microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2017-2-54-57microbe-392Research ArticleМИКРОБИОЛОГИЯMICROBIOLOGYВЛИЯНИЕ ДЕЛЕЦИИ ПРОФАГА CTXΦ НА ИЗМЕНЕНИЕ ФЕНОТИПИЧЕСКИХ СВОЙСТВ VIBRIO CHOLERAE БИОВАРА ЭЛЬ ТОР, СВЯЗАННЫХ С ВИРУЛЕНТНОСТЬЮ И ПЕРСИСТЕНТНОСТЬЮEFFECT OF THE PROPHAGE CTXΦ DELETION UPON PHENOTYPIC PROPERTIES IN STRAINS OF VIBRIO CHOLERAE BIOVAR EL TOR, ASSOCIATED WITH VIRULENCE AND PERSISTENCEЩелкановаЕ. Ю.ShchelkanovaE. Yu.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruАгафоноваЕ. Ю.AgafonovaE. Yu.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruЛивановаЛ. Ф.LivanovaL. F.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruАгафоновД. А.AgafonovD. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruЛозовскийЮ. В.LozovskyYu. V.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruСмирноваН. И.SmirnovaN. I.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruРоссийский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation201720062017025457Copyright © Щелканова Е.Ю., Агафонова Е.Ю., Ливанова Л.Ф., Агафонов Д.А., Лозовский Ю.В., Смирнова Н.И., 20172017Щелканова Е.Ю., Агафонова Е.Ю., Ливанова Л.Ф., Агафонов Д.А., Лозовский Ю.В., Смирнова Н.И.Shchelkanova E.Y., Agafonova E.Y., Livanova L.F., Agafonov D.A., Lozovsky Y.V., Smirnova N.I.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/392

Цель работы. Изучить влияние делеции профага CTXφ, несущего гены ctxAB, на изменение фенотипических свойств, связанных с патогенностью или формированием биопленки, у нетоксигенных мутантов. Материалы и методы. В работе использовали клинические штаммы Vibrio cholerae биовара Эль Тор и их спонтанные нетоксигенные мутанты, утратившие профаг CTXφ. Применены микробиологические и биохимические методы, а также заражение модельных животных (крольчат) клетками исследуемых штаммов. Результаты и выводы. Представлены результаты сравнительного анализа фенотипических свойств изогенных токсигенных и нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль Тор, утративших профаг CTXφ, кодирующий холерный токсин. Установлено, что делеция профага CTXφ приводит к одновременному изменению у спонтанных нетоксигенных мутантов нескольких фенотипических свойств, связанных с вирулентностью (колонизирующей способности, продукции растворимой гемагглютинин/протеазы, термолабильного гемолизина/цитолизина) и формированием биопленки (подвижности, биосинтеза экзополисахарида). Высказано предположение, что причиной указанных фенотипических изменений мутантов могли быть изменения активности связанных между собой регуляторных генов, контролирующих вирулентность и процесс образования биопленки у возбудителя холеры.

Objective of the study is to evaluate the influence of CTXφ prophage deletion, which carries ctxAB genes, on phenotypical properties associated with pathogenicity or biofilm formation in non-toxigenic mutants. Materials and methods. Utilized have been the clinical strains of Vibrio cholerae biovar El Tor and their spontaneous non-toxigenic mutants that lost CTXφ prophage. Applied have been microbiological and biochemical methods, inoculation of model animals with cells of the strains under study. Results and conclusions. The results of comparative analysis of phenotypic properties in isogenic toxigenic and non-toxigenic strains of Vibrio cholerae biovar El Tor, which lost CTXφ prophage encoding the cholera toxin, are represented. It is established that the deletion of CTXφ prophage leads to the simultaneous change of several phenotypic properties associated with virulence (colonizing ability, production of soluble hemagglutinin/protease and heat labile hemolysin/cytolysin) and biofilm formation (motility, exopolysaccharide biosynthesis) in spontaneous non-toxigenic mutants. It is suggested that the reason for these phenotypic changes in the mutants might be the changes in activity of the related to each other regulatory genes controlling virulence and biofilm formation process in cholera agent.

