Бактериальная биопленка и особенности ее образования у возбудителя чумы и других патогенных иерсиний

Л. М. Куклева; Г. А. Ерошенко; Н. А. Видяева; В. В. Кутырев

doi:10.21055/0370-1069-2011-4(110)-5-11

Бактериальная биопленка и особенности ее образования у возбудителя чумы и других патогенных иерсиний

Л. М. Куклева, Г. А. Ерошенко, Н. А. Видяева, В. В. Кутырев

https://doi.org/10.21055/0370-1069-2011-4(110)-5-11

Полный текст:

Аннотация

В обзоре представлены современные литературные данные об общих закономерностях образования бактериальных биопленок, этапах ее формирования и структурно-функциональной организации, а также об участии различных ферментных систем в функционировании биопленки. Проведен анализ сведений об особенностях образования биопленок патогенными иерсиниями - Yersinia pestis, Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica. Представлены данные об участии генов hmsHFRS-оперона хромосомной области пигментации Y. pestis в формировании структуры биопленки и ее регуляции генами hmsP и hmsT. Обобщены результаты исследований последних лет, посвященных генетической детерминированности процессов образования биопленки возбудителем чумы, в частности участию генов синтеза липополисахарида (waaA, yrbH и gmhA) и полиаминов (speA и speС), а также регуляторных генов rcsA и phoP-phoQ. Приведены результаты собственных исследований по изучению особенностей формирования биопленки штаммами возбудителя чумы разных подвидов на абиотических поверхностях и модели нематоды Caenorhabditis elegans. Обсуждена роль биопленки в сложном жизненном цикле возбудителя чумы, отмечено ее значение не только для обеспечения трансмиссии чумы с помощью блох, но и для сохранения Y. pestis во внешней среде вне организма теплокровного хозяина.

Ключ. слова

биопленка, возбудитель чумы, патогенные иерсинии,

616.981.452

Об авторах

Л. М. Куклева

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

Г. А. Ерошенко

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

Н. А. Видяева

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

В. В. Кутырев

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия

Список литературы

1. Бибикова В.А, Классовский Л.Н. Передача чумы блохами. М.: Медицина; 1974. 187 с.

2. Ващенок В.С. Блохи - переносчики возбудителей болезней человека и животных. Л.: Наука; 1988. 163 с.

3. Величко Л.Н., Кондрашкина К.И., Ермилов А.П. и др. Экскременты блох - естественная среда долговременного хранения микроба чумы. Пробл. особо опасных инф. 1978; 6(64):51-4.

4. Видяева Н.А., Ерошенко Г.А., Шавина Н.Ю. и др. Формирование биопленки штаммами Yersinia pestis основного и неосновных подвидов и Yersinia pseudotuberculosis на модели Canorhabditis elegans. Пробл. особо опасных инф. 2009; 1(99):31-4.

5. Видяева Н.А., Ерошенко Г.А., Шавина Н.Ю. и др. Изучение способности к образованию биопленок у штаммов Yersinia pestis основного и неосновных подвидов. Журн. микробиол., эпидемиол. и иммунобиол. 2009; 5:13-19.

6. Видяева Н.А., Ерошенко Г.А., Куклева Л.М. и др. Изучение образования биопленки у штаммов Yersinia pestis, выделенных в 2009 г. в Астраханской области. Журн. микробиол., эпидемиол. и иммунобиол. 2010; 3:3-7.

7. Кутырев В.В., Проценко О.А. Классификация и молекулярно-генетические исследования Yersinia pestis. Пробл. особо опасных инф. 1998; 78:11-17.

8. Кутырев В.В., Ерошенко Г.А., Попов Н.В. и др. Молекулярные основы взаимодействия возбудителя чумы с беспозвоночными животными. Мол. генет., микробиол. и вирусол. 2009; 4:6-13.

9. Никульшин С.В., Онацкая Т.Г., Луканина Л.М. и др. Изучение ассоциаций почвенных амеб Hartmanella rhysodes с бактериями - возбудителями чумы и псевдотуберкулеза в эксперименте. Журн. микробиол., эпидемиол. и иммунобиол.1992; 9-10:2-5.

