.A., Fishelson Z. Emission of membrane vesicles: roles in complement resistance, immunity and cancer. Springer Semin. Immunopathol. 2005; 27(3):375–87. DOI: 10.1007/s00281-005-0004-1.Pilzer D., Gasser O., Moskovich O., Schifferli J.A., Fishelson Z. Emission of membrane vesicles: roles in complement resistance, immunity and cancer. Springer Semin. Immunopathol. 2005; 27(3):375–87. DOI: 10.1007/s00281-005-0004-1.McBroom А.J., Kuehn M.J. Release of outer membrane vesicles by Gram-negative bacteria is a novel envelope stress response. Mol. Microbiol. 2007; 63(2):545–58. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2006.05522.x.McBroom А.J., Kuehn M.J. Release of outer membrane vesicles by Gram-negative bacteria is a novel envelope stress re- sponse. Mol. Microbiol. 2007; 63(2):545–58. DOI: 10.1111/j.1365- 2958.2006.05522.x.Duperthuy M., Sjöström A.E., Sabharwal D., Damghani F., Uhlin B.E., Wai S.N. Role of the Vibrio cholerae matrix protein Bap1 in cross-resistance to antimicrobial peptides. PLoS Pathog. 2013; 9(10):e1003620. DOI: 10.1371/journal.ppat.1003620.Duperthuy M., Sjöström A.E., Sabharwal D., Damghani F., Uhlin B.E., Wai S.N. Role of the Vibrio cholerae matrix protein Bap1 in cross-resistance to antimicrobial peptides. PLoS Pathog. 2013; 9(10):e1003620. DOI: 10.1371/journal.ppat.1003620.Kulp A., Kuehn M.J. Biological functions and biogenesis of secreted bacterial outer membrane vesicles. Annu. Rev. Microbiol. 2010; 64:163–84. DOI: 10.1146/annurev.micro.091208.073413.Kulp A., Kuehn M.J. Biological functions and biogenesis of secreted bacterial outer membrane vesicles. Annu. Rev. Microbiol. 2010; 64:163–84. DOI: 10.1146/annurev.micro.091208.073413.Ellen A.F., Albers S.V., Huibers W., Pitcher A., Hobel C.F.V., Schwarz H., Folea M., Schouten S., Boekema E.J., Poolman B., Driessen A.J.M. Proteomic analysis of secreted membrane vesicles of archaeal Sulfolobus species reveals the presence of endosome sorting complex components. Extremophiles. 2009; 13(1):67–79. DOI: 10.1007/s00792-008-0199-x.Ellen A.F., Albers S.V., Huibers W., Pitcher A., Hobel C.F.V., Schwarz H., Folea M., Schouten S., Boekema E.J., Poolman B., Driessen A.J.M. Proteomic analysis of secreted membrane vesi- cles of archaeal Sulfolobus species reveals the presence of endosome sorting complex components. Extremophiles. 2009; 13(1):67–79. DOI: 10.1007/s00792-008-0199-x.Elhenawy W., Debelyy M.O., Feldman M.F. Preferential packing of acidic glycosidases and proteases into Bacteroides outer membrane vesicles. mBio. 2014; 5(2):e00909-14. DOI: 10.1128/mBio.00909-14.Elhenawy W., Debelyy M.O., Feldman M.F. Preferential packing of acidic glycosidases and proteases into Bacteroides outer membrane vesicles. mBio. 2014; 5(2):e00909-14. DOI: 10.1128/mBio.00909-14.Deatherage B.L., Lara J.C., Bergsbaken T., Rassoulian Barrett S.L., Lara S., Cookson B.T. Biogenesis of bacterial membrane vesicles. Mol. Microbiol. 2009; 72(6):1395–407. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2009.06731.x.Deatherage B.L., Lara J.C., Bergsbaken T., Rassoulian Barrett S.L., Lara S., Cookson B.T. Biogenesis of bacterial mem- brane vesicles. Mol. Microbiol. 2009; 72(6):1395–407. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2009.06731.x.Renelli M., Matias V., Lo R.Y., Beveridge T.J. DNA-containing membrane vesicles of Pseudomonas aeruginosa PAO1 and their genetic transformation potential. Microbiology (Reading). 2004; 150(Pt. 7):2161–9. DOI: 10.1099/mic.0.26841-0.Renelli M., Matias V., Lo R.Y., Beveridge T.J. DNA- containing membrane vesicles of Pseudomonas aeruginosa PAO1 and their genetic transformation potential. Microbiology (Reading). 2004; 150(Pt. 7):2161–9. DOI: 10.1099/mic.0.26841-0.Langlete P., Krabberød A.K., Winther-Larsen H.C. Vesicles from Vibrio cholerae contain AT-rich DNA and shorter mRNAs that do not correlate with their protein products. Front. Microbiol. 2019; 10:2708. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02708.Langlete P., Krabberød A.K., Winther-Larsen H.C. Vesicles from Vibrio cholerae contain AT-rich DNA and shorter mRNAs that do not correlate with their protein products. Front. Microbiol. 2019; 10:2708. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02708.Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., Lesin V.M., Nikolenko S.I., Pham S., Prjibelski A.D., Pyshkin A.V., Sirotkin A.V., Vyahhi N., Tesler G., Alekseyev M.A., Pevzner P.A. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5):455–77. DOI: 10.1089/cmb.2012.0021.Bankevich A., Nurk S., Antipov D., Gurevich A.A., Dvorkin M., Kulikov A.S., Lesin V.M., Nikolenko S.I., Pham S., Prjibelski A.D., Pyshkin A.V., Sirotkin A.V., Vyahhi N., Tesler G., Alekseyev M.A., Pevzner P.A. SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing. J. Comput. Biol. 2012; 19(5):455–77. DOI: 10.1089/cmb.2012.0021.Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990; 215(3):403–10. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990; 215(3):403–10. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.Katoh K., Misawa K., Kuma K., Miyata T. MAFFT: a novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier transform. Nucleic Acids Res. 2002; 30(14):3059–66. DOI: 10.1093/nar/gkf436.Katoh K., Misawa K., Kuma K., Miyata T. MAFFT: a novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier transform. Nucleic Acids Res. 2002; 30(14):3059–66. DOI: 10.1093/nar/gkf436.Дуванова О.В., Шиманюк Н.Я., Мишанькин Б.Н. Способность расщеплять твин 20 как дифференциальный тест для вибрионов О139 серовара различного происхождения. Клиническая лабораторная диагностика. 2000; 5:48–9.Duvanova O.V., Shimanyuk N.Ya., Mishankin B.N. [The ability to split Twin 20 as a differential test for vibrios of O139 serovar of various origin]. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika [Clinical Laboratory Diagnostics]. 2000; (5):48–9.Дуванова О.В., Мишанькин Б.Н., Водопьянов С.О., Писанов Р.В. Способ дифференциации штаммов Vibrio cholerae О139 серогруппы по алкилсульфатазной активности. Патент РФ № 2473697, опубл. 27.01.2013. Бюл. № 3.Duvanova O.V., Mishan’kin B.N., Vodop’yanov S.O., Pisanov R.V. [Method for differentiation between Vibrio chole rae O139 strains by alkyl sulfatase activity]. Patent of the Russian Federation No. 2473697, publ. 01/27/2013. Bull. No. 3.O’Brien M., Colwell R.R. A rapid test for chitinase activi ty that uses 4-methylumbelliferryl-Nacetyl-β-D-glucosaminide. Appl. Environ. Microbiol. 1987; 53(7):1718–20. DOI: 10.1128/aem.53.7.1718-1720.1987.O’Brien M., Colwell R.R. A rapid test for chitinase acti vity that uses 4-methylumbelliferryl-Nacetyl-β-D-glucosaminide. Appl. Environ. Microbiol. 1987; 53(7):1718–20. DOI: 10.1128/ aem.53.7.1718-1720.1987.Евдокимова В.В., Алексеева Л.П., Кретенчук О.Ф., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Бурша О.С. Иммуноферментные методы анализа в диагностике холеры. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 61(5):303–7. DOI: 10.18821/0869-2084-2016-61-5-303-307.Evdokimova V.V., Alekseeva L.P., Kretenchuk O.F., Kruglikov V.D., Arkhangelskaya I.V., Bursha O.S. [Enzyme im- munoassay methods in the diagnosis of cholera]. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika [Clinical Laboratory Diagnostics]. 2016; 61(5):303–7. DOI: 10.18821/0869-2084-2016-61-5-303-307.Евдокимова В.В., Алексеева Л.П., Кретенчук О.Ф., Кругликов В.Д., Архангельская И.В., Бурша О.С. Моноклональные антитела к термоcтабильным поверхностным антигенам холерных вибрионов О1- и О139-серогруппы. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2015; 20(3):51–7.Evdokimova V.V., Alekseeva L.P., Kretenchuk O.F., Kruglikov V.D., Arkhangelskaya I.V., Bursha O.S. [Monoclonal antibodies to thermostable surface antigens of cholera vibrios O1-and O139-serogroups]. Epidemiologiya i Infektsionnye Bolezni [Epidemiology and Infectious Diseases]. 2015; 20(3):51–7.Шипко Е.С., Дуванова О.В. Влияние температурного стресса на спектр жирных кислот штаммов Vibrio cholerae. Вестник Пермского университета. Серия Биология. 2022; 2:143‒54. DOI: 10.17072/1994-9952-2022-2-143-154.Shipko E.S., Duvanova O.V. [Effect of temperature stress on the spectrum of fatty acids of Vibrio cholerae strains]. Vestnik Permskogo Universiteta. Seriya Biologiya [Bulletin of the Perm University. Biology Series]. 2022; (2):143‒54. DOI: 10.17072/1994- 9952-2022-2-143-154.Заднова С.П., Плеханов Н.А., Кульшань Т.А., Швиденко И.Г., Крицкий А.А. Система секреции шестого типа Vibrio cho lerae. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; 2:27–35. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-2-27-35.Zadnova S.P., Plekhanov N.A., Kul’shan’ T.A., Shvidenko I.G., Kritsky A.A. [Vibrio cholerae secretion system of the type VI]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2022; (2):27–35. DOI: 10.21055/0370-1069- 2022-2-27-35.Бородина О.В., Водопьянов С.О., Водопьянов А.С., Олейников И.П., Чемисова О.С., Полеева М.В. Изучение встречаемости гена холодового шока csh1 у штаммов Vibrio cho lerae, циркулирующих на территории Российской Федерации. Бактериология. 2021; 6(3):22–3.Borodina O.V., Vodop’yanov S.O., Vodop’yanov A.S., Oleinikov I.P., Chemisova O.S., Poleeva M.V. [Study of the occur- rence of the сsh1 cold shock gene in Vibrio cholerae strains circu- lating in the territory of the Russian Federation]. Bakteriologiya [Bacteriology]. 2021; 6(3):22–3.

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