mvjrМедицинский вестник Юга РоссииMedical Herald of the South of Russia2219-80752618-7876The Rostov State Medical University10.21886/2219-8075-2020-11-2-94-101mvjr-1052Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESИзучение биопленок штаммов V. cholerae на поверхностях биотических и абиотических субстратов с помощью MALDI-ToF масс-спектрометрииStudy of biofilms by V. cholerae strains on the surfaces of biotic and abiotic substrates using mass spectrometryhttps://orcid.org/0000-0001-8086-376XПолееваМ. В.PoleevaM. V.

Полеева Марина Владимировна, научный сотрудник

Ростов-на-Дону

Marina V. Poleeva, researcher of Research

Rostov-on-Don

marina-akulova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4059-2878ЧемисоваО. С.ChemisovaO. S.

Чемисова Ольга Сергеевна, к.б.н., врио зав. лабораторией

Ростов-на-Дону

Olga S. Chemisova, Cand. Sci. (Bio), the acting head laboratory Research

Rostovon-Don

chemisova@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5814-2947МеньшиковаЕ. А.MenshikovaE. A.

Меньшикова Елена Аркадьевна, к.б.н., старший научный сотрудник

Ростов-на-Дону

Elena A. Menshikova, Cand. Sci. (Bio), senior researcher оf Research

Rostov-on-Don

super.monika2007@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8235-3288СагакянцМ. М.SagakyantsM. M.

Сагакянц Маргарита Мардиросовна, научный сотрудник

Ростов-на-Дону

Margaret M. Sagakyants, researcher of Research

Rostov-on-Don

margsagak@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5268-0499КурбатоваЕ. М.KurbatovaE. M.

Курбатова Екатерина Михайловна, научный сотрудник

Ростов-на-Дону

Ekaterina M. Kurbatova, researcher of Research

Rostov-on-Don

kat2080@yandex.ruРостовский-на-Дону противочумный институт РоспотребнадзораРоссияResearch Institute for Plaque ControlRussian Federation20203006202011294101Copyright © Полеева М.В., Чемисова О.С., Меньшикова Е.А., Сагакянц М.М., Курбатова Е.М., 20202020Полеева М.В., Чемисова О.С., Меньшикова Е.А., Сагакянц М.М., Курбатова Е.М.Poleeva M.V., Chemisova O.S., Menshikova E.A., Sagakyants M.M., Kurbatova E.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.medicalherald.ru/jour/article/view/1052Цель

Цель: идентификация и сравнительное изучение белковых спектров биопленок холерных вибрионов методом MALDI-ToF масс-спектрометрии.

Материалы и методы

Материалы и методы: исследованы штаммы V. cholerae О1, выделенные из разных источников. Методы: бактериологический, масс-спектрометрический.

Результаты

Результаты: масс-спектрометрический анализ показал невозможность идентификации штаммов из планктонных проб и из биопленок на хитине и пластике. После культивирования штаммов биопленки и планктона все они были отнесены к виду V. cholerae c показателями Score выше 2,300. Сравнительный анализ MALDI-ToF масс-спектров различных вариантов культур V. cholerae выявил различия, в то же время сохранялись общие пики, отличающиеся по интенсивности.

Выводы

Выводы: все пробы культур холерных вибрионов, взятые в анализ после культивирования на питательной среде, были достоверно идентифицированы с высоким показателем Score. В результате сравнительного анализа белковых масс-спектров по величине масса/заряд и относительной интенсивности пиков не выявлено белков, характерных только для планктонных культур или биопленок холерных вибрионов. Показана стабильность фенотипических свойств холерного вибриона независимо от формы его существования и высокая достоверность метода MALDI-ToF масс-спектрометрии для идентификации как планктонных, так и биопленочных форм V. сholeraе при сохранении протокола исследования и бактериологическом высеве.

Objective

Objective: identification and comparative study of protein spectra of Vibrio cholerae biofilms by MALDI-ToF mass spectrometry.

Materials and methods

Materials and methods: V. cholerae O1 strains isolated from different sources were studied. Methods: bacteriological, mass spectrometry.

Results

Results: mass spectrometric analysis showed that it was impossible to identify strains from “plankton” samples and from chitin and plastic plates. After culturing the biofilm and plankton strains, all of them were assigned to the V. cholerae species with a Score above 2,300. A сomparative analysis of MALDI-ToF mass spectra of different variants of V. cholera cultures revealed differences, while general peaks with different intensity were maintained.

Conclusions

Conclusions: all samples of V. cholerae cultures taken for analysis aft er culture on a nutrient medium were reliably identified with a high Score. As a result of comparative analysis of protein mass spectra by the m/z value and relative intensity of peaks, no proteins characteristic only for plankton cultures or biofilms of V. cholerae were detected. The stability of the phenotypic properties of V. cholerae regardless of its form of existence and the high reliability of the MALDI-ToF mass spectrometry method for identifying both planktonic and biofilm forms of V. cholerae with the preservation of the research protocol and bacteriological culturation.

