Идентификация клинических изолятов группы Bacillus cereus и их характеристика методами масс-спектрометрии и электронной микроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Bacillus cereus – спорообразующая грамположительная, преимущественно почвенная бактерия. Споры Bacillus обладают чрезвычайно высокой устойчивостью не только к факторам окружающей среды, но и к различным воздействиям, в том числе к санитарной обработке. Загрязнение оборудования больниц и предприятий пищевой промышленности спорами токсинпродуцирующих штаммов B. cereus может представлять серьезную угрозу здоровью человека. Нами изучены два клинических изолята, идентифицированные как B. cereus и B. cytotoxicus. Показано, что содержание ионов кальция в этих изолятах достоверно ниже, чем у эталонных штаммов. По данным электронной микроскопии один из изолятов (SRCC 19/16) имеет увеличенный экзоспориум, а в изоляте SRCC 1208 при споруляции обнаруживаются крупные электронно-плотные включения неясной природы. Можно предположить, что SRCC 1208 содержит биологически активный компонент, обладающий цитотоксическим эффектом и, возможно, играющий определенную роль в патогенезе заболеваний, вызванных данным микроорганизмом. Проведен сравнительный химический, биохимический, физиологический и ультраструктурный анализ спор клинических изолятов и эталонных штаммов B. cereus. Полученные нами результаты углубляют представления о свойствах спор, вносящих вклад в повышенную патогенность представителей группы B. cereus.

Об авторах

Т. А. Смирнова

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

М. А. Сухина

Национальный медицинский исследовательский центр колопроктологии им. А.Н. Рыжих
Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123423, Москва

А. А. Гречников

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 119334, Москва

С. В. Поддубко

Институт медико-биологических проблем Российской академии наук

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123007, Москва

М. В. Зубашева

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

Д. А. Грумов

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

И. А. Богданов

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России; ООО “Нанопромимпорт”, Научный парк Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва; Россия, 119234, Москва

А. А. Переборова

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

В. А. Козлова

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

З. С. Плиева

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

Д. Н. Щербинин

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

С. Г. Андреевская

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

Н. В. Шевлягина

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

А. И. Соловьев

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва

Д. С. Карпов

Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины,
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 119991, Москва

Н. Б. Поляков

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России; Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва; Россия, 119334, Москва

В. Г. Жуховицкий

Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России; Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования (РМАНПО)
Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: polyakovnb@gmail.com
Россия, 123098, Москва; Россия, 125993, Москва

