microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2026-1-73-79microbe-2285Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESСравнительный анализ композиционного состава препаратов везикул Vibrio cholerae O1 El Tor и О139 серогруппComparative Analysis of the Composition of Vibrio cholerae O1 El Tor and O139 Vesicle Preparationshttps://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

plague@aaanet.ruhttps://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

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9996-4189ПодойницынаО. А.PodoinitsynaO. A.

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

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

plague@aaanet.ruhttps://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

plague@aaanet.ruhttps://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

plague@aaanet.ruhttps://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

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8086-376XПолееваМ. В.PoleevaM. V.

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

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

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7268-9298МелоянМ. Г.MeloyanM. G.

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

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

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4336-0439ВодопьяновС. О.Vodop’yanovS. O.

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

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

plague@aaanet.ruhttps://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

plague@aaanet.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0762-3628ГаевскаяН. Е.GaevskayaN. E.

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

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

plague@aaanet.ruРостовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институтРоссияRostov-on-Don Research Anti-Plague InstituteRussian Federation202630032026017379Copyright © Дуванова О.В., Шипко Е.С., Писанов Р.В., Подойницына О.А., Водопьянов А.С., Цырулина О.А., Евдокимова В.В., Полеева М.В., Мелоян М.Г., Водопьянов С.О., Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е., 20262026Дуванова О.В., Шипко Е.С., Писанов Р.В., Подойницына О.А., Водопьянов А.С., Цырулина О.А., Евдокимова В.В., Полеева М.В., Мелоян М.Г., Водопьянов С.О., Кругликов В.Д., Гаевская Н.Е.Duvanova O.V., Shipko E.S., Pisanov R.V., Podoinitsyna O.A., Vodop’yanov A.S., Tsyrulina O.A., Evdokimova V.V., Poleeva M.V., Meloyan M.G., Vodop’yanov S.O., Kruglikov V.D., Gaevskaya N.E.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/2285

Цель работы – сравнительное изучение композиционного состава препаратов мембранных везикул (outer membrane vesicles – OMV) токсигенного и атоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 El Tor и О139 серогрупп.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе использовали токсигенный и атоксигенные штаммы V. cholerae серогрупп О1 и О139, из которых были получены препараты OMV. Методом трансмиссионной электронной микроскопии изучали строение препаратов OMV. Полногеномное секвенирование ДНК проводили на платформе MiSeq и DNB-Seqg50. Компьютерный анализ полученных данных осуществляли с помощью программы SeqAnalayser версии 2.1. Для биоинформационного анализа использовали программы Exonerate версии 2.4.0 и SnapGene Viewer. Белковое профилирование проводили с помощью MALDI-TOF-масс-спектрометрии. Определение антигенных детерминант: холерного токсина и белков наружной мембраны (OmpT, OmpU) – методом иммуноферментного анализа. Ферментативные активности детектировали с использованием соответствующих сред и субстратов. Жирные кислоты детектировали методом газовой хромато-масс-спектрометрии.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Проведен сравнительный анализ композиционного состава препаратов OMV, полученных из токсигенного и атоксигенных штаммов V. cholerae серогрупп О1 и О139. Выявлено отличие/сходство в композиционном составе препаратов OMV. По данным полногеномного секвенирования и биоинформационного анализа установлено наличие в составе препаратов OMV, полученных из штаммов с разным генотипом, фрагментов хромосом, содержащих различный набор генов и мобильных генетических элементов. OMV V. cholerae серогрупп О1 и О139 способны участвовать в сортинге и докинге содержимого клетки, в везидукции, способствуя эволюционным преобразованиям генома. OMV могут являться дополнительным фактором патогенности/адаптации/персистенции/конкурентоспособности возбудителя холеры.

The aim of the work was to conduct a comparative study of the composition of preparations made of outer membrane vesicles (OMV) of toxigenic and atoxigenic strains of Vibrio cholerae O1 El Tor and O139 serogroups.

Materials and methods

Materials and methods. The work used toxigenic and atoxigenic strains of V. cholerae O1 and O139 serogroups, from which OMV preparations were obtained. The structure of OMV preparations was investigated applying transmission electron microscopy. Genome-wide DNA sequencing was performed using the MiSeq and DNB-Seq-g50 platforms. The computer analysis of the obtained data was carried out using the SeqAnalayser 2.1 software. To conduct bioinformatic analysis, the following programs were used: Exonerate version 2.4.0 and SnapGene Viewer. Protein profiling was performed using MALDI-TOF mass spectrometry. The identification of antigenic determinants: cholera toxin and outer membrane proteins (OmpT, OmpU) was carried out by enzyme immunoassay (ELISA). Enzymatic activity was detected using appropriate media and substrates. Fatty acids were indicated through gas chromatography-mass spectrometry.

