Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Адаптация микоплазм к фторхинолонам: модуляция протеома и ге-нотоксичность внеклеточных везикул Acholeplasma laidlawii

Е.С. Медведева^1,2, Т.Ю. Малыгина¹, Н.Б. Баранова^1,2, А.А. Музыкантов^1,2, М.Н. Давыдова¹, О.А. Чернова^1,2, В.М. Чернов^1,2

¹Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН, г. Казань, 420111, Россия

²Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Недавно было установлено, что активное участие в адаптации Acholeplasma laidlawii – микоплазмы, являющейся возбудителем микоплазмозов у растений и животных, а также основным контаминантом клеточных культур, к антимикробным препаратам и патогенезе – принимают внеклеточные везикулы – окруженные мембраной наноструктуры, опосредующие у бактерий секрецию, сигналинг и межклеточную коммуникацию. В настоящей работе впервые показано, что развитие устойчивости A. laidlawii к ципрофлоксацину – широко применяемому для подавления микоплазм препарату группы фторхинолонов – сопровождается значительными изменениями везикулярного протеома, существенная часть которого представлена факторами бактериальной вирулентности, и повышением митотоксичности в отношении клеток эукариот – лимфоцитов периферической крови человека in vitro. Полученные результаты определяют необходимость коррекции системы контроля микоплазмозов и микоплазменных контаминаций клеточных культур с учетом нового типа инфектов – внеклеточных везикул бактерий.

Ключевые слова: микоплазмы, Acholeplasma laidlawii, внеклеточные везикулы, ципрофлоксацин, устойчивость, протеом, факторы вирулентности, генотоксичность, мутагенность