10. Achtmann M., Zurth K., Morelli G. et al. Yersinia pestis, the cause of plague, is a recently emerged clone of Yersinia pseudotuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96(24):14043-8.

11. Bobrov A., Kirillina O., Perry R. The phosphodiesterase activity of the HmsP EAL domain is required for negative regulation of biofilm formation in Yersinia pestis. FEMS Microbiol. Lett. 2005; 247:123-30.

12. Bobrov A., Kirillina O., Forman S. et al. Insights into Yersinia pestis biofilm development: topology and co-interaction of Hms inner membrane proteins involved in exopolysaccharide production. Environ. Microbiol. 2008; 10(6):1419-32.

13. Bobrov A., Kirillina J., Ryjenkov D. et al. Systematic analysis of cyclic di-GMP signalling enzymes and their role in biofilm formation and virulence in Yersinia pestis. Mol. Microbiol. 2011; 79(2):533-51.

14. Bryers J. Medical biofilms. Biotechnol. Bioeng. 2008; 100(1):1-18.

15. Costerton J., Srewart P., Greenberg E. Bacterial biofilms: a common case of persistent infections. Science. 1999; 284:1318-22.

16. Cotter P., Stibitz S. c-di-GMP-mediated regulation of virulence and biofilm formation. Curr. Opin. Microbiol. 2007; 10:17-23.

17. Darby C, Hsu J, Ghori N. et al. Caenorhabditis elegans: plague bacteria biofilm blocks food intake. Nature. 2002; 417: 243-4.

18. Darby C., Ananth S., Tan L. et al. Identification of gmhA, a Yersinia pestis gene required for flea blockage, by using a Caenorhabditis elegans biofilm system. Infect. Immun. 2005; 73 (11): 7236-42.

19. Erickson D., Jarrett C., Wren B. et al. Serotype differences and lack biofilm formation characterize Yersinia pseudotuberculosis infection of the Xenopsylla cheopis flea vector of Yersinia pestis. J. Bacteriol. 2006; 188: 1113-9.

20. Eroshenko G.A., Vidyaeva N.A., Kutyrev V.V. Comparative analysis of biofilm formation by main and nonmain subspecies Yersinia pestis strains. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2010; 59:513-520.

21. Felek S., Lawrenz M., Krukonis E. The Yersinia pestis autotransporter YapC mediates host cell binding, autoaggregation and biofilm formation. Microbiology. 2008; 154:1802-12.

22. Forman S., Bobrov A., Kirillina O. et al. Identification of critical amino acid residues in the plague biofilm Hms proteins. Microbiology. 2006; 152:3399-410.

23. Grabenstein J., Fukuto Y., Palmer L. et al. Characterization of phagosome trafficking and identification of PhoP-regulated genes important for survival of Yersinia pestis in macrophages. Infect. Immun. 2006; 74:3727-41.

24. Hall-Stoodley L., Costerton J., Stoodley P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Microbiology. 2004; 2:95-108.

25. Hall-Stoodley L., Stoodley P. Evolving concepts in biofilm infections. Cel. Microbiol. 2009; 11 (7):1034-43.

26. Hinnebusch J., Perry R., Schwan T. Role of the Yersinia pestis hemin storage (hms) locus in the transmission of plague by fleas. Science. 1996; 273:367-70.

27. Hinnebusch J., Erickson D. Yersinia pestis biofilm in the flea vector and its role in the transmission of plague. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2008; 322:229-48.

28. Jackson S., Burrows T. The pigmentation of Pasteurella pestis on a defined medium containing haemin. Brit. J. Exp. Pathol. 1956; 37:570-6.

29. Jarrett C., Deak E., Isherwood K. et al. Transmission of Yersinia pestis from an infectious biofilm in the flea vector. J. Infect. Dis. 2004; 190:783-92.

30. Joshua G., Karlyshev A., Smith M. et al. Caenorhabditis elegans model of Yersinia infection: biofilm formation on a biotic surface. Microbiology. 2003; 149:3221-9.

31. Kim T.,Young B., Young G. Effect of flagellar mutations on Yersinia enterocolitica biofilm formation. Appl. Environ. Microbiol. 2008; 74(17):5466-74.

