Сравнительная жизнеспособность Francisella tularensis subsp. mediasiatica и subsp. holarctica в условиях in vivo и in vitro

Цель работы – сравнение способности к выживанию вирулентных штаммов эндемичных для России голарктического и среднеазиатского подвидов туляремийного микроба в водной среде и в условиях организма животного. Материалы и методы. Использовали 11 вирулентных штаммов различных подвидов из Государственной коллекции «ГКПМ-Оболенск». Для оценки выживаемости бактериальные клетки исследуемых штаммов в концентрации 5·10⁶ КОЕ/мл инкубировали в течение 5 недель в автоклавированной водопроводной воде. Жизнеспособность бактериальных клеток Francisella tularensis определяли непосредственно перед экспериментом и далее еженедельно методом высева на плотную питательную среду. Для сравнения штаммов подвидов holarctica и mediasiatica по выживаемости in vivo смесь штаммов трижды пассировалась через мышей с подсчетом соотношения колоний каждого штамма в селезенке при каждом пассаже. Дифференциацию колоний проводили, оценивая длину VNTR-локуса Ft-M20 методом ПЦР с последующим гель-электрофорезом. Результаты и обсуждение. Подвид mediasiatica показал достоверно меньшую способность к выживанию в воде по сравнению с подвидом holarctica. В то же время анализ результатов высевов после сочетанного заражения мышей штаммами голарктического и среднеазиатского подвидов свидетельствует, что подвид mediasiatica размножается в организме хозяина более эффективно, чем подвид holarctica.

1. Keim P., Johansson A., Wagner D.M. Molecular epidemiology, evolution, and ecology of Francisella. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007; 1105:30–66. DOI: 10.1196/annals.1409.011.

2. Kingry L.C., Petersen J.M. Comparative review of Francisella tularensis and Francisella novicida. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2014; 4:35. DOI: 10.3389/fcimb.2014.00035.

3. Siddaramappa S., Challacombe J.F., Petersen J.M., Pillai S., Hogg G., Kuske C.R. Common ancestry and novel genetic traits of Francisella novicida-like isolates from North America and Australia as revealed by comparative genomic analyses. Appl. Environ. Microbiol. 2011; 77(15):5110–22. DOI: 10.1128/AEM.00337-11.

4. Jan H.E., Tsai C.S., Lee N.Y., Tsai P.F., Wang L.R., Chen P.L., Ko W.C. The first case of Francisella novicida infection in Taiwan: bacteraemic pneumonia in a haemodialysis adult. Emerg. Microbes Infect. 2022; 11(1):310–3. DOI: 10.1080/22221751.2022.2026199.

5. Chaudhuri R.R., Ren C.P., Desmond L., Vincent G.A., Silman N.J., Brehm J.K., Elmore M.J., Hudson M.J., Forsman M., Isherwood K.E., Gurycová D., Minton N.P., Titball R.W., Pallen M.J., Vipond R. Genome sequencing shows that European isolates of Francisella tularensis subspecies tularensis are almost identical to US laboratory strain Schu S4. PLoS One. 2007; 2(4):e352. DOI: 10.1371/journal.pone.0000352.

6. Eden J.S., Rose K., Ng J., Shi M., Wang Q., Sintchenko V., Holmes E.C. Francisella tularensis ssp. holarctica in Ringtail Possums, Australia. Emerg. Infect. Dis. 2017; 23(7):1198–201. DOI: 10.3201/eid2307.161863.

7. Timofeev V., Bakhteeva I., Mokrievich A., Vakhrameeva G., Gritskova E., Anisimov Y., Rozhdestvensky E., Bazarova G., Zhumakaev R., Dyatlov I., Vergnaud G. The first finding of Francisella tularensis subsp. mediasiatica in Krasnoyarsk Territory, Siberia, and an update of the subspecies genetic diversity. Bacteria. 2022; 1(4):242–9. DOI: 10.3390/bacteria1040018.

