Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1847410.36233/0372-9311-397ucqwtuORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleAnalysis of production levels of InlA and InlB invasion factors in Listeria monocytogenes isolates collected in the Russian FederationАнализ уровня продукции факторов инвазии InlA и InlB у изолятов Listeria monocytogenes, выделенных на территории Российской Федерацииhttps://orcid.org/0000-0002-4478-3225KalininEgor V.КалининЕгор Валерьевич
Russian Federation

researcher, Laboratory of ecology of infectious agents, Gamaleya Research Center of Epidemiology and Microbiology

н.с. лаб. экологии возбудителей инфекций НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи

kalinin.egor@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7901-5226ChalenkoYaroslava M.ЧаленкоЯрослава Михайловна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Laboratory of ecology of infectious agents, Gamaleya Research Center of Epidemiology and Microbiology

к.м.н., с.н.с., лаб. экологии возбудителей инфекций НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи

kalinin.egor@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9051-2664SafarovaPolina V.СафароваПолина Вагифовна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Laboratory of ecology of infectious agents, Gamaleya Research Center of Epidemiology and Microbiology

лаборант-исследователь, лаб. экологии возбудителей инфекций НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи

kalinin.egor@bk.ruhttps://orcid.org/0009-0000-9228-3818FedorovaVictoria A.ФедороваВиктория Алексеевна
Russian Federation

laboratory researcher, Laboratory of ecology of infectious agents, Gamaleya Research Center of Epidemiology and Microbiology

лаборант-исследователь, лаб.экологии возбудителей инфекций НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи

kalinin.egor@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3396-6816ErmolaevaSvetlana A.ЕрмолаеваСветлана Александровна
Russian Federation

D. Sci. (Biol.), Head, Laboratory of ecology of infectious agents, Gamaleya Research Center of Epidemiology and Microbiology

д.б.н., зав. лаб. экологии возбудителей инфекций НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи

kalinin.egor@bk.ruGamaleya Research Center of Epidemiology and MicrobiologyНациональный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи22112023100527628620112023Copyright ©; 2023, Kalinin E.V., Chalenko Y.M., Safarova P.V., Fedorova V.A., Ermolaeva S.A.Copyright ©; 2023, Калинин Е.В., Чаленко Я.М., Сафарова П.В., Федорова В.А., Ермолаева С.А.2023Kalinin E.V., Chalenko Y.M., Safarova P.V., Fedorova V.A., Ermolaeva S.A.Калинин Е.В., Чаленко Я.М., Сафарова П.В., Федорова В.А., Ермолаева С.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/18474

Background. Listeria monocytogenes is characterized by the presence of epidemic hypervirulent clones. A key feature of L. monocytogenes is its capacity to invade non-professional phagocytic cells. Hypervirulent clones are strongly associated with the increased production and/or the presence of certain isoforms of invasion factors InlA and InlB.

The purpose of the study is to create a test system for InlA and InlB detection and to measure the InlA and InlB production levels in L. monocytogenes isolates belonging to clonal groups with different virulence potential.

Materials and methods. The study was performed using 32 L. monocytogenes strains belonging to epidemic clones ECII, ECIV, ECVII (clonal complexes CC1, CC2, CC7) and hypovirulent clonal complex CC9. Sequencing of inlA and inlB genes was performed. The indirect enzyme-linked immunosorbent assay was used to analyze the production levels of InlA and InlB proteins.

Results. The variability of InlA was revealed among strains belonging to the same clonal complex: 3 InlA isoforms were identified among strains belonging to CC7; out of 8 strains belonging to CC9, one strain had a stop codon in the inlA gene, leading to the loss of function of the InlA protein. The differences between inlB alleles correlated with the specificity of strains belonging to a certain clonal complex. Differences in production levels of invasion factors were measured. In strains belonging to CC9, the InlA production level was 2.5 times as low compared to strains belonging to CC1, CC2, and CC7. In strains belonging to phylogenetically related CC1 and CC2, the InlB production level was on average 4 times as high compared to strains belonging to CC7 and CC9.

Conclusion. The obtained results confirm the variability of major invasion factors both among clonal complexes and strains of the same complex. The increased production of invasion factors InlA and InlB correlates with the potential virulence of strains.

Актуальность. Listeria monocytogenes характеризуется наличием эпидемически высоковирулентных клонов. Инвазия в непрофессиональные фагоциты — ключевой момент листериозной инфекции. Формирование высоковирулентных клонов обусловлено повышенной продукцией и/или наличием определённых изоформ факторов инвазии белков InlA и InlB.

Цель исследования — создать тест-систему для обнаружения InlA и InlB и на её основе оценить уровни продукции InlA и InlB у изолятов L. monocytogenes, относящихся к клональным группам с различным вирулентным потенциалом.