Vibrio choleraeпрофаг CTXφделецияфенотипические свойстваVibrio choleraeCTXφ prophagedeletionphenotypic propertiesReferencesОнищенко Г.Г., Ломов Ю.М., Москвитина Э.А., Фёдоров Ю.М., Подосинникова Л.С., Горобец А.В. Холера в начале ХХI века. Журн. микробиол., эпидемиол. и иммунобиол. 2005; 3:44–8.Onishchenko G.G., Lomov Yu.M., Moskvitina E.A., Fedorov Yu.M., Podosinnikova L.S., Gorobets A.V. [Cholera at the beginning of the XXI century]. Zh. Microbiol. Epidemiol. Immunobiol. 2005; 3:44–8.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. Мол. генет., микробиол. и вирусол. 2011; 3:11–8.Smirnova N.I., Zadnova S.P., Shashkova A.V., Kutyrev V.V. [Variability of the genome of the altered Vibrio cholerae variants biovar El Tor, isolated in the territory of Russia in the modern period]. Mol. Genet. Mikrobiol. Virusol. 2011; 3:11–8.Смирнова Н.И., Кульшань Т.А., Баранихина Е.Ю., Краснов Я.М., Агафонов Д.А., Кутырев В.В. Структура генома и происхождение нетоксигенных штаммов Vibrio cholerae биовара Эль Тор с различной эпидемиологической значимостью. Генетика. 2016; 52(9):1029–41. DOI: 10.7868/S0016675816060126.Smirnova N.I., Kul’shan’ T.A., Baranikhina E.Yu., Krasnov Ya.M., Agafonov D.A., Kutyrev V.V. [Genome structure and origin of non-toxigenic strains of Vibrio cholerae biovar El Tor of different epidemiological significance]. Genetika. 2016; 52(9):1029–41. DOI: 10.7868/S0016675816060126.Almagro-Moreno S., Pruss K., Taylor R.K. Intestinal colonization dynamics of Vibrio cholerae. PLoS Pathog. 2015; 11(5):e1004787. DOI: 10.1371/journal.ppat.1004787.Almagro-Moreno S., Pruss K., Taylor R.K. Intestinal colonization dynamics of Vibrio cholerae. PLoS Pathog. 2015; 11(5):e1004787. DOI: 10.1371/journal.ppat.1004787.Finkelstein R.A., Boesman-Finkelstein M., Chang Y., Häse C.C. Vibrio cholerae hemagglutinin/protease, colonial variation, virulence, and detachment. Infect. Immun. 1992; 60(2):472–8.Finkelstein R.A., Boesman-Finkelstein M., Chang Y., Häse C.C. Vibrio cholerae hemagglutinin/protease, colonial variation, virulence, and detachment. Infect. Immun. 1992; 60(2):472–8.Hitchсock P.J., Brown T.M. Morphological heterogeneity among Salmonella lipopolysaccharide chemotypes in silver-stained polyacrylamide gels. J. Bacteriol. 1983; 154(1):269–77.Hitchсock P.J., Brown T.M. Morphological heterogeneity among Salmonella lipopolysaccharide chemotypes in silver-stained polyacrylamide gels. J. Bacteriol. 1983; 154(1):269–77.Kaper J.B., Morris J.G., Levin M.M. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 1995; 8:48–89.Kaper J.B., Morris J.G., Levin M.M. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 1995; 8:48–89.Krukonis E.S., DiRita V.J. From motility to virulence: sensing and responding to environmental signals in Vibrio cholerae. Curr. Opin. Microbiol. 2003; 6:186–90. DOI: 10.1016/S1369-5274(03)00032-8.Krukonis E.S., DiRita V.J. From motility to virulence: sensing and responding to environmental signals in Vibrio cholerae. Curr. Opin. Microbiol. 2003; 6:186–90. DOI: 10.1016/S1369-5274(03)00032-8.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259):680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259):680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Nair G.B., Qadri F., Holmgren J., Svennerholm A.M., Safa A., Bhuiyan N.A., Ahmad Q.S., Farugue A.S., Takeda Y., Sack D.A. Cholera due to altered El Tor strains of Vibrio cholerae О1 in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2006; 44:4211–3. DOI: 10.1128/JCM.01304-06.Nair G.B., Qadri F., Holmgren J., Svennerholm A.M., Safa A., Bhuiyan N.A., Ahmad Q.S., Farugue A.S., Takeda Y., Sack D.A. Cholera due to altered El Tor strains of Vibrio cholerae О1 in Bangladesh. J. Clin. Microbiol. 