Results and discussion

Results and discussion. A comparative analysis of the composition of OMV preparations obtained from toxigenic and atoxigenic V. cholerae O1 and O139 strains has been carried out. The difference/similarity in the composition of OMV preparations has been revealed. According to the data of genome-wide sequencing and bioinformatics analysis, fragments of chromosomes containing a different set of genes and mobile genetic elements were found in OMV preparations obtained from strains with different genotypes. V. cholerae O1 and O139 OMV are able to participate in sorting and docking of cell contents, in vesiculation, contributing to the evolutionary transformations of the genome. OMV may be an additional factor in the pathogenicity/adaptation/persistence/competitiveness of the cholera pathogen.

холерный вибрионвезикулы (OMV)композиционный составcholera vibriovesicles (OMV)compositionАвторы заявляют об отсутствии дополнительного финансирования при проведении данного исследованияThe authors declare no additional financial support for this studyReferencesЛуста 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: 10.24411/2075-4094-16306.Lusta K.A. [Bacterial membrane extracellular nanovesicles: structure, biogenesis, functions, use in biotechnology and medicine (review)]. Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobiologiya [Applied Biochemistry and Microbiology]. 2015; 51(5):443–52. DOI: 10.24411/2075-4094-16306.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 extracellular membrane nanovesicles of bacteria in pathological processes (literature review)]. Vestnik Novykh Meditsinskikh Tekhnologij. Elektronnoe Izdanie [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.Zingl F.G., Kohl P., Cakar F., Leitner D.R., Mitterer F., Bonnington K.E., Rechberger G.N., Kuehn M.J., Guan Z., Reidl J., Schild S. Outer membrane vesiculation facilitates surface exchange and in vivo adaptation of Vibrio cholerae. Cell Host Microbe. 2020; 27(2):225–37.e8. DOI: 10.1016/j.chom.2019.12.002.Zingl F.G., Kohl P., Cakar F., Leitner D.R., Mitterer F., Bonnington K.E., Rechberger G.N., Kuehn M.J., Guan Z., Reidl J., Schild S. Outer membrane vesiculation facilitates surface exchange and in vivo adaptation of Vibrio cholerae. Cell Host Microbe. 2020; 27(2):225–37.e8. DOI: 10.1016/j.chom.2019.12.002.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 endosomesorting 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 vesicles of archaeal Sulfolobus species reveals the presence of endosomesorting 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.Шендеров Б.А., Синица А.В., Захарченко М.М., Ткаченко Е.И. Внеклеточные везикулы (экзосомы) и их роль в биологии бактерий и реализации их патогенного потенциала. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2020; 179(7):118–30. DOI: 10.31146/1682-8658-ecg-179-7-118-130.Shenderov B.A., Sinitsa A.V., Zakharchenko M.M., Tkachenko E.I. [Extracellular vesicles (exosomes) and their role in bacterial biology and realization of their pathogenic potential]. Eksperimental’naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya [Experimental and Clinical Gastroenterology]. 2020; 179(7):118–30. DOI: 10.31146/1682-8658-ecg-179-7-118-130.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. DNAcontaining 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.Soler N., Forterre P. Vesiduction: the fourth way of HGT. Environ. Microbiol. 2020; 22(7):2457–60. DOI: 10.1111/1462-2920.15056.Soler N., Forterre P. Vesiduction: the fourth way of HGT. Environ. Microbiol. 2020; 22(7):2457–60. DOI: 10.1111/1462-2920.15056.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.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. Композиционный состав везикул атоксигенных штаммов Vibrio cholerae O1 El Tor и O139 серогрупп. Проблемы особо опасных инфекций. 2024; (4):70–7. DOI: 10.21055/03701069-2024-4-70-77.Duvanova O.V., Shipko E.S., Pisanov R.V., Cyrulina O.A., Chemisova O.S., Evdokimova V.V., Vodop’yanov A.S., Kruglikov V.D., Ivanova I.A., Omel’chenko N.D., Filippenko A.V., Noskov A.K. [The composite composition of vesicles of atoxigenic strains of Vibrio cholerae O1 El Tor and O139 serogroups]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2024; (4):70–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2024-4-70-77.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.Slater G.S., Birney E. Automated generation of heuristics for biological sequence comparison. BMC Bioinformatics. 2005; 6:31. DOI: 10.1186/1471-2105-6-31.Slater G.S., Birney E. Automated generation of heuristics for biological sequence comparison. BMC Bioinformatics. 