Материалы и методы. В работе использованы 32 штамма L. monocytogenes, относящихся к эпидемическим клонам ECII, ECIV, ECVII (клональные комплексы СС1, СС2, СС7) и гиповирулентному клональному комплексу СС9. Проведено секвенирование генов inlA и inlB. Для анализа уровня продукции белков InlA и InlB использован непрямой иммуноферментный анализ.

Результаты. Выявлена вариабельность InlA среди штаммов, относящихся к одному клональному комплексу: в том числе среди штаммов, принадлежащих к СС7, выявлены 3 изоформы InlA; из 8 штаммов, принадлежащих к СС9, у одного выявили стоп-кодон в гене inlA, приводящий к утрате функциональности белка InlA. Различия между аллелями inlB коррелировали с принадлежностью штаммов к конкретному клональному комплексу. Установлены различия в уровне продукции факторов инвазии. У штаммов, относящихся к СС9, уровень продукции InlA был в 2,5 раза ниже по сравнению со штаммами, относящимися к СС1, СС2 и СС7. Уровень продукции InlB был в среднем в 4 раза выше у штаммов, принадлежащих к филогенетически родственным СС1 и СС2, по сравнению со штаммами, относящимися к СС7 и СС9.

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о вариабельности основных факторов инвазии как между клональными комплексами, так и между штаммами одного комплекса. Повышенная продукция факторов инвазии InlA и InlB коррелирует с потенциальной вирулентностью штаммов.