8. Timofeev V., Bakhteeva I., Titareva G., Kopylov P., Christiany D., Mokrievich A., Dyatlov I., Vergnaud G. Russian isolates enlarge the known geographic diversity of Francisella tularensis subsp. mediasiatica. PLoS One. 2017; 12(9):e0183714. DOI: 10.1371/journal.pone.0183714.

9. Зарва И.Д., Борзенко М.А., Холин А.В., Куликалова Е.С., Мазепа А.В., Сынгеева А.К., Наумова К.В., Рождественский Е.Н., Базарова Г.Х., Санаров П.П., Полковников Е.С., Иваницкая Ю.Н., Сбитнева С.В., Красильникова Н.Ю., Пащенко И.Г. Проблемы трансграничного распространения эпизоотий туляремии в Алтайском регионе. В кн.: Материалы Международного Симпозиума «Единое здоровье – взгляд в будущее». 27 октября 2022 г., г. Алматы. С. 19–22. [Электронный ресурс]. URL: https://nscedi.kz/wp-content/uploads/2022/11/07.11.2022-Sborniksimpozium.pdf.

10. Куликалова Е.С., Мазепа А.В., Холин А.В., Сынгеева А.К., Полковников Е.С., Шестаков В.А., Шефер В.В., Фомина Л.А., Мищенко А.И., Балахонов С.В. Современные эпидемиологоэпизоотологические особенности природных очагов туляремии на Алтае. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2019; 18(4):25–33. DOI: 10.31631/2073-3046-2019-18-4-25-33.

11. Hennebique A., Boisset S., Maurin M. Tularemia as a waterborne disease: a review. Emerg. Microbes Infect. 2019; 8(1):1027–42. DOI: 10.1080/22221751.2019.1638734.

12. Schaudinn C., Rydzewski K., Meister B., Grunow R., Heuner K. Francisella tularensis subsp. holarctica wild-type is able to colonize natural aquatic ex vivo biofilms. Front. Microbiol. 2023; 14:1113412. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1113412.

13. Brunet C.D., Hennebique A., Peyroux J., Pelloux I., Caspar Y., Maurin M. Presence of Francisella tularensis subsp. holarctica DNA in the aquatic environment in France. Microorganisms. 2021; 9(7):1398. DOI: 10.3390/microorganisms9071398.

14. Telford S.R. 3rd, Goethert H.K. Toward an understanding of the perpetuation of the agent of tularemia. Front. Microbiol. 2011; 1:150. DOI: 10.3389/fmicb.2010.00150.

15. Broman T., Thelaus J., Andersson A.C., Bäckman S., Wikström P., Larsson E., Granberg M., Karlsson L., Bäck E., Eliasson H., Mattsson R., Sjöstedt A., Forsman M. Molecular detection of persistent Francisella tularensis subspecies holarctica in natural waters. Int. J. Microbiol. 2011; 2011:851946. DOI: 10.1155/2011/851946.

16. Buse H.Y., Schaefer F.W. III, Rice E.W. Enhanced survival but not amplification of Francisella spp. in the presence of freeliving amoebae. Acta Microbiol. Immunol. Hung. 2017; 64(1):17–36. DOI: 10.1556/030.63.2016.015.

17. Zellner B., Huntley J.F. Ticks and tularemia: do we know what we don’t know? Front. Cell. Infect. Microbiol. 2019; 9:146. DOI: 10.3389/fcimb.2019.00146.

18. van Hoek M.L. Biofilms: an advancement in our understanding of Francisella species. Virulence. 2013; 4(8):833–46. DOI: 10.4161/viru.27023.

19. Champion A.E., Catanzaro K.C.F., Bandara A.B., Inzana T.J. Formation of the Francisella tularensis biofilm is affected by cell surface glycosylation, growth medium, and a glucan exopolysaccharide. Sci. Rep. 2019; 9(1):12252. DOI: 10.1038/s41598-019-48697-x.

