Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; : 18-25
Протеомное профилирование штаммов Yersinia pestis, циркулирующих на территории природных очагов чумы Северного Кавказа и Закавказья
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-4-18-25Аннотация
Цель. Создание базы данных масс-спектров штаммов Yersinia pestis, позволяющей дифференцировать штаммы основного и кавказского подвидов возбудителя чумы методом MALDI-TOF MS. Материалы и методы. Методом MALDI-TOF масс-спектрометрии было исследовано 50 штаммов Yersinia pestis, выделенных на территории 7 природных очагов чумы Кавказа и Закавказья в период 1950-2012 г. Снятие масс-спектров экстрактов клеток Y. pestis проводили с использованием масс-спектрометра Microflex LT «Bruker Daltonics». Результаты обрабатывали и анализировали в программах «FlexAnalysis» и MALDI Biotyper v. 3.0. Результаты. Показано, что масс-спектры имеют характерные особенности, позволяющие дифференцировать штаммы основного (pestis) и неосновного подвидов. Выявлены пики, характерные для каждого подвида, наличие у Y. Pestis подвида caucasica пиков, характерных для предковой формы — Y. pseudotuberculosis указывает на древнее происхождение этой группы, что согласуется в данными молекулярно-генетического и WGS анализа, приведенными в публикациях отечественных и зарубежных авторов. Заключение. Показана возможность применения метода MALDI-TOF масс-спектрометрии для быстрой дифференциации штаммов чумы основного и неосновного подвида, имеющих разное значение в развитии и поддержании эпизоотического процесса в природных очагах чумы, а также разную вирулентность для человека. Идентификация штамма до уровня подвида требует проведения культуральных и биохимических тестов, которые могут занять несколько суток. Предлагаемый метод позволяет провести дифференциацию и получить результат уже через полчаса после получения чистой культуры.
Список литературы
1. Ерошенко Г.А., Краснов Я.М., Носов Н.Ю., Куклева Л.М., Никифоров К.А., Оглодин Е.Г., Кутырев В.В. Совершенствование подвидовой классификации Yersinia pestis на основе данных полногеномного секвенирования штаммов из России и сопредельных государств. Проблемы особо опасных инфекций. 2015, 4: 58-64.
2. Попов Н.В., Безсмертный В.Е., Матросов А.Н., Князева Т.В., Кузнецов А.А., Федоров Ю.М., Попов В.П., Вержуцкий Д.Б., Корзун В.М., Косилко С.А., Чипанин Е.В., Дубянский В.М., Малецкая О.В., Григорьев М.П., Зенкевич Е.С., Топорков В.П., Балахонов С.В., Куличенко А.Н., Кутырев В.В. Эпизоотическая активность природных очагов чумы Российской Федерации в 2015 г. и прогноз на 2016 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2016, 1: 13-19.
3. МУ 4.2.2940-11 «Порядок организации и проведения лабораторной диагностики чумы для лабораторий территориального, регионального и федерального уровней». М., 2011.
4. СП 1.3.3118-13 «Безопасность работы с микроорганизмами I-II групп патогенности (опасности)». М., 2013.
5. Clark A., Kaleta E. Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization—Time of Flight Mass Spectrometry: a Fundamental Shift in the Routine Practice of Clinical Microbiology. Clinical Microbiology Reviews. 2013, 3: 547-603.
6. Cui Y., Yu C., Yan Y. et al. Historical variation in mutational rate in an epidemic pathogen Yersinia pestis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, 110(2): 577-582.
7. Lasch P., Nattermann H., Elchard M. et al. MALDI-TOF mass-spectrometry compatible inactivation method for highly pathogenic microbial cells and spores. Analytical chemistry. 2008, 80: 2026-2034.
8. Lasch P., Drevinek M., Nattermann H. et al. Characterization of Yersinia using MALDI-TOF massspectrometry and chemometrics. Analytical chemistry. 2010, 82: 206 -210.
9. Lasch P., Grunow R., Antonation K. et al. Inactivation techniques for MALDI-TOF MS analysis of highly pathogenic bacteria — A critical review. Trends in Analytical Chemistry. 2016, 1: 13-15
10. Le Fléche P., Hauck Y., L. et al. A tandem repeats database for bacterial genomes: application to the genotyping of Yersinia pestis and Bacillus anthracis. BMC Microbiology. 2001, 1: 23-34.
11. Li I., Cui Y., Hauck Y. et al. Genotyping and Phylogenetic Analysis of Yersinia pestis by MLVA: Insights into the Worldwide Expansion of Central Asia Plague Foci. РLoS ONE. 2009, 4: 45-53.
12. Panda A. MALDI-TOF mass spectrometry for rapid identification of clinical fungal isolates based on ribosomal protein biomarkers. Journal of microbiological methods. 2015, 109: 93-105.
13. Salman M.D., Steneroden K. Important Public Health Zoonoses through cattle. Zoonoses-Infectioms affecting humans and animals. Springer Nethrlands. 2015, 1: 3-22.
14. Van Veen S.Q., Claas E.C.J., Kuijper E.J. High-throughput identification of bacteria and yeast by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry in conventional medical microbiology laboratories. J. Clin. Microbiol. 2010, 3: 900-907.
15. Woron A.M., Nazarian E.J., Egan C. et al. Development and evaluation of a 4-target multiplex real-time polymerase chain reaction assay for the detection and characterization of Yersinia pestis. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 2006, 56: 261—268.