2005; 6:31. DOI: 10.1186/1471-2105-6-31.Feldgarden M., Brover V., Haft D.H., Prasad A.B., Slotta D.J., Tolstoy I., Tyson G.H., Zhao S., Hsu C.H., McDermott P.F., Tadesse D.A., Morales C., Simmons M., Tillman G., Wasilenko J., Folster J.P., Klimke W. Validating the AMRFinder tool and resistance gene database by using antimicrobial resistance genotype-phenotype correlations in a collection of isolates. Antimicrob. Agents Chemother. 2019; 63(11):e00483-19. DOI: 10.1128/AAC.00483-19.Feldgarden M., Brover V., Haft D.H., Prasad A.B., Slotta D.J., Tolstoy I., Tyson G.H., Zhao S., Hsu C.H., McDermott P.F., Tadesse D.A., Morales C., Simmons M., Tillman G., Wasilenko J., Folster J.P., Klimke W. Validating the AMRFinder tool and resistance gene database by using antimicrobial resistance genotype-phenotype correlations in a collection of isolates. Antimicrob. Agents Chemother. 2019; 63(11):e00483-19. DOI: 10.1128/AAC.00483-19.Zingl F.G., Thapa H.B., Scharf M., Kohl P., Müller A.M., Schild S. Outer membrane vesicles of Vibrio cholerae protect and deliver active cholera toxin to host cells via porin-dependent uptake. mBio. 2021; 12(3):e0053421. DOI: 10.1128/mBio.00534-21.Zingl F.G., Thapa H.B., Scharf M., Kohl P., Müller A.M., Schild S. Outer membrane vesicles of Vibrio cholerae protect and deliver active cholera toxin to host cells via porin-dependent uptake. mBio. 2021; 12(3):e0053421. DOI: 10.1128/mBio.00534-21.Смирнова Н.И., Челдышова Н.Б., Горяев А.А., Лозовский Ю.В., Кутырев В.В. Эволюция генома Vibrio cholerae: пути формирования атипичных штаммов. Проблемы особо опасных инфекций. 2008; (3):5–11.Smirnova N.I., Cheldyshova N.B., Goryaev A.A., Lozovskij Yu.V., Kutyrev V.V. [Evolution of the Vibrio cholerae genome: ways of forming atypical strains]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2008; (3):5–11.Naha A., Mandal R.S., Samanta P., Saha R.N., Shaw S., Ghosh A., Chatterjee N.S., Dutta P., Okamoto K., Dutta S., Mukhopadhyay A.K. Deciphering the possible role of ctxB7 allele on higher production of cholera toxin by Haitian variant Vibrio cholerae O1. PLoS Negl. Trop. Dis. 2020; 14(4):e0008128. DOI: 10.1371/journal.pntd.0008128.Naha A., Mandal R.S., Samanta P., Saha R.N., Shaw S., Ghosh A., Chatterjee N.S., Dutta P., Okamoto K., Dutta S., Mukhopadhyay A.K. Deciphering the possible role of ctxB7 allele on higher production of cholera toxin by Haitian variant Vibrio cholerae O1. PLoS Negl. Trop. Dis. 2020; 14(4):e0008128. DOI: 10.1371/journal.pntd.0008128.Смирнова Н.И., Рыбальченко Д.А., Плеханов Н.А., Лозовский Ю.В., Федоров А.В., Кутырев В.В. Новые генетические варианты возбудителя холеры и их распространение в эндемичных странах и России. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2023; 41(1):10–7. DOI: 10.17116/molgen20234101110.Smirnova N.I., Rybal’chenko D.A., Plekhanov N.A., Lozovskij Yu.V., Fedorov A.V., Kutyrev V.V. [New genetic variants of the cholera pathogen and their spread in endemic countries and Russia]. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya [Molecular Genetics, Microbiology and Virology]. 2023; 41(1):10–7. DOI: 10.17116/molgen20234101110.Miele S., Provan J.I., Vergne J., Possoz C., Ochsenbein F., Barre F.-X. The Xer activation factor of TLCФ expands the possibilities for Xer recombination. Nucleic Acids Res. 2022; 50(11):6368–83. DOI: 10.1093/nar/gkac429.Miele S., Provan J.I., Vergne J., Possoz C., Ochsenbein F., Barre F.-X. The Xer activation factor of TLCФ expands the possibilities for Xer recombination. Nucleic Acids Res. 2022; 50(11):6368–83. DOI: 10.1093/nar/gkac429.Burrus V., Quezada-Calvillo R., Marrero J., Waldor M.K. SXT-related integrating conjugative element in New World Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 2006; 72(4):3054–7. DOI: 10.1128/AEM.72.4.3054-3057.2006.Burrus V., Quezada-Calvillo R., Marrero J., Waldor M.K. SXT-related integrating conjugative element in New World Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 2006; 72(4):3054–7. DOI: 10.1128/AEM.72.4.3054-3057.2006.Филиппенко А.В., Омельченко Н.Д., Дуванова О.В., Шипко Е.С., Труфанова А.А., Иванова И.А., Евдокимова В.В. Профилактическая эффективность препаратов везикул наружных мембран атоксигенных штаммов Vibrio cholerae О1 серогруппы. Медицинский вестник Юга России. 2023; 14(3):66–72. DOI: 10.21886/2219-8075-2023-14-3-66-72.Filippenko A.V., Omel’chenko N.D., Duvanova O.V., Shipko E.S., Trufanova A.A., Ivanova I.A., Evdokimova V.V. [Preventive efficacy of preparations of vesicles of the external membranes of atoxigenic strains of Vibrio cholerae O1 serogroup]. Meditsinskij Vestnik Yuga Rossii [Medical Bulletin of the South of Russia]. 2023; 14(3):66–72. DOI: 10.21886/2219-8075-2023-14-3-66-72.

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