20. Siebert C., Villers C., Pavlou G., Touquet B., Yakandawala N., Tardieux I., Renesto P. Francisella novicida and F. philomiragia biofilm features conditionning fitness in spring water and in presence of antibiotics. PLoS One. 2020; 15(2):e0228591. DOI: 10.1371/ journal.pone.0228591.

21. Golovliov I., Bäckman S., Granberg M., Salomonsson E., Lundmark E., Näslund J., Busch J.D., Birdsell D., Sahl J.W., Wagner D.M., Johansson A., Forsman M., Thelaus J. Long-term survival of virulent tularemia pathogens outside a host in conditions that mimic natural aquatic environments. Appl. Environ. Microbiol. 2021; 87(6):e02713-20. DOI: 10.1128/AEM.02713-20.

22. Berrada Z.L., Telford S.R. Survival of Francisella tularensis type A in brackish-water. Arch. Microbiol. 2011; 193(3):223–6. DOI: 10.1007/s00203-010-0655-8.

23. Johansson A., Farlow J., Larsson P., Dukerich M., Chambers E., Byström M., Fox J., Chu M., Forsman M., Sjöstedt A., Keim P. Worldwide genetic relationships among Francisella tularensis isolates determined by multiple-locus variable-number tandem repeat analysis. J. Bacteriol. 2004; 186(17):5808–18. DOI: 10.1128/JB.186.17.5808-5818.2004.

24. Timofeev V., Titareva G., Bahtejeva I., Kombarova T., Kravchenko T., Mokrievich A., Dyatlov I. The comparative virulence of Francisella tularensis subsp. mediasiatica for vaccinated laboratory animals. Microorganisms. 2020; 8(9):1403. DOI: 10.3390/ microorganisms8091403.

25. Colquhoun D.J., Duodu S. Francisella infections in farmed and wild aquatic organisms. Vet. Res. 2011; 42(1):47. DOI: 10.1186/1297-9716-42-47.

26. Meyer G.R., Lowe G.J., Gilmore S.R., Bower S.M. Disease and mortality among Yesso scallops Patinopecten yessoensis putatively caused by infection with Francisella halioticida. Dis. Aquat. Organ. 2017; 125(1):79–84. DOI: 10.3354/dao03130.

27. Soto E., Griffin M.J., Morales J.A., Calvo E.B., de Alexandre Sebastião F., Porras A.L., Víquez-Rodríguez X., Reichley S.R, Rosser T.G., Ware C., Byrne B.A., García J.C., LaFrentz B.R., Camus A.C. Francisella marina sp. nov., etiologic agent of systemic disease in cultured spotted rose snapper (Lutjanus guttatus) in Central America. Appl. Environ. Microbiol. 2018; 84(16):e0014418. DOI: 10.1128/AEM.00144-18.

28. Respicio-Kingry L.B., Byrd L., Allison A., Brett M., Scott-Waldron C., Galliher K., Hannah P., Mead P., Petersen J.M. Cutaneous infection caused by a novel Francisella sp. J. Clin. Microbiol. 2013; 51(10):3456–60. DOI: 10.1128/JCM.01105-13.

29. Whitten T., Bjork J., Neitzel D., Smith K., Sullivan M., Scheftel J. Notes from the field: Francisella tularensis type B infection from a fish hook injury – Minnesota, 2016. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2017; 66(7):194. DOI: 10.15585/mmwr.mm6607a3.

30. Feldman K.A., Enscore R.E., Lathrop S.L., Matyas B.T., McGuill M., Schriefer M.E., Stiles-Enos D., Dennis D.T., Petersen L.R., Hayes E.B. An outbreak of primary pneumonic tularemia on Martha’s Vineyard. N. Engl. J. Med. 2001; 345(22):1601–6. DOI: 10.1056/NEJMoa011374.

31. Matyas B.T., Nieder H.S., Telford S.R. 3rd. Pneumonic tularemia on Martha’s Vineyard: clinical, epidemiologic, and ecological characteristics. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007; 1105:351–77. DOI: 10.1196/annals.1409.013.