32. Kirillina O., Fetherston J., Bobrov A. et al. HmsP, a putative phosphodiesterase, and HmsT, a putative diguanylate cyclase, control Hms-dependent biofilm formation in Yersinia pestis. Mol. Microbiol. 2004; 54(1):75-88.

33. Khweek A., Fetherston J., Perry R. Analysis of HmsH and its role in plague biofilm formation. Microbioligy. 2010, 156:1424-38.

34. Lasa I. Towards the identification of the common features of bacterial biofilm development. Intern. Microbiol. 2006; 9:21-8.

35. Lasa I., Penades J. Bap: a family of surface proteins involved in biofilm formation. Res. Microbiol. 2006; 157:99-107.

36. Lillard J., Fetherston J., Pedersen L. et al. Sequence and genetic analysis of the haemin storage (hms) system of Yersinia pestis. Gene. 1997; 193:13-21.

37. Monds R., O'Toole G. The developmental model of microbial biofilms: ten years of a paradigm up for review. Trends Microbiol. 2009; 17 (2):73-87.

38. O'Toole G., Kaplan Y., Kolter R. Biofilm formation as microbial development. Annu. Rev. Microbiol. 2000; 54:49-79.

39. Patel C., Wortham B., Lines J. et al. Polyamines are essential for the formation of plague biofilm. J. Bacteriol. 2006; 188:2355-63.

40. Perry R., Bobrov A., Kirillina O. et al. Temperature regulation of the hemin storage (Hms+) phenotype of Yersinia pestis is posttranscriptional. J. Bacteriol. 2004; 186:1638-47.

41. Simm R., Fetherston J., Fader A. et al. Phenotypic convergence mediated by GGDEF-domain-containing proteins. J. Bacteriol. 2005; 187(19):6816-23.

42. Stanley N., Lazazzera B. Environmental signals and regulatory pathways that influence biofilm formation. Mol. Microbiol. 2004; 52(4):917-24.

43. Stoodley P. Sauer R., Davies D. et al. Biofilms as complex differentiated communities. Annu. Rev. Microbiol. 2002; 56:187-209.

44. Sun Y., Hinnebusch J., Darby C. Experimental evidence for negative selection in the evolution of a Yersinia pestis pseudogene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105(23):8097-101.

45. Sun Y., Koumoutsi A., Darby C. The response regulator PhoP negatively regulatesYersinia pseudotuberculosis and Yersinia pestis biofilms. FEMS Microbiol Lett. 2009; 290:85-90.

46. Tan L., Darby C. A movable surface: formation of Yersinia sp. biofilms on motile Caenorhabditis elegans. J. Bacteriol. 2004; 186:5087-92.

47. Tan L., Darby C. Yersinia pestis YrbH is a multifunctional protein required for both 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid biosynthesis and biofilm formation. Mol. Microbiol. 2006; 61:861-70.

48. Vuong C., Kocianova S., Voyich J. et al. A crucial role for exopolysaccharide modification in bacterial biofilm formation, immune evasion, and virulence. J. Biol. Chem. 2004; 279:54881-6.

49. Wang Y., Ding L., Hu Y. et al. The flhDC gene affects motility and biofilm formation in Yersinia pseudotuberculosis. Sci. China. 2007; 50(6):814-21.

50. Wortham B., Oliveira M., Fetherston J. et al. Polyamines are required for the expression of key Hms proteins important for Yersinia pestis biofilm formation. Environ. Microbiol. 2010; 12(7):2034-47.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Куклева Л.М., Ерошенко Г.А., Видяева Н.А., Кутырев В.В. Бактериальная биопленка и особенности ее образования у возбудителя чумы и других патогенных иерсиний. Проблемы особо опасных инфекций. 2011;(4(110)):5-11. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2011-4(110)-5-11

For citation: Kukleva L.M., Eroshenko G.A., Vidyaeva N.A., Kutyrev V.V. Bacterial Biofilm and Peculiarities of Its Formation in Plague Agent and in Other Pathogenic Yersinia. Problems of Particularly Dangerous Infections. 2011;(4(110)):5-11. (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2011-4(110)-5-11

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 0370-1069 (Print)
ISSN 2658-719X (Online)

Логин
Пароль