Трансформация вегетативного фенотипа Salmonella Enteritidis в дормантный под действием морской воды

Введение. Под действием сублетальных стрессовых нагрузок неспорообразующие бактерии (в том числе Salmonella spp.) способны формировать дормантные клеточные фенотипы, которые не растут на традиционных дифференциально-диагностических средах.
Цель исследования: изучить возможность смены фенотипа Salmonella Enteritidis с вегетативного на дормантный под действием морской воды.
Материалы и методы. Штамм Salmonella Enteritidis / food / Primorsky_krai_Artyem / S-28390 / 2024 (38,0 : 1,4) (VGARus ID prim001916) на протяжении 40 сут. параллельно инкубировался в стерильном физиологическом растворе и стерилизованной морской воде для выяснения возможности трансформации вегетативного фенотипа в дормантный. Реверсию дормантного фенотипа к вегетативному осуществляли путем алиментарного заражения лабораторных мышей, предварительно аттестованных на отсутствие сальмонеллезной инфекции. Помимо стандартных бактериологических методов в работе использованы плазмидомный анализ, полимеразная цепная реакция для индикации ДНК сальмонелл в режиме реального времени и полногеномное NGS-секвенирование.
Результаты. Показано, что длительная инкубация в морской воде запускает механизм трансформации вегетативного фенотипа S. Enteritidis в дормантный. Вместе с тем аналогичная инкубация S. Enteritidis в физиологическом растворе такую трансформацию не вызывает, и бактериальные клетки естественным образом погибают в отсутствие питательных веществ, однако оставшиеся в культуре жизнеспособные клетки не превращаются в дормантные. Реверсия к вегетативному фенотипу происходит после пассирования дормантной формы в перорально инокулированных лабораторных мышах. Идентичность геномов штаммов в дормантном состоянии, использованном для алиментарного заражения мышей, и в вегетативном состоянии, получаемом после пассирования, подтверждается 99,8% совпадением контигов в результате NGS-секвенирования.
Заключение. Стерилизованная морская вода как абиотический фактор способна запускать механизм трансформации вегетативного фенотипа S. Enteritidis в дормантный. Это требует детализировать гигиенические требования к зонам рекреации морских побережий в части разработки методов индикации патогенных бактерий с дормантным фенотипом.

1. Яковлев А.А. Морская эпидемиология. Владивосток: Медицина ДВ, 2004. 132 с.

2. Хотимченко Ю.С., Щелканов М.Ю. Вирусы океана: на берегах aqua incognita. Горизонты таксономического разнообразия // Биология моря. 2024. Т. 50. № 1. С. 3-41. doi: 10.31857/S0134347524010018

3. Щелканов М.Ю., Катин И.О., Бурухина Е.Г., Починок И.В., Щелканов Е.М., Волков Ю.Г., Шестопалов А.М., Галки­на И.В. Колючие вши (Echinophthiriidae) как переносчики инвазивных и инфекционных заболеваний ластоногих // Юг России: экология, развитие. 2017. Т. 12. № 3. С. 20-32. doi: 10.18470/1992-1098-2017-3-20-32

4. Щелканов М.Ю., Аристова В.А., Чумаков В.М., Львов Д.К. Историография термина «природный очаг» // В сб.: Новые и возвращающиеся инфекции в системе биобезопасности Российской Федерации. Учебно-методическое пособие. М.: Изд-во Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, 2014. С. 21–32.

5. Hubálek Z, Rudolf I. Microbial Zoonoses and Sapronoses. Luxembourg: Springer; 2011. doi: 10.1007/978-90-481-9657-9

6. Сомов Г.П., Бузолева Л.С. Адаптация патогенных бактерий к абиотическим факторам окружающей среды. Владивосток: Полиграфкомбинат, 2004. 167 c.

7. Андрюков Б.Г., Крыжановский С.П., Беседнова Н.Н. Молекулярные основы специфических механизмов адаптации патогенных бактерий. Владивосток: Даль­ наука, 2021. 312 с.

