Сравнительная оценка разных биологических моделей для определения патогенных свойств некоторых возбудителей внебольничных пневмоний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В последние годы представляет интерес поиск альтернативных, так называемых суррогатных, моделей для изучения биологических свойств различных микроорганизмов. Целью настоящей работы была оценка применения личинок Galleria mellonella для определения патогенного потенциала возбудителей внебольничных пневмоний по сравнению с моделью лабораторных животных (белые мыши). Все исследованные штаммы были выделены из мокроты больных на базе ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора и идентифицированы методом времяпролетной масс-спектрометрии. Вирулентность штаммов оценивали при экспериментальной инфекции белых мышей и личинок G. mellonella при заражении различными концентрациями микробов (КОЕ/мл). Как установлено, гипермукоидный вариант клебсиелл вызывал гибель белых мышей в дозе ≤ 103 КОЕ/мышь, тогда как классический морфотип был апатогенным даже в дозе 106 КОЕ/мышь. В то же время при инфицировании личинок двумя морфотипами достоверной разницы в патогенности исследуемых морфотипов выявить не удалось. Клинические изоляты семейства Enterobacteriacea не вызывали заболевания у белых мышей даже при дозе заражения 106 КОЕ/мышь. При этом E. coli и E. kobei обусловливали летальный процесс у (90%) G. mellonella. Исключение составил E. cloacae, который вызывал гибель лишь у 10% особей. В отличие от модели белых мышей такие редко изолируемые условно-патогенные бактерии, как Stenotrophomonas maltophilia, Chryseobacterium gleum, Rhizobium radiobacter, Pantoea agglomerans, вызывали 100% гибель личинок. Изучение вирулентности разных видов стафилококков показало, что S. aureus и S. haemolyticus обладали высоким патогенным потенциалом для личинок, тогда как S. epidermidis и S. saprophyticus характеризовались достоверно меньшей способностью вызывать инфекцию. При использовании суррогатной модели на клинических изолятах различных видов грибов обнаружено, что наибольшей патогенностью для личинок характеризовались C. albicans, C. tropicalis и G. capitatum, а C. glabrata и C. krusei, рассматриваемые как более инвазивные виды, вызывали лишь частичную гибель группы особей в отдаленные сроки. Таким образом, изучение патогенности различных видов микроорганизмов требует подбора наиболее адекватной биологической модели.

Об авторах

Анастасия Сергеевна Анисимова

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: anisimova_as@antiplague.ru
SPIN-код: 6408-6399

младший научный сотрудник лаборатории природно-очаговых и зоонозных инфекций

Россия, г. Ростов-на-Дону

Н. В. Аронова

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора

Email: aronova_nv@antiplague.ru
ORCID iD: 0000-0002-7772-9276
SPIN-код: 6471-8064

к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории природно-очаговых и зоонозных инфекций

Россия, г. Ростов-на-Дону

М. В. Цимбалистова

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора

Email: tsimbalistova_mv@antiplague.ru
SPIN-код: 9618-4261

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории природно-очаговых и зоонозных инфекций

Россия, г. Ростов-на-Дону

Н. В. Павлович

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора

Email: pavlovich_nv@antiplague.ru
SPIN-код: 2317-9985

доктор медицинских наук, главный научный сотрудник, и.о. начальника отдела природно-очаговых и зоонозных инфекций

Россия, г. Ростов-на-Дону

А. С. Левченко

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора

Email: levchenko_as@antiplague.ru

зав. питомником (виварием)

Россия, г. Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Анисимова А.С., Полеева М.В., Аронова Н.В., Цимбалистова М.В., Павлович Н.В. Oсобенности идентификации грибов рода Candida с помощью масс-спектрометрического анализа (MALDI-ToF MS) // Клиническая лабораторная диагностика. 2022. Т. 67, № 4. С. 244–249. [Anisimova A.S., Poleeva M.V., Aronova N.V., Tsimbalistova M.V., Pavlovich N.V. Pecularities of Candida yeast identification by mass spectrometric analysis (MALDI-ToF MS). Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika = Russian Clinical Laboratory Diagnostics, 2022, vol. 67, no. 4, pp. 244–249 (In Russ.)] doi: 10.51620/0869-2084-2022-67-4-244-249
  2. Анисимова А.С., Павлович Н.В., Аронова Н.В., Цимбалистова М.В., Гудуева Е.Н., Пасюкова Н.И., Теплякова Е.Д., Носков А.К. Биологические свойства и антибиотикорезистентность Klebsiella pneumoniae и ее роль в этиологической структуре возбудителей внебольничных пневмоний // Антибиотики и химиотерапия. 2023. Т. 68, № 5–6. С. 11–18. [Anisimova A.S., Pavlovich N.V., Aronova N.V., Tsimbalistova M.V., Gudueva E.N., Pasyukova N.I., Teplyakova E.D., Noskov A.K. Biological properties and antibiotic resistance of Klebsiella pneumonia and its role in the etiological structure of community-acquired pneumonia pathogens. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2023, vol. 68 (5–6), pp. 11–18. (In Russ.)] doi: 10.37489/0235-2990-2023-68-5-6-11-18
  3. Аронова Н.В., Павлович Н.В., Цимбалистова М.В., Полеева М.В., Анисимова А.С., Водопьянов С.О., Носков А.К. Видовое разнообразие и маркеры резистентности дрожжей рода Candida у коронапозитивных и коронанегативных больных с внебольничными пневмониями // Антибиотики и химиотерапия. 2021. Т. 66, № 7–8. С. 38–44. [Aronova N.V., Pavlovich N.V., Tsymbalistova M.V., Poleeva M.V., Anisimova A.S., Vodopyanov S.O., Noskov A.K. Species diversity and resistance markers of candida yeasts in COVID positive and COVID negative patients with community-acquired pneumonia. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2021, vol. 66, no. 7–8, pp. 38–44. (In Russ.)] doi: 10.37489/0235-2990- 2021-66-7-8-38-44
  4. Гланц С. Медико-биологическая статистика: пер. с англ. М.: Практика, 1999. 459 с. [Glants S. Biomedical statistics. Moscow: Practice, 1999. 459 p. (In Russ.)]
  5. Лабораторная диагностика внебольничных пневмоний: Методические указания МУК 4.2.3115-13. М., 2013. [Laboratory diagnostics of community-acquired pneumonia: Guidelines MUK 4.2.3115-13. Moscow, 2013. (In Russ.)]
  6. Лабораторная диагностика внебольничной пневмонии пневмококковой этиологии: методические рекомендации. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2017. 64 с. [Laboratory diagnosis of community-acquired pneumonia of pneumococcal etiology. Methodical recommendations Moscow: Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare, 2017. 64 p. (In Russ.)] URL: https://www.rospotrebnadzor. ru/documents/details.php?ELEMENT_ID=9036
  7. Патогенность // Большая российская энциклопедия. [Pathogenicity. The Great Russian Encyclopedia. (In Russ.)] URL: https://bigenc.ru/c/patogennost-b0e100
  8. Салмова Ю.В., Никифорова Л.Р., Боровкова К.Е. Разработка модели бактериальной инфекции личинок Galleria mellonella (большая восковая моль // Лабораторные животные для научных исследований. 2022. Т. 3. С. 40–49. [Salmova J.V., Nikiforova L.R., Borovkova К.E. Development of a bacterial infection model of Galleria mellonella larvae (greater wax moth). Laboratornye zhivotnye dlya nauchnykh issledovanii = Laboratory Animals for Science, 2022, vol. 3, pp. 40–49. (In Russ.)] doi: 10.57034/2618723X-2022-03-05
  9. Akinkunmi E.O., Adeyemi O.I., Igbeneghu O.A., Olaniyan E.O., Omonisi A.E., Lamikanra A. The pathogenicity of Staphylococcus epidermidis on the intestinal organs of rats and mice: an experimental investigation. BMC Gastroenterol., 2014, vol. 14: 126. doi: 10.1186/1471-230X-14-126
  10. Baumans V. Science-based assessment of animal welfare: laboratory animals. Rev. Sci. Tech., 2005, vol. 24, no. 2, pp. 503–513.
  11. Champion O.L., Wagley S., Titball R.W. Galleria mellonella as a model host for microbiological and toxin research. Virulence, 2016, vol. 7, no. 7, pp. 840–845. doi: 10.1080/21505594.2016.1203486
  12. Curtis A., Binder U., Kavanagh K. Galleria mellonella larvae as a model for investigating fungal-host interactions. Front. Fungal. Biol., 2022, vol. 3: 893494. doi: 10.3389/ffunb.2022.893494
  13. Cutuli M.A., Petronio P.G., Vergalito F., Magnifico I., Pietrangelo L., Venditti N., Di Marco R. Galleria mellonella as a consolidated in vivo model hosts: new developments in antibacterial strategies and novel drug testing. Virulence, 2019, vol. 10, no. 1, pp. 527–541. doi: 10.1080/21505594.2019.1621649
  14. Eisemann C.H., Jorgensen W.K., Merritt D.J., Rice M.J., Cribb B.W., Webb P.D., Zalucki M.P. Do insects feel pain? A biological view. Experientia, 1984, vol. 40, pp. 164–167. doi: 10.1007/BF01963580
