Образование биопленок свежевыделенными и вакцинными штаммами Bordetella pertussis разных сероваров

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель. Изучение формирования биопленок свежевыделенными и вакцинными штаммами B. pertussis разных сероваров.

Материалы и методы. Интенсивность образования биопленок штаммами B. pertussis в круглодонных полистироловых 96-луночных планшетах при использовании трех посевных доз микробных клеток (1,25 МОЕ/мл, 2,5 МОЕ/мл, 5,0 МОЕ/мл) оценивали окрашиванием 0,1% раствором генциан-фиолетового. Результаты интерпретировали после измерения оптической плотности (ОП) окрашенного растворителя при длине волны 600 нм.

Результаты. Наибольшей интенсивностью образования биопленок обладали свежевыделенный штамм № 211 и вакцинный штамм № 475, оба относящиеся к серовару 1.2.3. Культуры этих штаммов формировали плотные биопленки при всех посевных дозах микробных клеток. Определенные различия по интенсивности биопленкообразования выявлены между свежевыделенными и вакцинными штаммами сероваров 1.2.0 и 1.0.3, особенно выраженные при использовании посевной дозы в 5,0 МОЕ/мл. Свежевыделенные штаммы при этой посевной дозе формировали плотные биопленки, в то время как два из трех вакцинных штаммов формировали умеренные биопленки, а один штамм — плотные.