8. Запорожец Т.С., Беседнова Н.Н., Калинин А.В., Сомова Л.М., Щелканов М.Ю. 80 лет на страже биологической без­опас­ности у восточных рубежей России // Здоровье населения и среда обитания. 2021. № 5 (338). С. 5-15. doi: 10.35627/2219-5238/2021-338-5-5-15

9. Сомова Л.М., Дробот Е.И., Ляпун И.Н., Пустовалов Е.В., Матосова Е.В., Щелканов М.Ю. Ультраструктура и морфологическая вариабельность некультивируемых форм бактерий Yersinia pseudotuberculosis // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021. Т. 172. № 12. С. 724-728. doi: 10.47056/0365-9615-2021-172-12-724-728

10. Матосова Е.В., Бынина М.П., Ляпун И.Н., Щелканов М.Ю. Применение экспериментальной динамической моде­ли для изучения биопленкообразования бактерий в морской воде // Успехи медицинской микологии. 2023. Т. 25. С. 396-400.

11. Матосова Е.В., Беседнова Н.Н., Кусайкин М.И., Андрю­ков Б.Г., Макаренкова И.Д., Щелканов М.Ю., Ляпун И.Н., Бынина М.П., Ермакова С.П., Звягинцева Т.Н. Анти­био­пленочная активность фукоиданов бурых водорослей // Антибиотики и химиотерапия. 2023. Т. 68. № 9-10. С. 5-11. doi: 10.37489/0235-2990-2023-68-9-10-5-11

12. Еськова А.И., Яковлев А.А., Обухова В.С., Бынина М.П., Ким А.В., Щелканов М.Ю. Межвидовое взаимодействие бактерий Listeria monocytogenes, Yersinia pseudotuber-culosis и морских сапротрофов при долговременном культивировании в биопленках // Бюллетень экспе­ риментальной биологии и медицины. 2024. Т. 177. № 2. С. 225-229. doi: 10.47056/0365-9615-2024-177-2-225-229

13. Еськова А.И., Яковлев А.А., Обухова В.С., Фатеева Л.Н., Щелканов М.Ю. Способность морских бактерий, выделенных из прибрежных вод Японского моря, к образованию монокультуральных и поликультуральных биопленок с сапронозными микроорганизмами Listeria monocytogenes. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024623560 с приоритетом от 01.08.2024; дата государственной регистрации в Реестре баз данных: 14.08.2024.

14. Лабинская А.С., Блинкова Л.П., Ещина А.С. Общая и санитарная микробиология с техникой микробио­ логических исследований. СПб.: Лань, 2016. 588 с.

15. Фадейкина О.В., Касина И.В., Ермолаева Т.Н., Волкова Р.А., Давыдов Д.С., Немировская Т.И., Климов В.И., Борисе­ вич И.В., Мовсесянц А.А. Проблемы оценки общей концентрации микробных клеток с применением отраслевого стандартного образца мутности бактериальных взвесей // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. Т. 11. № 2. С. 268-273.

16. Егорова С.А., Кулешов К.В., Кафтырева Л.А. Современные методы субтипирования сальмонелл при расследовании вспышек сальмонеллеза // Иммунопатология, аллер­ гология, инфектология. 2019. № 3. С. 36-42.

17. Адамс Р. Методы культуры клеток для биохимиков. М.: Мир, 1983. 263 с.

18. Kado CI, Liu ST. Rapid procedure for detection and isolation of large and small plasmids. J Bacteriol. 1981;145(3):1365-1373. doi: 10.1128/jb.145.3.1365-1373.1981

19. Hernández-Salmerón JE, Moreno-Hagelsieb G. FastANI, Mash and Dashing equally differentiate between Klebsiella species. PeerJ. 2022;10:e13784. doi: 10.7717/peerj.13784

20. Копаладзе Р.А. Работа с лабораторными животными в контексте биоэтики – история, современность, перспективы // Успехи физиологических наук. 2004. Т. 35. № 2. С. 92-109.