V. сholeraемасс-спектрометриябиопленкапланктондендрограммакомпозитный индекс корреляцииV. choleraemass spectrometrybiofilmplanktondendrogramcomposite correlation indexReferencesAhmed A.H., El Bayomi R.M., Hussein M.A., Khedr M.H.E., Remela A.E.M., El-Ashram A.M.M. Molecular characterization, antibiotic resistance pattern and biofi lm formation of Vibrio parahaemolyticus and V. cholerae isolated from crustaceans and humans // International Journal of Food Microbiology. – 2018. – V.274. – P.31-37. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2018.03.013Ahmed A.H, El Bayomi R.M, Hussein M.A, Khedr M.H.E, Remela A.E.M, El-Ashram A.M.M. Molecular characterization, antibiotic resistance pattern and biofi lm formation of Vibrio parahaemolyticus and V. cholerae isolated from crustaceans and humans. International Journal of Food Microbiology. 2018;274:31-37. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2018.03.013Song X., Ma Y., Fu J., Zhao A., Guo Z., et al. Effect of temperature on pathogenic and non-pathogenic Vibrio parahaemolyticus biofilmformation // Food Control. – 2017. – V.7. P.485-491. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2016.08.041Song X, Ma Y, Fu J, Zhao A, Guo Z, et al. Effect of temperature on pathogenic and non-pathogenic Vibrio parahaemolyticus biofilmformation. Food Control. 2017;7:485-491. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2016.08.041Brooun A., Liu S., Lewis K. A dose-response study of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. – 2000. – V. 44(3). – P. 640-646. https://doi.org/10.1128/aac.44.3.640-646.2000Brooun A, Liu S, Lewis K. A dose-response study of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2000;44(3):640-646. https://doi.org/10.1128/aac.44.3.640-646.2000Ashrafudoulla M., Furkanur M., Mizan R., Park H., Byun K.-H., et al. Genetic Relationship, Virulence Factors, Drug Resistance Profi le and Biofi lm Formation Ability of Vibrio parahaemolyticus Isolated From Mussel // Front Microbiol. – 2019. – V. 10. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00513Ashrafudoulla M, Furkanur M, Mizan R, Park H, Byun K.-H, et al. Genetic Relationship, Virulence Factors, Drug Resistance Profi le and Biofi lm Formation Ability of Vibrio parahaemolyticus Isolated From Mussel. Front Microbiol. 2019;10 https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00513Matz C., McDougald D., Moreno A.M., Yung P.Y., Yildiz F.H., Kjelleberg S. Biofi lm formation and phenotypic variation enhance predation-driven persistence of Vibrio choleraе // Proc Natl Acad Sci USA. – 2005. – V.102(46). – P.16819-16824. https://doi.org/10.1073/pnas.0505350102Matz C, McDougald D, Moreno A.M, Yung P.Y, Yildiz F.H, Kjelleberg S. Biofi lm formation and phenotypic variation enhance predation-driven persistence of Vibrio choleraе. Proc Natl Acad Sci USA. 2005;102(46):16819-16824. https://doi.org/10.1073/pnas.0505350102Tamayo R., Patimall Bh., Camilli A. Growth in a Biofi lm Induces a Hyperinfectious Phenotype in Vibrio cholerae // Infect Immun. – 2010. – V.78(8). – P.3560-3569. https://doi.org/10.1128/iai.00048-10Tamayo R, Patimall Bh, Camilli A. Growth in a Biofi lm Induces a Hyperinfectious Phenotype in Vibrio cholerae. Infect Immun. 2010;78(8):3560-3569. https://doi.org/10.1128/iai.00048-10Nalin D.R., Daya V., Reid A., Levine M.M., Cisneros L. Adsorption and growth of on chitin. // Infect Immun. – 1979. – V.25. – P.768-770. https://doi.org/10.1128/iai.25.2.768-770.1979Nalin D.R, Daya V, Reid A, Levine M.M, Cisneros L. Adsorption and growth of on chitin. Infect Immun. 1979;25:768-770. https://doi.org/10.1128/iai.25.2.768-770.1979Zhu J., Mekalanos J.J. Quorum sensing-dependent biofilms enhance colonization in Vibrio cholerae // Dev Cell. – 2003. – V.5. – P.647-656. https://doi.org/10.1016/s1534-5807(03)00295-8Zhu J, Mekalanos J.J. Quorum sensing-dependent biofilms enhance colonization in Vibrio cholerae. Dev Cell. 2003;5:647-656. https://doi.org/10.1016/s1534-5807(03)00295-8Нirai H., Takada H., Ogata Y., Yamashita R., Mizukawa K., etal. Organic micropollutants in marine plastics debris from the open ocean and remote and urban beaches // Mar Pollut Bull. – 2011. – V.62(8). – P.1683-1692. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.06.004Нirai H, Takada H, Ogata Y, Yamashita R, Mizukawa K, et al. Organic micropollutants in marine plastics debris from the open ocean and remote and urban beaches. Mar Pollut Bull. 2011;62(8):1683-1692. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.06.004Zettler E.R., Mincer T.J., Amaral-Zettler L.A. Life in the «Plastisphere»: Microbial Communities on Plastic Marine Debris // Environ Sci Technol. – 2013. V.47(13). – P.7137-7146. https://doi.org/10.1021/es401288xZettler E.R, Mincer T.J, Amaral-Zettler L.A. Life in the «Plastisphere »: Microbial Communities on Plastic Marine Debris. Environ Sci Technol. 2013;47(13):7137-7146. https://doi.org/10.1021/es401288xОсовская И.И., Будилина Д.Л., Тарабукина Е.Б., Нудьга Л.А. Хитин-глюкановые комплексы. Физико-химические свойства и молекулярные характеристики. Под. ред. Полторацкого Г.М. – СПб.: ГОУВПО СПбГТУРП; 2010.Osovskaya I.I., Budilina D.L., Tarabukina E.B., Nud’ga L.A. Khitin-glyukanovye kompleksy. Fiziko-khimicheskie svoystva i molekulyarnye kharakteristiki. eds. Poltoratskii G.M. Saint Petersburg: GOUVPO SPbGTURP; 2010. (In Russ.).Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я., Саппо С.Г., Миронова Л.В., Марков Е.Ю. и др. Биопленка холерного вибриона: получение, характеристика и роль в резервации возбудителя в водной окружающей среде // Журн. микробиол. – 2015, №1. – С.3-11. eLIBRARY ID: 25592654.Kulikalova E.S., Urbanovich L.Ya., Sappo S.G., Mironova L.V., Markov E.Yu. i dr. Biofi lm of Vibrio cholerae: obtaining, characterization and role in the agent reservation in water environment. Zhurn. mikrobiol. 2015;1:3-11. (In Russ.). eLIBRARY ID: 25592654.Kull S., Pauly D., Stormann B., Kirchner S., Stommler M., etmunoaffi nity Enrichment and Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization Mass Spectrometry // Anal Chem. – 2010. – V.82(7). – P.2910-2924. https://doi.org/10.1021/ac902909rKull S, Pauly D, Stormann B, Kirchner S, Stommler M, et al. Multiplex Detection of Microbial and Plant Toxins by Immunoaffi nity Enrichment and Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry. Anal Chem. 2010;82(7):2910-2924. https://doi.org/10.1021/ac902909rGagnaire J., Dauwalder O., Boisset S., Khau D., Freydière A.- M., et al. Detection of Delta-Toxin Production by Whole-Cell MALDI-TOF Mass Spectrometry // PLoS One. – 2012. 7(7). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040660Gagnaire J, Dauwalder O, Boisset S, Khau ., Freydière A.-M, et al. Detection of Delta-Toxin Production by Whole-Cell MALDI-TOF Mass Spectrometry. PLoS ONE. 2012;7(7). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040660Fagerquist K.C., Zaragozа J.W., Bacteriophage cell lysis of Shiga toxin-producing Escherichia coli for top-down proteomic identifi cation of Shiga toxins 1 & 2 using matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-fl ight mass spectrometry // Rapid Commun Mass Spectrom. – 2016. – V.30(6). – P.671-680. https://doi.org/10.1002/rcm.7507Fagerquist K.C, Zaragozа J.W, Bacteriophage cell lysis of Shiga toxin-producing Escherichia coli for top-down proteomic identifi cation of Shiga toxins 1 & 2 using matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-fl ight mass spectrometry // Rapid Commun Mass Spectrom. 2016;30(6):671-680. https://doi.org/10.1002/rcm.7507Бочарова Ю.А., Чеботарь И.В., Маянский Н.А. Возможности, проблемы и перспективы масс-спектрометрических технологий в медицинской микробиологии (обзор литературы)// Клин лаб диагностика. – 2016. – Т. 61, №4. – С.249-256. https://doi10.18821/0869-2084-2016-61-4-249-256Bocharova Yu.A, Chebotar I.V, Mayanskii N.A. Th e possibilities, problems and perspectives of mass-spectrometry in medical microbiology: publications review. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika. 2016;61(4):249-256. (In Russ.). https://doi10.18821/0869-2084-2016-61-4-249-256.Kuhns M., Zautner A.E., Rabsch W., Zimmermann O., Weig M., Bader O, Groß U. Rapid discrimination of Salmonella enterica serovar Typhi from other serovars by MALDI-TOF mass spectrometry // PLoS One. – 2012. – V.7(6). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040004Kuhns M, Zautner A.E, Rabsch W, Zimmermann O, Weig M, Bader O, Groß U. Rapid discrimination of Salmonella enterica serovar Typhi from other serovars by MALDI-TOF mass spectrometry. PLoS One. 2012;7(6). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040004Allegrucci M., Hu F.Z., Shen K., Hayes J., Ehrlich G.D., Post J.C., Sauer K. Phenotypic characterization of Streptococcus pneumoniae biofi lm development // J Bacteriol. – 2006. – V.188(7). – P.2325-2335. https://doi.org/10.1128/jb.188.7.2325-2335.2006Allegrucci M, Hu FZ, Shen K, Hayes J, Ehrlich GD, Post JC, Sauer K. Phenotypic characterization of Streptococcus pneumoniae biofi lm development. J Bacteriol. 2006;188(7):2325-2335. https://doi.org/10.1128/jb.188.7.2325-2335.2006Shin J.H., Lee H.W., Kim S.M., Kim J. Proteomic analysis of Acinetobacter baumannii in biofi lm and planktonic growth mode // J Microbiol. – 2010. – V.47(6). – P.728-735. http://doi.org/10.1007/s12275-009-0158-yShin J.H, Lee H.W, Kim S.M, Kim J. Proteomic analysis of Acinetobacter baumannii in biofi lm and planktonic growth mode. J. Microbiol. 2010;47(6):728-735. http://doi.org/10.1007/s12275-009-0158-yPark A.J., Murphy K., Krieger J.R., Brewer D., Taylor P., Habash M., Khursigara C.M. A temporal examination of the planktonic and biofi lm proteome of whole cell Pseudomonas aeruginosa PA O1 using quantitative mass spectrometry // Mol Cell Proteomics. – 2014. – V.13(4). – P.1095-105. https://doi.org/10.1074/mcp.m113.033985Park AJ, Murphy K, Krieger JR, Brewer D, Taylor P, Habash M, Khursigara CM. A temporal examination of the planktonic and biofi lm proteome of whole cell Pseudomonas aeruginosa PA O1 using quantitative mass spectrometry. Mol Cell Proteomics. 2014;13(4):1095-105. https://doi.org/10.1074/mcp.m113.033985Thomas D.P., Bachmann S.P., Lopez-Ribot J.L. Proteomics for the analysis of the Candida albicans biofi lm lifestyle // Proteomics. 2006. Vol. 6(21). PP. 5795-5804. https://doi.org/10.1002/pmic.200600332Th omas D.P, Bachmann S.., Lopez-Ribot J.L. Proteomics for the analysis of the Candida albicans biofi lm lifestyle. Proteomics. 2006;6(21):5795-5804. https://doi.org/10.1002/pmic.200600332Титова С.В., Веркина Л.М. Моделирование биопленок холерного вибриона на твердых поверхностях (стекло и пластик) и визуализация их в световом и люминисцентном микроскопах // Клиническая и лабораторная диагностика. – 2016. – Т.61,№4. – C.238-241. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2016-61-2-238-241Titova S.V., Verkina L.M. Th e modeling of biofi lms of comma bacillus on solid surfaces (glass and plastic) and their visualization in light and luminescent microscopes. Klinicheskaya i laboratornaya diagnostika. 2016;61(4):238-241. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2016-61-2-238-241Попов Д.А., Овсеенко С.Т., Вострикова Т.Ю. Экспрессидентификация положительных гемокультур с помощью метода прямой MALDI-TOF-масс-спектрометрии // Анестезиология и реаниматология. – 2015. – Т.60,№5. – С.71- 75. eLIBRARY ID: 24379920Popov D.A., Ovseenko S.T., Vostrikova T.Yu. Express identifi cation of positive blood cultures using direct MALDITOF mass spectrometry. Anesteziologiya i reanimatologiya. 2015;60(5):71-75. (In Russ.). eLIBRARY ID: 24379920Ferreira L., Sanchez-Juanes F., Gonzalez-Avila M., Cembrero-Fucinos D., et al. Direct identifi cation of urinary tract pathogens from urine samples by matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry // J Clin Microbiol. – 2010. – V.48(6). – P.2110-2115. https://doi.org/10.1128/jcm.02215-09Ferreira L, Sanchez-Juanes F, Gonzalez-Avila M, Cembrero-Fucinos D, et al. Direct identifi cation of urinary tract pathogens from urine samples by matrix-assisted laser desorption ionization-time of fl ight mass spectrometry. J Clin Microbiol. 2010;48(6):2110-2115. https://doi.org/10.1128/jcm.02215-09

The authors declare that there are no conflicts of interest present.