Литература

Борхсениус С.Н., Чернова О.А., Чернов В.М., Вишняков И.Е. Микоплазмы в биологии и медицине XXI века. – СПб: Наука, 2016. – 400 с.
Maniloff J. Phylogeny and Evolution // Molecular biology and pathogenicity of Mycoplasmas / Ed. by Sh. Razin, R. Herrman. – N. Y.: Kluwer Academic/Plenum Publ., 2002. – 572 p.
Razin Sh. The genus Mycoplasma and related genera (Class Mollicutes) // The Prokaryotes. – 2006. – V. 4: Bacteria: Firmicutes, Cyanobacteria. – P. 836–904.
Rottem S., Kosower N.S., Kornspan J.D. Contamination of Tissue Cultures by Mycoplasmas // Biomedical Tissue Culture / Ed. by L. Ceccherini-Nelli, B. Matteoli. – InTech, 2012 – P. 953–978. – doi: 10.5772/51518.
Чернов В.М., Чернова О.А., Санчес-Bега Х.Т., Колпаков А.И., Ильинская О.Н. Микоплазменные контаминации клеточных культур: везикулярный трафик у бактерий и проблема контроля инфектогенов // Acta Naturae. – 2014. – Т. 6, № 3. – С. 43–53.
Mariotti E., D'Alessio F., Mirabelli P., Di Noto R., Fortunato G., Del Vecchio L. Mollicutes contamination: a new strategy for an effective rescue of cancer cell lines // Biologicals. – 2012. – V. 40, No 1. – P. 88–91. – doi: 10.1016/j.biologicals.2011.10.006.
Uphoff C.C., Drexler H. Elimination of mycoplasmas from infected cell lines using antibiotics // Methods Mol. Biol. – 2011. – V. 731. – P. 105–114. – doi: 10.1007/978-1-61779-080-5_9.
Bébéar C.M., Pereyre S., Peuchant O. Mycoplasma pneumoniae: susceptibility and resistance to antibiotics // Future Microbiol. – 2011. – V. 6, No 4. – P. 423–431. – doi: 10.2217/fmb.11.18.
Uphoff C.C., Drexler H.G. Detection of mycoplasma contaminations // Meth. Mol. Biol. – 2013. – V. 946. – Р. 1–13. – doi: 10.1007/978-1-62703-128-8_1.
Чернов В.М., Чернова О.А., Горшков О.В., Баранова Н.Б., Музыкантов А.А., Нестерова Т.Н., Пономарева А.А. Взаимодействие микоплазм и растений: экстраклеточные мембранные везикулы и фитопатогенность Acholeplasma laidlawii PG8 // Докл. РАН. – 2013. – Т. 450, № 4. – С. 483–487. – doi: 10.7868/S086956521316024X.
Windsor H.M., Windsor G.D., Noordergraaf J.H. The growth and long term survival of Acholeplasma laidlawii in media products used in biopharmaceutical manufacturing // Biologicals. – 2010. – V. 38, No 2. – P. 204–210. – doi: 10.1016/j.biologicals.2009.11.009.
Kulp A., Kuehn M.J. Biological functions and biogenesis of secreted bacterial outer membrane vesicles // Annu. Rev. Microbiol. – 2010. – V. 64. – P. 163–184. – doi: 10.1146/annurev.micro.091208.073413.
Manning A.J., Kuehn M.J. Contribution of bacterial outer membrane vesicles to innate bacterial defense // BMC Microbiol. – 2011. – V. 11. – Art. 258, P. 1–14. – doi: 10.1186/1471-2180-11-258.
Medvedeva E.S., Baranova N.B., Mouzykantov A.A., Grigorieva (Malygina) T.Y., Davydova M.N., Trushin M.V., Chernova O.A., Chernov V.M. Adaptation of mycoplasmas to antimicrobial agents: Acholeplasma laidlawii extracellular vesicles mediate the export of ciprofloxacin and a mutant gene related to the antibiotic target // Sci. World J. – 2014. – V. 2014. – Art. 150615, P. 1–7. – doi: 10.1155/2014/150615.
Чернов В.М., Чернова О.А., Медведева Е.С., Сорвина А.И., Давыдова М.Н., Рогова М.А., Серебрякова М.В. Ответные реакции клеток Acholeplasma laidlawii PG8 на холодовой шок и окислительный стресс: протеомный анализ и стресс-реактивные белки микоплазмы // Докл. РАН. – 2010. – Т. 432, № 5. – С. 708–711.
Чернов В.М., Чернова О.А., Медведева Е.С., Давыдова М.Н. Адаптация микоплазм к условиям среды: особенности реорганизации протеома у Acholeplasma laidlawii PG8 при длительном воздействии стрессоров // Докл. РАН. – 2011. – Т. 438, № 4. – С. 562–565.
Медведева Е.С., Баранова Н.Б., Музыкантов А.А., Григорьева Т.Ю., Давыдова М.Н., Чернова О.А., Чернов В.М. Экстраклеточные везикулы микоплазм и формирование устойчивости бактерий к фторхинолонам // Докл. РАН. – 2014. – Т. 454, № 6. – С. 725–728. – doi: 10.7868/S0869565214060255.
Chernov V.M., Chernova O.A., Mouzykantov A.A., Efimova I.R., Shaymardanova G.F., Medvedeva E.S., Trushin M.V. Extracellular vesicles derived from Acholeplasma laidlawii PG8 // Sci. World J. – 2011. – V. 11 – P. 1120–1130. – doi: 10.1100/tsw.2011.109.