Список литературы

  1. Savini V. (2016) In: The Diverse Faces of Bacillus cereus. Ed. Savini V. Elsvier Acad. Press, pp. 73–84.
  2. Kuroki R., Kawakami K., Qin L., Kaji C., Watanabe K., Kimura Y., Ishiguro C., Tanimura S., Tsuchiya Y., Hamaguchi I., Sakakura M., Sakabe S., Tsuji K., Inoue M., Watanabe H. (2009) Nosocomial bacteremia caused by biofilm-forming Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis. Intern. Med. 48(10), 791–796.
  3. Elshaghabee F.M.F., Rokana N., Gulhane R.D., Sharma C., Panwar H. (2017) Bacillus as potential probiotics: status, concerns, and future perspectives. Front. Microbiol. 8, 1490.
  4. Bundy J.G., Willey T.L., Castell R.S., Ellar D.J., Brindle K.M. (2005) Discrimination of pathogenic clinical isolates and laboratory strains of Bacillus cereus by NMR-based metabolomic profiling. FEMS Microbiol. Lett. 242(1), 127–136.
  5. Smirnova T.A., Zubasheva M.V., Shevlyagina N.V., Nikolaenko M.A., Azizbekyan R.R. (2013) Electron microscopy of the surfaces of Bacillus spores. Microbiology. 82(6), 713–720.
  6. Stewart G.C. (2015) The exosporium layer of bacterial spores: a connection to the environment and the infected host. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 79(4), 437–457.
  7. Ball D.A., Taylor R., Todd S.J., Redmond C., Couture-Tosi E., Sylvestre P., Moir A., Bullough P.A. (2008) Structure of the exosporium and sublayers of spores of the Bacillus cereus family revealed by electron crystallography. Mol. Microbiol. 68(4), 947–958.
  8. Smirnova T.A., Poglazova M.N., Nikolaenko M.A., Azizbekyan R.R. (2000) The adhesion characteristics of Bacillus thuringiensis. Biotechnologia. 3, 16–26.
  9. Hoa N.T., Baccigalupi L., Huxham A., Smertenko A., Van P.H., Ammendola S., Ricca E., Cutting A.S. (2000) Characterization of Bacillus species used for oral bacteriotherapy and bacterioprophylaxis of gastrointestinal disorders. Appl. Environ. Microbiol. 66(12), 5241–5247.
  10. Daffonchio D., Raddadi N., Merabishvili M., Cherif A., Carmagnola L., Brusetti L., Rizzi A., Chanishvili N., Visca P., Sharp R., Borin S. (2006) Strategy for identification of Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis strains closely related to Bacillus anthracis. Appl. Environ. Microbiol. 72(2), 1295–1301.
  11. Chelliah R., Wei S., Park B.J., Kim S.H., Park D.S., Kim S.H., Hwan K.S., Oh D.H. (2017) Novel motB as a potential predictive tool for identification of B. cereus, B. thuringiensis and differentiation from other Bacillus species by triplex real-time PCR. Microb. Pathog. 111, 22–27.
  12. Olsen J.S., Skogan G., Fykse E.M., Rawlinson E.L., Tomaso H., Granum P.E., Blatny J.M. (2007) Genetic distribution of 295 Bacillus cereus group members based on adk-screening in combination with MLST (Multilocus Sequence Typing) used for validating a primer targeting a chromosomal locus in B. anthracis. J. Microbiol. Methods. 71(3), 265–274.
  13. Phillips A.P., Ezzell J.W. (1989) Identification of Bacillus anthracis by polyclonal antibodies against extracted vegetative cell antigens. J. Appl. Bacteriol. 66(5), 419–432.
  14. Clark A.E., Kaleta E.J., Arora A., Wolk D.M. (2013) Matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry: a fundamental shift in the routine practice of clinical microbiology. Clin. Microbiol. Rev. 26(3), 547–603.
  15. Keys C.J., Dare D.J., Sutton H., Wells G., Lunt M., McKenna T., McDowall M., Shah H.N. (2004) Compilation of a MALDI-TOF mass spectral database for the rapid screening and characterisation of bacteria implicated in human infectious diseases. Infect. Genet. Evol. 4(3), 221–242.
  16. Laue M., Fulda G. (2013) Rapid and reliable detection of bacterial endospores in environmental samples by diagnostic electron microscopy combined with X-ray microanalysis. J. Microbiol. Methods. 94(1), 13–21.
  17. Васильченко А.С., Яруллина Д.Р., Никиян А.Н., Тесля А.В. (2012). Морфофункциональные характеристики бактерий Bacillus cereus на различных этапах жизненного цикла. Вест. Оренбургского гос. университета. 10(146), 66–71.
  18. Kim K., Seo J., Wheeler K., Park C., Kim D., Park S., Kim W., Chung S.I., Leighton T. (2005) Rapid genotypic detection of Bacillus anthracis and the Bacillus cereus group by multiplex real-time PCR melting curve analysis. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 43(2), 301–310.
  19. Abriouel H., Ben Omar N., Lucas Lopez R., Martinez Canamero M., Ortega E., Galvez A. (2007) Differentiation and characterization by molecular techniques of Bacillus cereus group isolates from poto poto and degue, two traditional cereal-based fermented foods of Burkina Faso and Republic of Congo. J. Food Prot. 70(5), 1165–1173.