21. Щелканов М.Ю., Ярыгина М.В., Галкина И.В., Кику П.Ф. Диалектический подход к биомедицинской этике как основа ее имплементации в современных социокультурных условиях // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. 2019. Т. 27. № 4. С. 414-417.

22. Rittershaus ESC, Baek SH, Sassetti CM. The normalcy of dormancy: Common themes in microbial quiescence. Cell Host Microbe. 2013;13(6):643-651. doi: 10.1016/j.chom.2013.05.012

23. Gollan B, Grabe G, Michaux C, Helaine S. Bacterial persisters and infection: Past, present, and progressing. Annu Rev Microbiol. 2019;73:359-385. doi: 10.1146/annurev-micro-020518-115650

24. Zheng EJ, Valeri JA, Andrews IW, et al. Discovery of antibiotics that selectively kill metabolically dormant bacteria. Cell Chem Biol. 2024;31(4):712.e9-728.e9. doi: 10.1016/j.chembiol.2023.10.026

25. Вавилин В.А., Щелканов М.Ю., Локшина Л.Я. Влия­ние диффузии жирных кислот в водной среде на рас­пространение концентрационных химических волн при разложении твердых бытовых отходов // Водные ресурсы. 2001. Т. 28. № 6. С. 756-762.

26. Vavilin VA, Schelkanov MYu, Lokshina LYa, et al. A comparative analysis of a balance between the rates of polymer hydrolysis and acetoclastic methanogenesis during anaerobic digestion of solid waste. Water Sci Technol. 2002;45(10):249-254. doi: 10.2166/wst.2002.0345

27. Романкевич Е.Л. Живое вещество Земли (Биогеохи­ мические аспекты проблемы) // Геохимия. 1988. № 2. С. 292-306.

28. Саенко Г.Н. Металлы и галогены в морских организмах. М.: Наука, 1992; 200 с.

29. Кузнецова Т.А., Запорожец Т.С., Ермакова С.П., Крыжа­новский С.П., Беседнова Н.Н., Щелканов М.Ю. Адъюванты на основе полисахаридов из гидробионтов Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 2023. 326 с.

30. Ким И.Н., Кушнирук А.А. Токсины гидробионтов // Экологическая экспертиза. 2010. № 2. С. 2-64.

31. Губанов Е.П. Ядовитые и опасные гидробионты // Труды ВНИРО. 2015. № 156. С. 91-105.

32. Стоник И.В., Попов Р.С., Цурпало А.П., Дмитренок П.С., Щелканов М.Ю., Орлова Т.Ю. Домоевая кислота в лабораторных культурах диатомовых водорослей рода Pseudo-nitzschia H. Peragallo in H. Peragallo et M. Peragallo, 1900 и пробах моллюсков из российских вод Японского моря и тихоокеанских вод Камчатки // Биология моря. 2023. Т. 49. № 5. С. 313-318. doi: 10.31857/S013434752305011X

33. Barer MR. Viable but non-culturable and dormant bacteria: Time to resolve an oxymoron and a misnomer? J Med Microbiol. 1997;46(8):629-631. doi: 10.1099/00222615-46-8-629

34. Darcan C, Ozkanca R, Idil O, Flint KP. Viable but non-culturable state (VBNC) of Escherichia coli related to EnvZ under the effect of pH, starvation and osmotic stress in sea water. Pol J Microbiol. 2009;58(4):307-317.

35. Dewailly E, Furgal C, Knap A, et al. Indicators of ocean and human health. Can J Public Health. 2002;93(Suppl 1):S34-S38. doi: 10.1007/BF03405116

36. Glöckner FO, Joint I. Marine microbial genomics in Europe: Current status and perspectives. Microb Biotechnol. 2010;3(5):523-530. doi: 10.1111/j.1751-7915.2010.00169.x