  15. García-Lara J., Needham A.J., Foster S.J. Invertebrates as animal models for Staphylococcus aureus pathogenesis: a window into host–pathogen interaction. FEMS. Immunol. Med. Microbiol., 2005, vol. 43, no. 3, pp. 311–323. doi: 10.1016/j.femsim.2004.11.003
  16. Giammarino A., Bellucci N., Angiolella L. Galleria mellonella as a model for the study of fungal pathogens: advantages and disadvantages. Pathogens, 2024, vol. 13, no. 3: 233. doi: 10.3390/pathogens13030233
  17. Gunn B.A. Comparative virulence of human isolates of coagulase-negative staphylococci tested in an infant mouse weight retardation model. J. Clin. Microbiol., 1989, vol. 27, no. 3, pp. 507–511. doi: 10.1128/jcm.27.3.507-511.1989
  18. Hassan Y., Chew S.Y., Than L.T.L. Candida glabrata: pathogenicity and resistance mechanisms for adaptation and survival. J. Fungi (Basel), 2021, vol. 7, no. 8: 667. doi: 10.3390/jof7080667
  19. Jamiu A.T., Albertyn J., Sebolai O.M., Pohl C.H. Update on Candida krusei, a potential multidrug-resistant pathogen. Med. Mycol., 2021, vol. 59, no. 1, pp. 14–30. doi: 10.1093/mmy/myaa031
  20. Kavanagh K., Sheehan G. The use of Galleria mellonella larvae to identify novel antimicrobial agents against fungal species of medical interest. J. Fungi (Basel), 2018, vol. 4, no. 3: 113. doi: 10.3390/jof4030113
  21. Lemaitre B., Hoffmann J. The host defense of Drosophila melanogaster. Annu. Rev. Immunol., 2007, vol. 25, pp. 697–743. doi: 10.1146/annurev.immunol.25.022106.141615
  22. Liang H., Wang Y., Liu F., Duan G., Long J., Jin Y., Chen S., Yang H. The application of rat models in Staphylococcus aureus infections. Pathogens, 2024, vol. 13, no. 6: 434. doi: 10.3390/pathogens13060434
  23. Mai D., Wu A., Li R., Cai D., Tong H., Wang N., Tan J. Identification of hypervirulent Klebsiella pneumoniae based on biomarkers and Galleria mellonella infection model. BMC Microbiol., 2023, vol. 23, no. 1: 369. doi: 10.1186/s12866-023-03124-0
  24. Ménard G., Rouillon A., Cattoir V., Donnio P.Y. Galleria mellonella as a suitable model of bacterial infection: past, present and future. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2021, no. 11: 782733. doi: 10.3389/fcimb.2021.782733
  25. Nathan S. New to Galleria Mellonella. Virulence, 2014, vol. 5, no. 3, pp. 371–374. doi: 10.4161/viru.28338
  26. Pereira T.C., de Barros P.P., Fugisaki L.R.O., Rossoni R.D., Ribeiro F.C., de Menezes R.T., Junqueira J.C., Scorzoni L. Recent advances in the use of Galleria mellonella model to study immune responses against human pathogens. J. Fungi (Basel), 2018, vol. 4, no. 4: 128. doi: 10.3390/jof4040128
  27. Pereira M.F., Rossi C.C., da Silva G.C., Rosa J.N., Bazzolli D.M.S. Galleria mellonella as an infection model: an in-depth look at why it works and practical considerations for successful application. Pathog. Dis., 2020, vol. 78, no. 8: ftaa056. doi: 10.1093/femspd/ftaa056
  28. Qin M., Chen P., Deng B., He R., Wu Y., Yang Y., Deng W., Ding X., Yang F., Xie C., Yang Y., Tian G.B. The emergence of a multidrug-resistant and pathogenic ST42 lineage of Staphylococcus haemolyticus from a hospital in China. Microbiol. Spectr., 2022, vol. 10, no. 3: e0234221. doi: 10.1128/spectrum.02342-21
  29. Richmond J. The 3Rs — Past, Present and Future. Scand. J. Lab. Anim. Sci., 2000, vol. 27, no. 2, pp. 84–92. doi: 10.23675/sjlas.v27i2.19
  30. Russell W.M.S., Burch R.L., Hume C.W. The principles of humane experimental technique. London: Methuen, 1959, 238 p.
  31. Russo T.A., MacDonald U. The Galleria mellonella infection model does not accurately differentiate between hypervirulent and classical Klebsiella pneumoniae. mSphere, 2020, vol. 5, no. 1: e00850-19. doi: 10.1128/mSphere.00850-19
  32. Serrano I., Verdial C., Tavares L., Oliveira M. The virtuous Galleria mellonella model for scientific experimentation. Antibiotics (Basel), 2023, vol. 12, no. 3: 505. doi: 10.3390/antibiotics12030505
  33. Sheehan G., Garvey A., Croke M., Kavanagh K. Innate humoral immune defences in mammals and insects: The same, with differences? Virulence, 2018, vol. 9, no. 1, pp. 1625–1639. doi: 10.1080/21505594.2018.1526531
  34. Tannenbaum J., Bennett B.T. Russell and Burch’s 3Rs then and now: the need for clarity in definition and purpose. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci., 2015, vol. 54, no. 2, pp. 120–132.
  35. Tsai C.J.-Y., Loh J.M.S., Proft T. Galleria mellonella infection models for the study of bacterial diseases and for antimicrobial drug testing. Virulence, 2016, vol. 7, no. 3, pp. 214–229. doi: 10.1080/21505594.2015.1135289
  36. Wojda I., Staniec B., Sułek M., Kordaczuk J. The greater wax moth Galleria mellonella: biology and use in immune studies. Pathog. Dis., 2020, vol. 78, no. 9: ftaa057. doi: 10.1093/femspd/ftaa057

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Анисимова А.С., Аронова Н.В., Цимбалистова М.В., Павлович Н.В., Левченко А.С., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).