  20. Hsieh Y.M., Sheu S.J., Chen Y.L., Tsen H.Y. (1999) Enterotoxigenic profiles and polymerase chain reaction detection of Bacillus cereus group cells and B. cereus strains from foods and food-borne outbreaks. J. Appl. Microbiol. 87(4), 481–490.
  21. Oliwa-Stasiak K., Molnar C.I., Arshak K., Bartoszcze M., Adley C.C. (2010) Development of a PCR assay for identification of the Bacillus cereus group species. J. Appl. Microbiol. 108(1), 266–273.
  22. Ehling-Schulz M., Svensson B., Guinebretiere M.H., Lindback T., Andersson M., Schulz A., Fricker M., Christiansson A., Granum P.E., Martlbauer E., Nguyen-The C., Salkinoja-Salonen M., Scherer S. (2005) Emetic toxin formation of Bacillus cereus is restricted to a single evolutionary lineage of closely related strains. Microbiology (Reading). 151(Pt 1), 183–197.
  23. Morgulis A., Coulouris G., Raytselis Y., Madden T.L., Agarwala R., Schaffer A.A. (2008) Database indexing for production MegaBLAST searches. Bioinformatics. 24(16), 1757–1764.
  24. Ito S. (1968) Formaldehyde-glutaraldehyde fixatives containing tri nitro compounds. J. Cell Biol. 39, 168A–169A.
  25. Sauer S., Freiwald A., Maier T., Kube M., Reinhardt R., Kostrzewa M., Geider K. (2008) Classification and identification of bacteria by mass spectrometry and computational analysis. PLoS One. 3(7), e2843.
  26. Liu Y., Lai Q., Goker M., Meier-Kolthoff J.P., Wang M., Sun Y., Wang L., Shao Z. (2015) Genomic insights into the taxonomic status of the Bacillus cereus group. Sci. Rep. 5, 14082.
  27. Pauker V.I., Thoma B.R., Grass G., Bleichert P., Hanczaruk M., Zoller L., Zange S. (2018) Improved discrimination of Bacillus anthracis from closely related species in the Bacillus cereus sensu lato group based on matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 56(5), e01900–e01917.
  28. Ha M., Jo H.J., Choi E.K., Kim Y., Kim J., Cho H.J. (2019) Reliable identification of Bacillus cereus group species using low mass biomarkers by MALDI-TOF MS. J. Microbiol. Biotechnol. 29(6), 887–896.
  29. Shu L.-J., Yang Y.-L. (2017) Bacillus classification based on matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry – effects of culture conditions. Sci. Repts. 7(1), 15546–15546.
  30. Bourque S.N., Valero J.R., Lavoie M.C., Levesque R.C. (1995) Comparative analysis of the 16S to 23S ribosomal intergenic spacer sequences of Bacillus thuringiensis strains and subspecies and of closely related species. Appl. Environ. Microbiol. 61(4), 1623–1626.
  31. Guinebretiere M.H., Auger S., Galleron N., Contzen M., De Sarrau B., De Buyser M.L., Lamberet G., Fagerlund A., Granum P.E., Lereclus D., De Vos P., Nguyen-The C., Sorokin A. (2013) Bacillus cytotoxicus sp. nov. is a novel thermotolerant species of the Bacillus cereus group occasionally associated with food poisoning. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 63(Pt 1), 31–40.
  32. Sinnela M.T., Pawluk A.M., Jin Y.H., Kim D., Mah J.H. (2021) Effect of calcium and manganese supplementation on heat resistance of spores of Bacillus species associated with food poisoning, spoilage, and fermentation. Front. Microbiol. 12, 744953.
  33. Teplova V.V., Mikkola R., Tonshin A.A., Saris N.E., Salkinoja-Salonen M.S. (2006) The higher toxicity of cereulide relative to valinomycin is due to its higher affinity for potassium at physiological plasma concentration. Toxicol. Appl. Pharmacol. 210(1–2), 39–46.
  34. Osman G., Already R., Assaeedi A., Organji S., El-Ghareeb D., Abulreesh H., Althubiani A. (2015) Bioinsecticide Bacillus thuringiensis a comprehensive review. Egyptian J. Biol. Pest Control. 25, 271–288.
  35. Yan M., Roehrl M.H., Wang J.Y. (2007) Discovery of crystalline inclusions in Bacillus licheniformis that resemble parasporal crystals of Bacillus thuringiensis. Can. J. Microbiol. 53(9), 1111–1115.
  36. Charles J.F., Nielson-LeRoux C., Delecluse A. (1996) Bacillus sphaericus toxins: molecular biology and mode of action. Annu. Rev. Entomol. 41, 451–472.
  37. Park H.-W., Federici B., Sakano Y. (2006) In: Inclusion Proteins from other Insecticidal Bacteria. Eds Shively Jessup M., Steinbüchel A. Berlin: Springer, pp. 321–330.
  38. Mizuki E., Park Y.S., Saitoh H., Yamashita S., Akao T., Higuchi K., Ohba M. (2000) Parasporin, a human leukemic cell-recognizing parasporal protein of Bacillus thuringiensis. Clin. Diagn. Lab. Immunol. 7(4), 625–634.

Дополнительные файлы


© Т.А. Смирнова, Н.Б. Поляков, Д.С. Карпов, А.И. Соловьев, Н.В. Шевлягина, С.Г. Андреевская, Д.Н. Щербинин, З.С. Плиева, В.А. Козлова, А.А. Переборова, И.А. Богданов, Д.А. Грумов, М.В. Зубашева, С.В. Поддубко, А.А. Гречников, М.А. Сухина, В.Г. Жуховицкий, 2023