Listeria monocytogenesInlAInlBenzyme-linked immunosorbent assayListeria monocytogenesInlAInlBиммуноферментный анализРабота поддержана грантом РНФThis is study was supported by the Russian Science Foundation21–74–00105This is study was supported by the Russian Science Foundation (project number 21-74-00105).Работа поддержана грантом РНФ № 21–74–00105.Pires S.M., Desta B.N., Mughini-Gras L., et al. Burden of foodborne diseases: think global, act local. Curr. Opin. Food Sci. 2021;39:152–9. DOI: https://doi.org/10.1016/J.COFS.2021.01.006Halbedel S., Wilking H., Holzer A., et al. Large nationwide outbreak of invasive listeriosis associated with blood sausage, Germany, 2018-2019. Emerg. Infect. Dis. 2020;26(7):1456–64. DOI: https://doi.org/10.3201/eid2607.200225Rasmussen O.F., Skouboe P., Dons L., et al. Listeria monocytogenes exists in at least three evolutionary lines: еvidence from flagellin, invasive associated protein and listeriolysin O genes. Microbiology (Reading). 1995;141(Pt. 9):2053–61. DOI: https://doi.org/10.1099/13500872-141-9-2053Moura A., Criscuolo A., Pouseele H., et al. Whole genome-based population biology and epidemiological surveillance of Listeria monocytogenes. Nat. Microbiol. 2016;2(2):1–10. DOI: https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.185Maury M.M., Tsai Y.H., Charlier C., et al. Uncovering Listeria monocytogenes hypervirulence by harnessing its biodiversity. Nat. Genet. 2016;48(3):308–13. DOI: https://doi.org/10.1038/ng.3501Psareva E.K., Egorova I.Y., Liskova E.A., et al. Retrospective study of Listeria monocytogenes isolated in the territory of inner Eurasia from 1947 to 1999. Pathogens. 2019;8(4):184. DOI: https://doi.org/10.3390/pathogens8040184Psareva E.K., Liskova E.A., Razheva I.V., et al. Diversity of Listeria monocytogenes strains isolated from food products in the central European part of Russia in 2000–2005 and 2019–2020. Foods. 2021;10(11):2790. DOI: https://doi.org/10.3390/foods10112790Charlier C., Perrodeau É., Leclercq A., et al. Clinical features and prognostic factors of listeriosis: the MONALISA national prospective cohort study. Lancet Infect. Dis. 2017;17(5):510–9. DOI: https://doi.org/10.1016/S1473-3099(16)30521-7Cotter P.D., Draper L.A., Lawton E.M., et al. Listeriolysin S, a novel peptide haemolysin associated with a subset of lineage I Listeria monocytogenes. PLoS Pathog. 2008;4(9):e1000144. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1000144Chalenko Y., Kolbasova O., Pivova E., et al. Listeria monocytogenes invasion into sheep kidney epithelial cells depends on InlB, and invasion efficiency is modulated by phylogenetically defined InlB isoforms. Front. Microbiol. 2022;13:825076. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.825076Severino P., Dussurget O., Vêncio R.Z.N., et al. Comparative transcriptome analysis of Listeria monocytogenes strains of the two major lineages reveals differences in virulence, cell wall, and stress response. Appl. Environ. Microbiol. 2007;73(19):6078–88. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.02730-06Kammoun H., Kim M., Hafner L., et al. Listeriosis, a model infection to study host-pathogen interactions in vivo. Curr. Opin. Microbiol. 2022;66:11–20. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2021.11.015Lecuit M., Ohayon H., Braun L., et al. Internalin of Listeria monocytogenes with an intact leucine-rich repeat region is sufficient to promote internalization. Infect. Immun. 1997;65(12): 5309–19. DOI: https://doi.org/10.1128/iai.65.12.5309-5319.1997Dramsi S., Biswas I., Maguin E., et al. Entry of Listeria monocytogenes into hepatocytes requires expression of InIB, a surface protein of the internalin multigene family. Mol. Microbiol. 1995;16(2):251–61. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1995.tb02297.xDisson O., Grayo S., Huillet E., et al. Conjugated action of two species-specific invasion proteins for fetoplacental listeriosis. Nature. 2008;455(7216):1114–8. DOI: https://doi.org/10.1038/nature07303Gelbíčová T., Koláčková I., Pantůček R., Karpíšková R. A novel mutation leading to a premature stop codon in inlA of Listeria monocytogenes isolated from neonatal listeriosis. New Microbiol. 2015;38(2):293–6.Gaballa A., Guariglia-Oropeza V., Wiedmann M., et al. Cross talk between SigB and PrfA in Listeria monocytogenes facilitates transitions between extra- and intracellular environments. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2019;83(4):e00034-19. DOI: https://doi.org/10.1128/MMBR.00034-19Ermolaeva S., Novella S., Vega Y., et al. Negative control of Listeria monocytogenes virulence genes by a diffusible autorepressor. Mol. Microbiol. 2004;52(2):601–11. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2004.04003.xKalinin E.V., Chalenko Y.M., Kezimana P., et al. Combination of growth conditions and InlB-specific dot-immunoassay for rapid detection of Listeria monocytogenes in raw milk. J. Dairy Sci. 2023;106(3):1638–49. DOI: https://doi.org/10.3168/JDS.2022-21997Maury M.M., Bracq-Dieye H., Huang L., et al. Hypervirulent Listeria monocytogenes clones’ adaption to mammalian gut accounts for their association with dairy products. Nat. Commun. 2019;10(1):1–13. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10380-0Quereda J.J., Morón-García A., Palacios-Gorba C., et al. Pathogenicity and virulence of Listeria monocytogenes: а trip from environmental to medical microbiology. Virulence. 2021;12(1):2509–45. DOI: https://doi.org/10.1080/21505594.2021.1975526Timchenko N.F., Adgamov R.R., Popov A.F., et al. Far Еast scarlet-like fever caused by a few related genotypes of Yersinia pseudotuberculosis, Russia. Emerg. Infect. Dis. 2016;22(3): 503–6. DOI: https://doi.org/10.3201/EID2203.150552Quereda J.J., Andersson C., Cossart P., et al. Role in virulence of phospholipases, listeriolysin O and listeriolysin S from epidemic Listeria monocytogenes using the chicken embryo infection model. Vet. Res. 2018;49(1):1–9. DOI: https://doi.org/10.1186/S13567-017-0496-4Ермолаева С.А., Зайцева Е.А., Тимченко Н.Ф., Адгамов Р.Р. Вариабельность функциональных доменов факторов инвазии как молекулярная основа полигостальности возбудителей сапронозов. Тихоокеанский медицинский журнал 2010;(4):24–8. Ermolaeva S.A., Zaitseva E.A., Timchenko N.F., Adgamov R.R. Variability of functional domains of invasion factors as molecular basis for polyhostality of sapronosis-induced microorganisms. Pacific Medical Journal. 2010;(4):24–8. EDN: https://elibrary.ru/ocqdnbChalenko Y.M., Kalinin E.V., Marchenkov V.V., et al. Phylogenetically defined isoforms of Listeria monocytogenes invasion factor InlB differently activate intracellular signaling pathways and interact with the receptor gC1q-R. Int. J. Mol. Sci. 2019;20(17):4138. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms20174138Chalenko Y.M., Slonova D.A., Kechko O.I., et al. Natural isoforms of Listeria monocytogenes virulence factor InlB differ in c-Met binding efficiency and differently affect uptake and survival listeria in macrophage. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(8):7256. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24087256Phelps C.C., Vadia S., Arnett E., et al. Relative roles of listeriolysin O, InlA, and InlB in Listeria monocytogenes uptake by host cells. Infect. Immun. 2018;86(10):e00555-18. DOI: https://doi.org/10.1128/iai.00555-18Чаленко Я.М., Абдулкадиева М.М., Сафарова П.В. и др. Белок INLB, секретируемый Listeria monocytogenes, контролирует взаимодействие возбудителя с макрофагами. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2022;(3):5–10. DOI: https://doi.org/10.24075/vrgmu.2022.034 Chalenko Y.M., Abdulkadieva M.M., Safarova P.V., et al. InlB protein secreted by Listeria monocytogenes controls the pathogen interaction with macrophages. Bulletin of Russian State Medical University. 2022;(3):5–10. DOI: https://doi.org/10.24075/brsmu.2022.034