Заключение. Выявленные различия между штаммами Bordetella pertussis по интенсивности образования биопленок могут быть связаны с с особенностями экспрессии агглютиногенов, а также других поверхностных структур микробных клеток, участвующих в процессе адгезии на субстрате.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ
Коклюшная инфекция продолжает оставаться актуальной проблемой здравоохранения. С начала 1990-х годов во многих станах мира, в том числе в странах с
высоким уровнем охвата профилактическими прививками, отмечается рост заболеваемости коклюшем [11].
Одной из вероятных причин роста заболеваемости коклюшем являются мутации
в генах возбудителя, кодирующих основные факторы вирулентности B. pertussis, что
привело к появлению циркулирующих штаммов, отличающихся повышенной вирулентностью [3]. Одним из возможных факторов высокой вирулентности циркулирующих штаммов Bordetella pertussis может быть их повышенная способность к
формированию биопленок. Образование биопленок является результатом сложного
координированного взаимодействия микробных клеток с биотическими и абиотическими субстратами. У неподвижных бактерий, к которым относится B. pertussis,
закрепление микробных клеток на поверхности происходит с помощью адгезинов
[5]. К факторам адгезии B.pertussis относятся пертактин, филаментозный гемагглютинин, фактор колонизации трахеи и связанные с фимбриями агглютиногены [6].
В доступной литературе имеются отдельные указания на более высокую, по сравнению с вакцинными штаммами, способность циркулирующих штаммов к образованию биопленок [10], однако способность коклюшного микроба формировать
биопленки на биотических и абиотических субстратах, значение факторов адгезии
и, в частности, агглютиногенов в этом процессе изучены до настоящего времени
недостаточно.
Цель работы заключалась в изучении способности образования биопленок вакцинными и свежевыделенными штаммами B. pertussis разных сероваров
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В опытах использовали две группы штаммов В. pertussis. Первую группу составили вакцинные штаммы, выделенные от больных коклюшем в 50 — 60 годы ХХ
века, использующиеся в России для изготовления коклюшных вакцин [1]: штамм
№ 475 (серовар 1.2.3), штамм № 305 (серовар 1.2.0), штамм № 703 (серовар 1.0.3). В
эту группу также был включен штамм Tohama 1 (серовар 1.2.0), выделенный в 50-е
годы ХХ века в Японии и широко использующийся в ряде стран при проведении
генетических исследований и производства коклюшных вакцин [9]. Вторую группу
представляли штаммы, выделенные в РФ от больных коклюшем в 2001 — 2010 гг.:
штамм № 178 (серовар 1.2.0), штамм № 162 (серовар1.0.3) и штамм № 211 (серовар
1.2.3). В качестве инокулята для получения биопленок использовали ночные культуры штаммов, выращенных на плотной питательной среде («Бордетелагар», ФБУН
ГНЦПМБ, г.Оболенск). Биопленочные формы культивировали в круглодонных 96-
луночных пластиковых планшетах в жидкой синтетической питательной среде в соответствии с ранее описанным методом [4]. Интенсивность образования биопленок
при использовании трех посевных доз микробных клеток (1,25 МОЕ/мл, 2,5 МОЕ/
мл и 5 МОЕ/мл) оценивали после растворения окрашенных 0,1% раствором генциан-фиолетового биопленок. Результаты показателей ОП окрашенного растворителя
по отношению к негативному контролю (0,048) оценивали как плотные (>0,192),
умеренные (0,096>~< 0,192), слабые (0,048<~> 0,096), отсутствие биопленок.
Для достоверного подсчета результатов использовали 4 лунки на один опытный
образец и рассчитывали среднюю величину оптической плотности опытного образца и удвоенную ошибку. Сравнения проводили по критерию Стьюдента [2]. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведено сравнительное изучение способности формирования биопленок
культурами вакцинных и свежевыделенных штаммов B. pertussis с различными наборами агглютиногенов.
Результаты опытов выявили определенные различия между интенсивностью образования биопленок культурами разных штаммов B. pertussis.
Вакцинный штамм Tohama 1 (1.2.0) формировал умеренные биопленки при
всех использованных посевных дозах. Вакцинный штамм № 703 (1.0.3) формировал
слабые биопленки при посевной дозе 1,25 МОЕ/мл и умеренные при дозах 2,5 и
5,0 МОЕ/мл. Вакцинный штамм № 305 (1.2.0) формировал умеренные биопленки
при дозах 1,25 МОЕ/мл и 2,5 МОУ/мл и плотные при дозе 5,0 МОЕ/мл. Вакцинный
штамм №475 (1.2.3) формировал плотные биопленки при всем диапазоне посевных
доз микробных клеток. Свежевыделенные штаммы №178 (1.2.0) и №162 (1.0.3) формировали умеренные биопленки при дозах 1,25 МОЕ/мл и 2,5 МОЕ/мл а при дозе
5,0 МОЕ/мл — плотные биполенки. Свежевыделенный штамм №211 (1.2.3) формировал плотные биопленки в диапазоне посевных доз от 1,25 МОЕ/мл до 5 МОЕ/мл.
Таким образом, наибольшей интенсивностью образования биопленок отличались вакцинный штамм № 475 и свежевыделенный штамм № 211. Культуры этих
штаммов формировали плотные биопленки при всех посевных дозах микробных
клеток. Необходимо отметить, что эти штаммы относятся к серовару 1.2.3, то есть
имеют все три основных агглютиногена. Агглютиногены являются поверхностными
белками микробной клетки, антитела к которым вызывают феномен агглютинации.
У B. pertussis имеется 10 агглютиногенов: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 13, 15 и 16. Агглютиноген
7 является общим для всех представителей рода Bordetella, а агглютиноген 1 видовым для B. pertussis. Агглютиногены 1, 2 и 3 используются для идентификации
разных штаммов и принадлежности их к определенному серовару. Сочетания этих
агглютиногенов определяют три основных серовара возбудителя: 1.2.0, 1.2.3 и 1.0.3
[6, 8]. Микробные клетки B. pertussis имеют фимбрии, состоящие из двух основных
субъединиц — Fim 2 и Fim3, соответствующих агглютиногенам 2 и 3, и малой субъединицы Fim D. Наряду с филаментозным гемагглютинином и другими адгезинами
фимбрии принимают участие в процессе адгезии микробных клеток на субстрате [7].
Высокая интенсивность образования биопленок штаммами № 475 и № 211 может
быть связана с наличием у них Fim 2 и Fim3, что обеспечивает более эффективное
прикрепление микробных клеток к субстрату.
Определенные различия по интенсивности биопленкообразования выявлены
между вакцинными и свежевыделенными штаммами сероваров 1.2.0 и 1.0.3, особенно выраженные при использовании посевной дозы в 5 МОЕ/мл. Свежевыделенные
штаммы при этой дозе формировали плотные биопленки, в то время как из трех
вакцинных штаммов два штамма формировали при этой посевной дозе умеренные
биопленки, а один штамм плотные. Различная интенсивность образования биопленок вакцинными и свежевыделенныи штаммами может быть связана с особенностями экспрессии других поверхностных структур микробных клеток, участвующих в процессе адгезии на субстрате и межклеточных взаимодействиях (пертактин,
филаментозный гемагглютинин, фактор колонизации трахеи). Полученные данные
указывают на целесообразность дальнейших исследований особенностей биопленкообразования штаммами B. pertussis с различными генотипическими характеристиками, что может способствовать расширению представлений о патогенезе коклюша
и совершенствованию вакцинопрофилактики этой инфекции.
×

Об авторах

Е. М. Зайцев

НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова

Автор, ответственный за переписку.
Email: fake@neicon.ru
Москва Россия

М. В. Брицина

НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова

Email: fake@neicon.ru
Москва Россия

М. Н. Озерецковская

НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова

Email: fake@neicon.ru
Москва Россия

Н. У. Мерцалова

НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова

Email: fake@neicon.ru
Москва Россия

И. Г. Бажа

НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова

Email: fake@neicon.ru
Москва Россия

Список литературы

  1. Алексеева И.А., Чупринина Р.П., Борисевич И.В. и др. Молекулярно-генетическая характеристика производственных штаммов коклюшных бактерий. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2013, 3(70):63-70.
  2. Ашмарин И.П., Воробьев А.А. В кн.: «Статистические методы в микробиологических исследованиях». Л., 1962.
  3. Борисова О.Ю., Гадуа Н.Т., Пименова А.С. и др. Структура популяции штаммов возбудителя коклюша на территории России. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2016, 4(89): 22-28.
  4. Зайцев Е.М.. Брицина М.В., Озерецковская Н.У. и др. Культивирование биопленок Bordetella pertussis на абиотическом субстрате. Журн. микробиол. 2019, 1:49-53.
  5. Романова Ю. М., Гинцбург А.Л. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина. Журн. микробиол. 2011, 3: 99-109.
  6. Ценева Г.Я., Курова Н.Н. Микробиологическая характеристика возбудителя коклюша и лабораторная диагностика коклюша. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2003, 4(5):329-341.
  7. Ashworth L.A.E., Irons L.I., Dowsett A.B. Antigenic relationship between serotype specific agglutinogen and fimbriae of Bordetella pertussis. Infect. Immun.1982, 37:1278-1281.
  8. Bronne-Shanbury C.J., Dolby J.M. The stability of the serotypes of Bordetella pertussis with particular reference to serotype 1,2,3,4. J. Hyg. (Lond). 1976, 76(2):277-286.
  9. Caro V., Bouchez V., Guiso N. Is the Sequenced Bordetella pertussis Strain Tohama I Representative of the Species? J. of Clinical Microbiology. 2008, 46 (6):2125-2128.
  10. Cattelan N., Jennings-Gee J.,Dubey P. et al. Hyperbiofilm Formation by Bordetella pertussis Strains Correlates with. Enhanced Virulence Traits. Infect Immun. 2017, 85(12): e00373-17.
  11. Kapil P., Merkel T.J. Pertussis vaccines and protective immunity. Curr Opin Immunol. 2019, 8 (59):72- 78.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Зайцев Е.М., Брицина М.В., Озерецковская М.Н., Мерцалова Н.У., Бажа И.Г., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-75442 от 01.04.2019 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах