ПРОТЕОМНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ ШТАММОВ ESCHERICHIA COLI, ИЗОЛИРОВАННЫХ ОТ ПАЦИЕНТОВ С БОЛЕЗНЬЮ КРОНА

DOI: https://doi.org/10.29296/24999490-2018-01-04

Д.С. Матюшкина (1), О.В. Побегуц (1), кандидат биологических наук, О.Н. Букато (1), Д.В. Ракитина (1), кандидат биологических наук, Ю.П. Байкова (1), кандидат биологических наук, В.Г. Ладыгина (1), кандидат биологических наук, Д.Н. Андреев (2), И.В. Маев (2), доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, П.Л. Щербаков (3), доктор медицинских наук, профессор, В.М. Говорун (1), доктор биологических наук, профессор, академик РАН 1-Федеральный научно-клинический Центр физико-химической медицины ФМБА России, Российская Федерация, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1а; 2-Государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России, Российская Федерация, 127473, Москва, ул. Делегатская улица, д. 20 стр. 1; 3-Московский клинический научно-практический центр Департамента здравоохранения г. Москвы, Российская Федерация, 111123, Москва, шоссе Энтузиастов, д. 86 E-mail: [email protected]

Введение. Один из возможных механизмов патогенеза болезни Крона (БК) – провокация неконтролируемого иммунного ответа условно-патогенными микроорганизмами, колонизующими слизистую оболочку кишечника. В роли такого микроорганизма рассматривают Escherichia coli, поскольку в ряде исследований микробиоты кишечника больных БК у части пациентов обнаружено его повышенное содержание. Неясно, однако, являются БК-ассоциированные E. coli комменсальными штаммами или патогенными. Цель. Выявить отличия E. coli, изолированных от больных БК и от здоровых. Сравнить белковые профили клинических изолятов E. coli при культивировании в лабораторных условиях. Материал и методы. Сравнение проводились методом дифференциального 2Д-электрофореза с последующим MALDI-масс-спекрометрическим анализом. Результаты и обсуждение. В клетках E. coli от больных БК было повышено содержание белков триптофаназы (tnaA), глутаматдекарбоксилазы (gadB), малатдегидрогеназы (mdh) и транспортеров-хеморецепторов рибозы (rbsB) и галактозы (mglB). Триптофаназа производит сигнальную молекулу – индол. В микробиоте индол способен индуцировать устойчивость к антибиотикам, фагоцитозу, образование биопленки, вирулентность и продукцию токсина. С другой стороны, данная сигнальная молекула вызывает в кишечнике человека усиление барьерной функции эпителия и регулирует экспрессию провоспалительных генов. Рецепторы хемотаксиса к рибозе и галактозе отражают предпочтение этих источников углерода патогенными E. coli при колонизации кишечника. Глутаматдекарбоксилаза обеспечивает кислотоустойчивость бактерий при прохождении через желудок, обеспечивая эффективность перорального заражения. Экспрессия генов mdh и rbsB повышена при образовании биопленок у патогенных E. coli. Мембранный белок порин А имеет различную pI у изолятов от больных БК и здоровых людей. Предполагается его участие в патогенезе в процессах адгезии и инвазии, выживании внутри макрофагов, избегании иммунного ответа. Заключение. Обнаружены отличия изолятов от больных БК, характерные для патогенных E. coli, что позволяет предположить их активную роль в патогенезе.
Ключевые слова: 
болезнь Крона, Escherichia coli, триптофаназа, патоген
Для цитирования: 
Матюшкина Д.С., Побегуц О.В., Букато О.Н., Ракитина Д.В., Байкова Ю.П., Ладыгина В.Г., Андреев Д.Н., Маев И.В., Щербаков П.Л., Говорун В.М. ПРОТЕОМНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ ШТАММОВ ESCHERICHIA COLI, ИЗОЛИРОВАННЫХ ОТ ПАЦИЕНТОВ С БОЛЕЗНЬЮ КРОНА. Молекулярная медицина, 2018; (1): -https://doi.org/10.29296/24999490-2018-01-04

