Моделирование экспериментальной чумы в условиях лаборатории уровня биобезопасности 2.

Возбудитель чумы, Yersinia pestis, относится к I группе патогенности (опасности), что подразумевает работу с его штаммами «дикого типа» в УББ 3 (уровень биобезопасности) лаборатории. Y. pestis EV НИИЭГ является Δpgm штаммом, что позволяет проводить эксперименты в УББ 2 лаборатории. Однако возникновение и развитие заболевания, вызванное этим штаммом, не может полностью повторять наблюдаемое при использовании вирулентных аналогов. Остаточную вирулентность штамма Y. pestis EV НИИЭГ для мышей можно повысить при введении препаратов железа in vivo. Цель исследования состояла в оптимизации методических приемов моделирования экспериментальной чумы у лабораторных животных после введения аттенуированных Δpgm штаммов Y. pestis с использованием декстрана железа. Материалы и методы. Моделирование чумной инфекции у беспородных мышей проводили путем подкожного введения штамма Y. pestis EV НИИЭГ с добавлением декстрана железа. У животных ежедневно проводили оценку здоровья. В ходе эксперимента оценивали патологоанатомическую картину и обсемененность органов у мышей. Результаты и обсуждение. При подкожном введении штамма Y. pestis EV НИИЭГ в присутствии декстрана железа у мышей наблюдали бубонную форму чумы, приводящую к летальному исходу с патологическими изменениями внутренних органов, характерными для чумной инфекции. При ежедневном введении железа LD50 штамма Y. pestis EV НИИЭГ для мышей достоверно превышала таковую при однократном введении препарата. Различия в выживаемости животных в группах с однократным и многократным введением железа по сравнению с контрольными группами были достоверны. Таким образом, аттенуированные Δpgm штаммы Y. pestis в присутствии декстрана железа могут быть использованы в условиях лаборатории УББ 2 для воспроизведения экспериментальной чумы у мышей с выраженными патологоанатомическими изменениями и летальностью.

1. Gage K.L., Kosoy M.Y. Natural history of plague: perspectives from more than a century of research. Annu. Rev. Entomol. 2005; 50:505–28. DOI: 10.1146/annurev.ento.50.071803.130337.

2. Perry R.D., Fetherston J.D. Iron and heme uptake systems. In: Carniel E., Hinnebusch B.J., editors. Yersinia: Molecular and Cellular Biology. UK: Horizon Bioscience; 2004. P. 257–83.

3. Burrows T.W., Jackson S. The virulence-enhancing effect of iron on nonpigmented mutants of virulent strains of Pasteurella pestis. Br. J. Exp. Pathol. 1956; 37(6):577–83.

4. Сазанова Е.В., Малахаева А.Н., Малюкова Т.А., Бойко А.В., Булгакова Е.Г., Попов Ю.А. Моделирование чумной инфекции при заражении авирулентными штаммами Yersinia pestis. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 2:45–9. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-2-45-49.

5. Lee-Lewis H., Anderson D.M. Absence of inflammation and pneumonia during infection with nonpigmented Yersinia pestis reveals a new role for the pgm locus in pathogenesis. Infect. Immun. 2010; 78(1):220–30. DOI: 10.1128/IAI.00559-09.

6. Parent M.A., Wilhelm L.B., Kummer L.W., Szaba F.M., Mullarky I.K., Smiley S.T. Gamma interferon, tumor necrosis factor alpha, and nitric oxide synthase 2, key elements of cellular immunity, perform critical protective functions during humoral defense against lethal pulmonary Yersinia pestis infection. Infect. Immun. 2006; 74(6):3381–6. DOI: 10.1128/IAI.00185-06.

7. Denoël P., Godfroid F., Guiso N., Hallander H., Poolman J. Comparison of acellular pertussis vaccines-induced immunity against infection due to Bordetella pertussis variant isolates in a mouse model. Vaccine. 2005. 23(46-47):5333–41. DOI: 10.1016/j.vaccine.2005.06.021.

8. Wake A., Morita H., Yamamoto M. The effect of an iron drug on host response to experimental plague infection. Jpn. J. Med. Sci. Biol. 1972. 25(2):75–84. DOI: 10.7883/yoken1952.25.75.