2006; 44:4211–3. DOI: 10.1128/JCM.01304-06.Nesper J., Lauriano C.M., Klose K.E., Kapfhammer D., Kraiß A., Reidl J. Characterization of Vibrio cholerae O1 El Tor galU and galE mutants: influence on lipopolysaccharide structure, colonization, and biofilm formation. Infect. Immun. 2001; 69(1):435–45. DOI: 10.1128/IAI.69.1.435-445.2001.Nesper J., Lauriano C.M., Klose K.E., Kapfhammer D., Kraiß A., Reidl J. Characterization of Vibrio cholerae O1 El Tor galU and galE mutants: influence on lipopolysaccharide structure, colonization, and biofilm formation. Infect. Immun. 2001; 69(1):435–45. DOI: 10.1128/IAI.69.1.435-445.2001.Pierce N.F., Cray W.C., Kaper J.B., Mekalanos J.J. Determinants of immunogenicity and mechanisms of protection by virulent and mutant Vibrio cholerae O1 in rabbits. Infect. Immun. 1988; 56(1):142–8.Pierce N.F., Cray W.C., Kaper J.B., Mekalanos J.J. Determinants of immunogenicity and mechanisms of protection by virulent and mutant Vibrio cholerae O1 in rabbits. Infect. Immun. 1988; 56(1):142–8.Saka H.A., Bidinost C., Sola C., Carranza P., Collino C., Ortiz S., Echenique J.R., Bocco J.L. Vibrio cholerae cytolysin is essential for high enterotoxicity and apoptosis induction produced by a cholera toxin gene-negative V. cholerae non-O1, non-O139 strain. Microb. Pathog. 2008; 44:118–28. DOI: 10.1016/j.micpath.2007.08.013.Saka H.A., Bidinost C., Sola C., Carranza P., Collino C., Ortiz S., Echenique J.R., Bocco J.L. Vibrio cholerae cytolysin is essential for high enterotoxicity and apoptosis induction produced by a cholera toxin gene-negative V. cholerae non-O1, non-O139 strain. Microb. Pathog. 2008; 44:118–28. DOI: 10.1016/j.micpath.2007.08.013.Satchella K.J.F., Jonesb C.J., Wonga J., Queena J., Agarwal S., Yildiz F.H. Phenotypic analysis reveals that the 2010 Haiti cholera epidemic is linked to a hypervirulent strain. Infect. Immun. 2016; 84(9):2473–81. DOI: 10.1128/IAI.00189-16.Satchella K.J.F., Jonesb C.J., Wonga J., Queena J., Agarwal S., Yildiz F.H. Phenotypic analysis reveals that the 2010 Haiti cholera epidemic is linked to a hypervirulent strain. Infect. Immun. 2016; 84(9):2473–81. DOI: 10.1128/IAI.00189-16.Singh D.V., Matte M.H., Matte G.R., Jiang S., Sabeena F., Shukla B.N., Sanyal S.C., Huq A., Colwell R.R. Molecular analyses of Vibrio cholerae O1, O139, non-O1 and non-O139 strains: clonal relationships between clinical and environmental isolates. Appl. Environ. Microbiol. 2001; 67(2):910–21. DOI: 10.1128/AEM.67.2.910–921.2001.Singh D.V., Matte M.H., Matte G.R., Jiang S., Sabeena F., Shukla B.N., Sanyal S.C., Huq A., Colwell R.R. Molecular analyses of Vibrio cholerae O1, O139, non-O1 and non-O139 strains: clonal relationships between clinical and environmental isolates. Appl. Environ. Microbiol. 2001; 67(2):910–21. DOI: 10.1128/AEM.67.2.910–921.2001.Teschler J.K., Zamorano-Sánchez D., Utada A.S., Warner C.J.A., Wong G.C.L., Linington R.G., Yildiz F.H. Living in the matrix: assembly and control of Vibrio cholerae biofilms. Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13(5):255–68. DOI: 10.1038/nrmicro3433.Teschler J.K., Zamorano-Sánchez D., Utada A.S., Warner C.J.A., Wong G.C.L., Linington R.G., Yildiz F.H. Living in the matrix: assembly and control of Vibrio cholerae biofilms. Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13(5):255–68. DOI: 10.1038/nrmicro3433.

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