Список литературы: 
  1. Sartor R.B. Mechanisms of Disease: pathogenesis of Crohn’s disease and ulcerative colitis. Nature Clinical Practice Gastroenterology & Hepatology. 2006; 3: 390–407.
  2. Маев И.В., Андреев Д.Н. Молекулярно-генетические механизмы развития болезни Крона. Молекулярная медицина. 2014; 3: 21–7.
  3. [Maev I.V., Andreev D.N. Molecular genetic mechanisms of the development of the Crohn's disease. Mol Med. 2014; 3: 21–7 (in Russian)]
  4. Maev I.V., Andreev D.N. Role of mutations in NOD2/CARD15, ATG16L1, and IRGM in the pathogenesis of Crohn's disease. Intern. J. Biomed. 2014; 4 (1): 7–10.
  5. Маев И.В., Андреев Д.Н., Ракитина Д.В., Байкова Ю.П. Роль дефектов аутофагии и значение адгезивно-инвазивных Escherichia coli в генезе болезни Крона. РЖГГК. 2015; 3: 61–9.
  6. [Maev I.V., Andreev D.N., Rakitina D.V., Baikova J.P. Role of autophagy defects and significance of adherent-invasive Escherichia coli in Crohn's disease development. RZHGGK. 2015; 3: 61–9 (in Russian)]
  7. Gevers D., Kugathasan S., Denson L.A., Vázquez-Baeza Y., Van Treuren W., Ren B., Schwager E., Knights D., Song S.J., Yassour M., Morgan X.C., Kostic A.D., Luo C., González A., McDonald D., Haberman Y., Walters T., Baker S., Rosh J., Stephens M., Heyman M., Markowitz J., Baldassano R., Griffiths A., Sylvester F., Mack D., Kim S., Crandall W., Hyams J., Huttenhower C., Knight R., Xavier R.J. The treatment-naive microbiome in new-onset Crohn's disease. Cell Host Microbe. 2014; 15 (3): 382–92.
  8. Fisunov G.Y., Alexeev D.G., Bazaleev N.A., Ladygina V.G., Galyamina M.A., Kondratov I.G., Zhukova N.A., Serebryakova M.V., Demina I.A., Govorun V.M. Core proteome of the minimal cell: comparative proteomics of three mollicute species. PLoS One. 2011; 6 (7): e21964.
  9. Lee J.H., Lee J. Indole as an intercellular signal in microbial communities Microbiology Reviews FEMS. 2010; 34 (4): 426–44.
  10. Bommarius B., Anyanful A., Izrayelit Y., Bhatt S., Cartwright E., Wang W., Swimm A.I., Benian G.M., Schroeder F.C., Kalman D. A Family of Indoles Regulate Virulence and Shiga Toxin Production in Pathogenic E. coli. PLoS ONE. 2013; 8 (1): e54456.
  11. Bansal T., Alaniz R.C., Wood T.K. & Jayaraman A. The bacterial signal indole increases epithelial-cell tight-junction resistance and attenuates indicators of inflammation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010; 107: 228–33.
  12. Castanie–Cornet M.P., Penfound T.A., Smith D., Elliott J.F., Foster J.W. Control of acid resistance in Escherichia coli. J. Bacteriol. 1999; 181: 3525–35.
  13. Price S.B., Wright J.C., DeGraves F.J., Castanie–Cornet M.P., Foster J.W. Acid resistance systems required for survival of Escherichia coli O157:H7 in the bovine gastrointestinal tract and in apple cider are different. Appl. Environ Microbiol. 2004; 70: 4792–4799.
  14. De Biase D., Tramonti A., Bossa F., Visca P. The response to stationary-phase stress conditions in Escherichia coli: role and regulation of the glutamic acid decarboxylase system. Mol. Microbiol. 1999; 32: 1198–211.
  15. Binnie R.A., Zhang H., Mowbrdy S., Hermodson M.A. Functional mapping of the surface of Escherichia coli ribose-binding protein: Mutations that affect chemotaxis and transport. Protein Sci. 1992; 1: 1642–51.
  16. Hazelbauer G.L., Adler J. Role of the galactose-binding protein in chemotaxis of Escherichia coli toward galactose. Nature New Biol. 1971; 230: 101–4.
  17. Fabich A.J., Shari A.J., Chowdhury F.Z., Cernosek A., Anderson A, Smalley D., McHargue J.W., Hightower G.A., Smith J.T., Autieri S.M., Leatham M.P., Lins J.J., Allen R.L., Laux D.C., Cohen P.S., Tyrrell Conway T. Comparison of carbon nutrition for pathogenic and commensal Escherichia coli strains in the mouse intestine. Infect. Immun. 2008; 76: 1143–52.
  18. Maltby R., Leatham-Jensen M.P., Gibson T., Cohen P.S., Conway T. Nutritional Basis for Colonization Resistance by Human Commensal Escherichia coli Strains HS and Nissle 1917 against E. coli O157:H7 in the Mouse Intestine. PLOS One. 2013; 8 (1): e53957.
  19. Beloin C., Valle J., Latour-Lambert P., Faure P., Kzreminski M., Balestrino D., Haagensen J.A., Molin S., Prensier G., Arbeille B., Ghigo J.M. Global impact of mature biofilm lifestyle on Escherichia coli K-12 gene expression. Mol. Microbiol. 2004; 51: 659–74.
  20. Sutherland P. and McAlister-Henn L. Isolation and Expression of the Escherichia coli Gene Encoding Malate Dehydrogenase J. of Bacteriology. 1985; 163 (3): 1074–9.
  21. Park S.J., Cotter P.A., Gunsalus R.P. Regulation of malate dehydrogenase (mdh) gene expression in Escherichia coli in response to oxygen, carbon, and heme availability. J. Bacteriol. 1995; 177 (22): 6652–6.
  22. Han X., Tong Y., Tian M., Sun X., Wang S., Ding C., Yu S. Characterization of the immunogenicity and pathogenicity of malate dehydrogenase in Brucella abortus. World J. Microbiol. Biotechnol. 2014; 30 (7): 2063–70.
  23. Findlay H.E., McClafferty H., Ashley R.H. Surface expression, single-channel analysis and membrane topology of recombinant Chlamydia trachomatis major outer membrane protein. BMC Microbiol. 2005; 5: 5.
  24. Confer A.W., Ayalew S. The OmpA family of proteins: Roles in bacterial pathogenesis and immunity. Veterinary Microbiology. 2013; 163 (3–4): 207–22.
  25. Rolhion N., Carvalho F.A., Darfeuille-Michaud A. OmpC and the sigma(E) regulatory pathway are involved in adhesion and invasion of the Crohn's disease-associated Escherichia coli strain LF82. Mol Microbiol. 2007; 63 (6): 1684–700.