Сравнительный анализ композиционного состава препаратов везикул Vibrio cholerae O1 El Tor и О139 серогрупп

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. 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. 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.

1. Луста 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Soler N., Forterre P. Vesiduction: the fourth way of HGT. Environ. Microbiol. 2020; 22(7):2457–60. DOI: 10.1111/1462-2920.15056.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.