Chernov V.M., Chernova O.A., Medvedeva E.S., Mouzykantov A.A., Ponomareva A.A., Shaymardanova G.F., Gorshkov O.V., Trushin M.V. Unadapted and adapted to starvation Acholeplasma laidlawii cells induce different responses of Oryza sativa, as determined by proteome analysis // J. Proteomics. – 2011. – V. 74, No 12. – P. 2920–2936. – doi: 10.1016/j.jprot.2011.07.016.
Музыкантов А.А., Баранова Н.Б., Медведева Е.С., Григорьева Т.Ю., Чернова О.А., Чернов В.М. Экспортируемые белки микоплазм: протеом экстраклеточных мембранных везикул Acholeplasma laidlawii PG8 // Докл. РАН. – 2014. – Т. 455, № 1. – С. 99–104. – doi: 10.7868/S086956521407024X.
Медведева Е.С., Давыдова М.Н., Музыкантов А.А., Баранова Н.Б., Григорьева Т.Ю., Синягина М.Н., Булыгина Е.А., Чернова О.А., Чернов В.М. Геномный и протеомный профили штаммов A. laidlawii, различающихся по чувствительности к ципрофлоксацину // Докл. РАН. – 2016. – Т. 466, № 2. – С. 228–232. – doi: 10.7868/S0869565216020274.
Chernov V.M., Mouzykantov A.A,, Baranova N.B., Medvedeva E.S., Grygorieva T.Y., Trushin M.V., Vishnyakov I.E., Sabantsev A.V., Borchsenius S.N., Chernova O.A. Extracellular membrane vesicles secreted by mycoplasma Acholeplasma laidlawii PG8 are enriched in virulence proteins // J. Proteomics. – 2014. – V. 110. – P. 117–128. – doi: 10.1016/j.jprot.2014.07.020.
Lee E.Y., Choi D.Y., Kim D.K. Gram–positive bacteria produce membrane vesicles: proteomics-based characterization of Staphylococcus aureus-derived membrane vesicles // Proteomics. – 2009. – V. 9, No 24. – P. 5425–5436. – doi: 10.1002/pmic.200900338.
Прохорова И.М., Фомичёва П.Н., Ковалёва М.И. Оценка митотоксического и мутагенного действия факторов окружающей среды. — Ярославль: Яросл. гос. ун-т, 2003. – 32 с.
Lazarev V.N., Levitskii S.A., Basovskii Y.I., Chukin M.M., Akopian T.A., Vereshchagin V.V., Kostrjukova E.S., Kovaleva G.Y., Kazanov M.D., Malko D.B., Vitreschak A.G., Sernova N.V., Gelfand M.S., Demina I.A., Serebryakova M.V., Galyamina M.A., Vtyurin N.N., Rogov S.I., Alexeev D.G., Ladygina V.G., Govorun V.M. Complete genome and proteome of Acholeplasma laidlawii // J. Bacteriol. – 2011. – V. 193, No 18. – P. 4943–4953. – doi: 10.1128/JB.05059-11.
Clements M.O., Eriksson S., Thompson A., Lucchini S., Hinton J.C., Normark S., Rhen M. Polynucleotide phosphorylase is a global regulator of virulence and persistency in Salmonella enterica // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 2002. – V. 99, No 13. – P. 8784–8789.
Henderson B., Martin A. Bacterial moonlighting proteins and bacterial virulence // Curr. Top. Microbiol. Immunol. – 2013. – V. 358. – P. 155–213. – doi: 10.1007/82_2011_188.
Thomas C.M., Jacobs E., Dumke R. Characterization of pyruvate dehydrogenase subunit B and enolase as plasminogen-binding proteins in Mycoplasma pneumoniae // Microbiology. – 2013. – V. 159, Pt. 2. – P. 352–365. – doi: 10.1099/mic.0.061184-0.
Goulhen F., Hafezi A., Uitto V.J., Hinode D., Nakamura R., Grenier D., Mayrand D. Subcellular localization and cytotoxic activity of the GroEL-like protein isolated from Actinobacillus actinomycetemcomitans // Infect. Immun. – 1998. – V. 66, No 11. – P. 5307–5313.
De Rycke J., Ducommun B. Bacterial cyclostatin, or how do bacteria manipulate the eukaryotic cell cycle // Med. Sci. (Paris). – 2003. – V. 19, No 11. – P. 1128–1136.
Smitherman L.S., Minnick M.F. Bartonella bacilliformis GroEL: Effect on growth of human vascular endothelial cells in infected cocultures // Ann. N. Y. Acad. Sci. – 2005. – V. 1063. – P. 286–298.
Li Z.T., Zhang R.L., Bi X.G., Xu L., Fan M., Xie D., Xian Y., Wang Y., Li X.J., Wu Z.D., Zhang K.X. Outer membrane vesicles isolated from two clinical Acinetobacter baumannii strains exhibit different toxicity and proteome characteristics // Microb. Pathog. – 2015. – V. 81. – P. 46–52. – doi: 10.1016/j.micpath.2015.03.009.
Jeon H., Oh M.H., Jun S.H., Kim S.I., Choi C.W., Kwon H.I., Na S.H., Kim Y.J., Nicholas A., Selasi G.N., Lee J.C. Variation among Staphylococcus aureus membrane vesicle proteomes affects cytotoxicity of host cells // Microb. Pathog. – 2016. – V. 93. – P. 185–193. – doi: 10.1016/j.micpath.2016.02.014.

Поступила в редакцию

16.02.17

Медведева Елена Сергеевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярных основ патогенеза; ассистент кафедры генетики

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН