Овощные культуры как модель для изучения полигостальности Listeria monocytogenes

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Овод А. А., Пушкарева В. И., Годова Г. В., Калашникова Е. А. Овощные культуры как модель для изучения полигостальности Listeria monocytogenes // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2015. – Т. 13. – С. 1146–1150. – URL: http://e-koncept.ru/2015/85230.htm.
Аннотация. На моделях каллусов петрушки изучена способность Listeria monocytogenes EGD и его аттенуированного мутанта, лишенного листериолизина О – L. monocytogenes Δ hly, проникать в растительные ткани на глубину до 32 мкм. С помощью методов световой микроскопии и гистологических исследований выявлено фитопатогенное воздействие на модельные растения L. monocytogenes EGD, в отличие от L. monocytogenes Δ hly. В случае с вирулентным штаммом листерий была обнаружена специфическая реакция растительных клеток в ответ на токсическое действие внутриклеточных паразитов, заключающееся в синтезе веществ фенольной природы. Контаминация овощных культур вирулентными листериями представляет потенциальную угрозу для жизни и здоровья человека и животных.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Овод Артём Артурович,младший научный сотрудник Лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозирования экосистем Российского государственного аграрного университета –МСХА имени К.А.Тимирязева, г. Москваbelosom@rambler.ru

Годова Галина Владимировна,кандидат биологических наук, доцент каф. микробиологии и иммунологии Российского государственного аграрного университета –МСХА имени К.А.Тимирязева, г. Москва

Калашникова Елена Анатольевна,доктор биологических наук, профессор каф. генетики, биотехнологии, селекции и семеноводства Российского государственного аграрного университета –МСХА имени К.А.Тимирязева, г. Москва

Пушкарева Валентина Ивановна,доктор биологических наук, вед. научн. сотр. лаб. экологии возбудителей инфекций ФГБУ Научноисследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Гамалеи Н.Ф. министерства здравоохранения РФ, г. Москва

Овощные культуры как модель для изучения полигостальности Listeriamonocytogenes

Аннотация.На моделях каллусов петрушкиизучена способность Listeria monocytogenes EGD и его аттенуированного мутанта, лишенного листериолизина О –L. monocytogenes Δhly,проникать в растительные ткани на глубину до 32 мкм. С помощью методов световой микроскопии и гистологических исследований выявлено фитопатогенное воздействие на модельные растения L. monocytogenes EGD, в отличие от L. monocytogenes Δ hly. В случаес вирулентным штаммом листерий была обнаружена специфическая реакция растительных клеток в ответ на токсическое действие внутриклеточных паразитов, заключающееся в синтезе веществ фенольной природы. Контаминация овощных культур вирулентными листериями представляет потенциальную угрозудля жизни и здоровья человека и животных.Ключевые слова: Listeria monocytogenes, каллусыпетрушки, листериолизин О, фенольные комплексы.

Листериоз –тяжелое инфекционное заболевание животных и человека с летальностью от 25 до 43%, относящееся к так называемым, эмерджетным инфекциям. Всемирная организация здравоохраненияв 1987 г. отнесла листериоз, вызываемый грамположительными палочками L. monocytogenes, к важным инфекциям пищевого происхождении, несмотря на незначительный удельный вес в структуре инфекций с пищевым путем передачи (от 2000 случаев в год)[14].Для листерий характерна убиквитарность: они распространены в различных почвах, богатых гумусом, соленых и пресных водоемах, сточных водах; регулярно выделяются из гидробионтов, от домашних и диких животных –овец, крупного рогатого скота, свиней, собак, кошек, грызунов, что свидетельствует о полигостальности возбудителя[6,11].Среди факторов передачи листериоза (сыры, колбасы, гидробионты и др.) овощи занимают не главное место, и экспериментальных работ в этом направлении практически нет[7].Важной особенностью листерий является их психрофильность (размножение при температурах холодильников), а также устойчивость к замораживанию, высушиванию, воздействию токов высокой частоты (микроволновые печи)Целью данной работы является исследовать способность листерий (вирулентного EGDи его аттенуированного мутанта Δhly) проникать в толщу каллусной ткани петрушки и определить их поведение внутри растительных клеток модельных растений.Как было указано ранее, в экспериментах были использованы: вирулентный штамм L. monocytogenes EGD, его делетированный мутант Δ hlyс удаленным фактором патогенности –листериолизином О. Листерии культивировали на жидкой и плотной среде BHI (Brain heart infusion), а при высевах из каллусов –на селективной среде Palkam (Himedia) при температуре 300°Св течение 1 –3 суток. Идентификацию и биохимические свойства изолятов листерий из растительных тканей оценивали на тестсистемах APIListeria (Bio –Merieux, Франция). При сомнительных результатах посевов с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), спарой праймеров prs1 –prs2, являющимися родоспецифическими, направляющими амплификацию фрагмента гена prs, кодирующего белок фосфорибозилпирофосфатсинтазу, необходимый в общем метаболизме бактериальной клетки, не связанный с патогенностью. Нуклеотидныепоследовательности Prs1: gca ttg cgt gaa gct ggc gca ac; Prs2: cag aag cat ttt cat gaa c (рис.1).

Рис. 1 Электрофорез (ПЦР каллусов листового салата, контаминированных листериями)

Каллусы петрушки выращивали на среде Мурасиге –Скуга в чашках Петри при влажности воздуха 70%, освещенности 5000 люкс в течение 30 суток[4]. Заражение каллусов для бактериологических исследований проводили с помощью шприца, вводя бактериальную суспензию в агар под каждый каллус в дозе 106м.к./мл. В качестве контроля оставляли каллусы, инокулированные изотоническим раствором NaCl.Для гистологических исследований образцы фиксировали в растворе уксусной кислоты и 95% этилового спирта в течение 3 суток при температуре 22°С, с последующей промывкой в дистиллированной воде. Обезвоживание образцов осуществляли в спиртах в концентрациях от 70 до 960С. После обработки смолами и отвердителями образцы подвергались резке на микротоме Reichertjung (Германия), после чего срезы препаратов подсушивались в течение 5 минут притемпературе 35ºC[10].Микроскопические исследования каллусов проводили в проходящем свете с помощью микроскопа Axio Imager М1 (Zeiss, Германия) при максимальном увеличении х2000. Микрофотоснимки сделаны цифровой камерой AxioCam MRm и обработаны с использованием программы AxioVision.

Растворимые фенольные соединения определяли по методике[5], для чего каллусную ткань петрушки, инфицированную листериями экстрагировали, 96%ным этанолом в течение 1 часа. Далее к 0,5 мл спиртового экстракта растительных клеток добавляли 6,5 мл дистиллированной воды и 0,5 мл реактива ФолинаДениса. Через 3 мин приливали 1 мл насыщенного раствора соды, через 1 час определяли содержание суммы растворимых фенольных соединений при длине волны 725 нм на спектрофотометре SpectroEye (Швейцария). Статистическая обработка проводилась по программе Microsoft Office Excel 2007 (Microsoft, 2007).Взаимодействие листерий с растительными клетками агрокультур исследовали в динамике: через 18, 24 и 36 часов после заражения. В первые сутки морфология каллусов, зараженных L.monocytogenesкак вирулентным, так и аттенуированным штаммом оставалась без изменений. Большую часть клетки занимала цитоплазма, а на некоторых срезах видны хлоропласты и ядро. Однако отмечено проникновение листерий в межклеточное пространство без видимого повреждения клетокхозяев. В более поздние сроки (48 –72 часа) картина кардинально менялась.При взаимодействии с вирулентными листериями растительные клетки значительно увеличивались в размерах (рис. 2), при этом деформировалась их форма, истончались клеточные стенки, которые образовывали значительное число выпячиваний, либо втягиваний внутрь клеткихозяина. Очевидно, в этот срок активизировался процесс взаимодействия листерий с клетками за счет адгезии на их поверхности, с последующим проникновением бактерий из межклеточного пространства путем лизиса стенок и локализацией внутри вакуолей. Через 72 часа наблюдалась деструкция растительных клеток при значительном скоплении листерий.











Рис. 2.L. monocytogenesEGDв толще каллусной ткани (32 мкм): 1 –фенольные комплексы; 2 –листерии; 3 –отслоение цитоплазмы от клеточной стенки; 4 –деградация клеточных стенок

1234Интересно отметить, что отдельные клетки каллусов в ответ на действие бактерий формировали цитоплазму сэлектронноплотным содержимым, повидимому, за счет синтеза веществ липидной природы, а также формирования фенольных комплексов в ответ на стресс, вызываемый L. monocytogenes.Взаимодействие аттенуированного штамма L. monocytogenes Δ hlyс клетками каллуса не выявило проникновения бактерий за пределы клеточных стенок; они локализовались в межклеточном пространстве, не оказывая цитопатогенного воздействия (рис. 3).











Рис. 3.L. monocytogenesΔhlyв толще каллусной ткани (32мкм): 1 –неразрушенная клетка с внутриклеточными листериями; 2 –межклеточные листерии

Интактные культуры каллусов были представлены морфологически гетерогенными клетками, с четко выраженной клеточной стенкой толщиной около 1 мкм (рис. 4).