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2019; : 18-25
Proteomic profiling of Yersinia pestis strains circulating in the area of natural plague foci of North Caucasus and Transcaucasia
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-4-18-25Abstract
Aim. To create a database of mass spectra of Yersinia pestis strains, which will differentiate the strains of the main and Caucasian subspecies of the plague agent by MALDI-TOF MS. Materials and methods. MALDITOF mass spectrometry was used to study 50 strains of Y. pestis, isolated on the territory of 7 natural plague foci of the Caucasus and Transcaucasia in the period 1950-2012. The removal of mass spectra of extracts of cells of Y. pestis was performed using the mass spectrometer Microflex LT «Bruker Daltonics». The results were processed and analyzed in FlexAnalysis programs, аnd MALDI Biotyper V. 3.0. Results. Тhis study showed that mass spectra have characteristic features that allow differentiating strains of the main (Y. pestis pestis) and subspecies (Y. pestis caucasica). Peaks characteristic of each subspecies were detected. The presence in Y. pestis caucasica subspecies peaks characteristic of the ancestral form — Y. pseudotuberculosis indicates the ancient origin of this group, which is consistent with the data of molecular genetic and WGS analysis given in other publications. Conclusion. Тhis work shows the possibility of applying the MALDI-TOF method of mass spectrometry for rapid differentiation of strains of the main subspecies Y. pestis pestis from the subspecies Y. pestis caucasica, which have different significance in the development and maintenance of the epizootic process in natural plague foci as well as different virulence for humans. Identification of the strain to the subspecies level requires carrying out culture and biochemical tests, which can take several days. The proposed method makes it possible to differentiate and obtain a result within half an hour after receiving a pure culture.
References
1. Eroshenko G.A., Krasnov Ya.M., Nosov N.Yu., Kukleva L.M., Nikiforov K.A., Oglodin E.G., Kutyrev V.V. Sovershenstvovanie podvidovoi klassifikatsii Yersinia pestis na osnove dannykh polnogenomnogo sekvenirovaniya shtammov iz Rossii i sopredel'nykh gosudarstv. Problemy osobo opasnykh infektsii. 2015, 4: 58-64.
2. Popov N.V., Bezsmertnyi V.E., Matrosov A.N., Knyazeva T.V., Kuznetsov A.A., Fedorov Yu.M., Popov V.P., Verzhutskii D.B., Korzun V.M., Kosilko S.A., Chipanin E.V., Dubyanskii V.M., Maletskaya O.V., Grigor'ev M.P., Zenkevich E.S., Toporkov V.P., Balakhonov S.V., Kulichenko A.N., Kutyrev V.V. Epizooticheskaya aktivnost' prirodnykh ochagov chumy Rossiiskoi Federatsii v 2015 g. i prognoz na 2016 g. Problemy osobo opasnykh infektsii. 2016, 1: 13-19.
3. MU 4.2.2940-11 «Poryadok organizatsii i provedeniya laboratornoi diagnostiki chumy dlya laboratorii territorial'nogo, regional'nogo i federal'nogo urovnei». M., 2011.
4. SP 1.3.3118-13 «Bezopasnost' raboty s mikroorganizmami I-II grupp patogennosti (opasnosti)». M., 2013.
5. Clark A., Kaleta E. Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization—Time of Flight Mass Spectrometry: a Fundamental Shift in the Routine Practice of Clinical Microbiology. Clinical Microbiology Reviews. 2013, 3: 547-603.
6. Cui Y., Yu C., Yan Y. et al. Historical variation in mutational rate in an epidemic pathogen Yersinia pestis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, 110(2): 577-582.
7. Lasch P., Nattermann H., Elchard M. et al. MALDI-TOF mass-spectrometry compatible inactivation method for highly pathogenic microbial cells and spores. Analytical chemistry. 2008, 80: 2026-2034.
8. Lasch P., Drevinek M., Nattermann H. et al. Characterization of Yersinia using MALDI-TOF massspectrometry and chemometrics. Analytical chemistry. 2010, 82: 206 -210.
9. Lasch P., Grunow R., Antonation K. et al. Inactivation techniques for MALDI-TOF MS analysis of highly pathogenic bacteria — A critical review. Trends in Analytical Chemistry. 2016, 1: 13-15
10. Le Fléche P., Hauck Y., L. et al. A tandem repeats database for bacterial genomes: application to the genotyping of Yersinia pestis and Bacillus anthracis. BMC Microbiology. 2001, 1: 23-34.
11. Li I., Cui Y., Hauck Y. et al. Genotyping and Phylogenetic Analysis of Yersinia pestis by MLVA: Insights into the Worldwide Expansion of Central Asia Plague Foci. RLoS ONE. 2009, 4: 45-53.
12. Panda A. MALDI-TOF mass spectrometry for rapid identification of clinical fungal isolates based on ribosomal protein biomarkers. Journal of microbiological methods. 2015, 109: 93-105.
13. Salman M.D., Steneroden K. Important Public Health Zoonoses through cattle. Zoonoses-Infectioms affecting humans and animals. Springer Nethrlands. 2015, 1: 3-22.
14. Van Veen S.Q., Claas E.C.J., Kuijper E.J. High-throughput identification of bacteria and yeast by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry in conventional medical microbiology laboratories. J. Clin. Microbiol. 2010, 3: 900-907.
15. Woron A.M., Nazarian E.J., Egan C. et al. Development and evaluation of a 4-target multiplex real-time polymerase chain reaction assay for the detection and characterization of Yersinia pestis. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 2006, 56: 261—268.