9. Holbein B.E., Jericho K.W., Likes G.C. Neisseria meningitidis infection in mice: influence of iron, variations in virulence among strains, and pathology. Infect. Immun. 1979; 24(2):545–51. DOI: 10.1128/iai.24.2.545-551.1979.

10. Starks A.M., Schoeb T.R., Tamplin M.L., Parveen S., Doyle T.J., Bomeisl P.E., Escudero G.M., Gulig P.A. Pathogenesis of infection by clinical and environmental strains of Vibrio vulnificus in iron-dextran-treated mice. Infect. Immun. 2000; 68(10):5785–93. DOI: 10.1128/iai.68.10.5785-5793.2000.

11. Yi K., Stephens D.S., Stojiljkovic I. Development and evaluation of an improved mouse model of meningococcal colonization. Infect. Immun. 2003; 71:1849–55. DOI: 10.1128/iai.71.4.1849-1855.2003.

12. Galván E.M., Nair M.K., Chen H., Del P.F., Schifferli D.M. Biosafety level 2 model of pneumonic plague and protection studies with F1 and Psa. Infect. Immun. 2010; 78(8):3443–53. DOI: 10.1128/ IAI.00382-10.

13. Ашмарин И.П., Воробьев А.А. Статистические методы в микробиологических исследованиях. Ленинград: Медгиз [Ленингр. отд-ние]; 1962. 180 с.

14. Ivanov M.I., Noel B.L., Rampersaud R., Mena P., Benach J.L., Bliska J.B. Vaccination of mice with a Yop translocon complex elicits antibodies that are protective against infection with F1–Yersinia pestis. Infect. Immun. 2008; 76(11):5181–90. DOI: 10.1128/IAI.00189-08.

15. Mellado-Sanchez G., Ramirez K., Drachenberg C.B., Diaz-McNair J., Rodriguez A.L., Galen J.E., Nataro J.P., Pasetti M.F. Characterization of systemic and pneumonic murine models of plague infection using a conditionally virulent strain. Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis. 2013; 36(2):113–28. DOI: 10.1016/j.cimid.2012.10.005.

16. Rosenzweig J.A., Jejelowo O., Sha J., Erova T.E., Brackman S.M., Kirtley M.L., van Lier C.J., Chopra A.K. Progress on plague vaccine development. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011; 91(2):265–86. DOI: 10.1007/s00253-011-3380-6.

17. Bubeck S.S., Cantwell A.M., Dube P.H. Delayed inflammatory response to primary pneumonic plague occurs in both outbred and inbred mice. Infect. Immun. 2007; 75(2):697–705. DOI: 10.1128/IAI.00403-06.

18. Lathem W.W., Crosby S.D., Miller V.L., Goldman W.E. Progression of primary pneumonic plague: a mouse model of infection, pathology, and bacterial transcriptional activity. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2005; 102(49):17786–91. DOI: 10.1073/pnas.0506840102.

19. Agar S.L., Sha J., Foltz S.M.., Erova T.E., Walberg K.G., Parham T.E., Baze W.B., Suarez G., Peterson J.W., Chopra A.K. Characterization of a mouse model of plague after aerosolization of Yersinia pestis CO92. Microbiology (Reading). 2008; 154(Pt 7):1939–48. DOI: 10.1099/mic.0.2008/017335-0.

20. Fetherston J.D., Kirillina O., Bobrov A.G., Paulley J.T., Perry R.D. The yersiniabactin transport system is critical for the pathogenesis of bubonic and pneumonic plague. Infect. Immun. 2010; 78(5):2045–52. DOI: 10.1128/IAI.01236-09.

21. Hinnebusch J., Cherepanov P., Du Y., Rudolph A., Dixon J.D., Schwan T., Forsberg A. Murine toxin of Yersinia pestis shows phospholipase D activity but is not required for virulence in mice. Int. J. Med. Microbiol. 2000; 290(4-5):483–7. DOI: 10.1016/S1438-4221(00)80070-3.

22. Fan Y., Zhou Y., Feng N., Wang Q., Tian G., Wu X., Liu Z., Bi Y., Yang R., Wang X. Recombinant murine toxin from Yersinia pestis shows high toxicity and β-adrenergic blocking activity in mice. Microbes Infect. 2016; 18(5):329–35. DOI: 10.1016/j.micinf.2016.01.001.