Рис. 4.Контрольная культура каллусных тканей

Изучение суммарного содержания растворимых фенольных соединений, образующихся в результате взаимодействия растительных клеток с листериями выявило их наличие во всех вариантах опыта, причем, наибольшее количество наблюдалось в каллусах, инфицированных L. monocytogenes EGD. Содержание 12фенольных комплексов в каллусах, контаминированных аттенуированным штаммом листерий было незначительным (табл.1, рис.5).Таблица 1Суммарное содержание растворимых фенольных соединений в каллусах листовой петрушки при взаимодействии с листериями

Вариант опытаМасса инокулюма, гОбъем экстрагента, млСуммарное содержание растворимых фенольных соединений, мг/гКонтроль0,25107±1,159±1,155±1,15Каллусс + L.monocytogenes EGD0,251023±2,0818±2,0825±2,08Каллус + L.monocytogenes Δhly0,251012±1,4510±1,4515±1,45











Рис. 5. Содержание суммарного числа растворимых фенольных соединений в каллусах листовой петрушки при взаимодействии с листериями

В последние годы патогенез листериозной инфекции связывают с наличием гена hly, кодирующего продукцию листериолизина O, который воздействует на цитоплазматическую мембрану клеток теплокровных животных, а также низших эукариот –простейших[13,8,12]. Однако остаются неизвестными молекулярные механизмы, играющие роль при взаимодействии листерий, не являющимися фитопатогенами, либо их отдельных белков с растительными клетками. Сами растения в процессе эволюции выработали механизмы защиты от внедрения патогенов: покровные ткани, высокая кислотность клеточного сока, образование биологически активных веществ (ауксинов, фитонцидов и др.), подавляющих развитие микробов. Особую роль в неспецифическом иммунитете растений играют microbeassociated molecular patterns (MAMP)[9,13], с помощью которых они распознают «свое» или «чужое». Известно, что проникновение и колонизация растений патогенными бактериями обеспечивается продукцией спектра экзоферментов: целлюлазой, пектиназой, амилазой,Mnпероксидазой и др., атакже производными биологически активного вещества –индолилуксусной кислоты. 051015202530мг/г свежей массыВарианты опыта IIIIIIТаким образом, взаимодействие патогенных листерий с каллусными культурами на клеточном уровне выявило симбиотический характер взаимоотношений по типу «паразит –хозяин» с последующим некрозом и гибелью модельных растений.

Ссылки на источники1.Вахрушева О.А., Недоспасов С.А. Cистема врожденного иммунитета у растений // Mолекулярная биология. –2011. –Т. 45 (1). –С. 21.2.Годова Г.В., Пушкарева В.И., Калашникова Е.А., Овод А.А., Диденко Л.В., Князев А.Н., Ермолаева С.А. Формирование биопленок Listeriamonocytogenesпри взаимодействии с клетками овощных культур // Известия ТСХА №5, 2013. –С. 5059.

3.Годова Г.В., Овод А.А., Калашникова Е.А., Князев А.Н., Пушкарева В.И., Диденко Л.В., Ермолаева С.А. Образование биопленок Listeriamonocytogenesпри взаимодействии с растительными клетками // ХХI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс: Научнометодический журнал. –2013. –№ 09(13) Том 2 –Пенза: Издво ПензГТУ, 2013. –С. 6270. 4.Калашникова Е.А., Кочиева Е.З., Миронова О.Ю. Практикум по сельскохозяйственной биотехнологии// 2006, М: Колос, 154с.5.Копытина Д.А., Касенова А.М., Омашева М.Е., Качиева З.С., Галиакпаров Н.Н. Молекулярные основы иммунитета растений // Биотехнология: теория и практика. –2012. №3.6.Литвин В.Ю., Пушкарева В.И. Биоценотические основы природной очаговости сапронозов // Журн. микробиол. –2004.№4.С.2124. 7.Пушкарева В.И., Литвин В.Ю., Ермолаева С.А. Растения как резервуар и источник возбудителей пищевых инфекций // Эпидемиология и вакцинопрофилактика.2012.№2.С.1020.

8.Пушкарева В.И., Диденко Л.В., Годова Г.В., Овод А.А., Калашникова Е.А., Ермолаева С.А. Listeriamonocytogenes–взаимодействие с агрокультурами и стадии формирования биопленки // Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2013. №1. С.4249.9.Buttner D., Bonas U. Common infection strategies of plant and animal pathogenic bacteria // Current Opinion inPlant Biology. 2003. V. 6. P. 312 –319.10.ChiariniGarcia H., Parreira G.G., and Fernanda R.C.L. Almeida Light microscopy, Methods in Molecular Biology 689, DOI 10.1007/9781607619505_1,© Springer Science+Business Media, LLC 2011.11.Pushkareva V.I., Ermolaeva S.A. Listeria monocytogenes virulence factor Listeriolysin O favors bacterial growth in coculture with the ciliate Tetrahymena pyriformis, causes protozoan encystment and promotes bacterial survival inside cysts // BMC Microbiology.2010. 10:26.12.Pushkareva V.I., Didenko L.V., Godova G.V., Ovod A.A., Ermolaeva S.A. Interactions of Listeria monocytogenes with farm crops and biofilm formation stages // European Applied Sciences, October November, 2013, 1 (10) P. 1217.13.Steven H. Spoel, Xinnian Dong. How do plants achieve immunity? Defence without specialized immune cells // Nature Reviews Immunology. –2012. –Vol. 12. –P. 90.

14.www.who.int./enЕвропейское региональное бюро всемирной организации здравоохранения (ЕРБ ВОЗ).