Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1051810.32607/20758251-2015-7-1-102-108Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleSelective Protective Potency of Yersinia pestis ΔnlpD MutantsИзбирательная протективность ΔnlpD-мутантов Yersinia pestisDentovskayaS. V.ДентовскаяС. В.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgIvanovS. A.ИвановС. A.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgKopylovP. Kh.КопыловП. Х.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgShaikhutdinovaR. Z.ШайхутдиноваР. З.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgPlatonovМ. E.ПлатоновМ. E.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgKombarovaT. I.КомбароваT. И.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgGapel’chenkovaT. V.ГапельченковаT. В.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgBalakhonovS. V.БалахоновС. В.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgAnisimovA. P.АнисимовA. П.
Russian Federation
anisimov@obolensk.orgState Research Center for Applied MicrobiologyГосударственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии РоспотребнадзораIrkutsk Antiplague Research Institute of Siberia and Far EastИркутский научно-исследовательский противочумный институт Сибири и Дальнего Востока Роспотребнадзора1503201571VOL 7, NO1 (2015)ТОМ 7, №1 (2015)10210817012020Copyright ©; 2015, Dentovskaya S.V., Ivanov S.A., Kopylov P.K., Shaikhutdinova R.Z., Platonov М.E., Kombarova T.I., Gapel’chenkova T.V., Balakhonov S.V., Anisimov A.P.Copyright ©; 2015, Дентовская С.В., Иванов С.A., Копылов П.Х., Шайхутдинова Р.З., Платонов М.E., Комбарова T.И., Гапельченкова T.В., Балахонов С.В., Анисимов A.П.2015Dentovskaya S.V., Ivanov S.A., Kopylov P.K., Shaikhutdinova R.Z., Platonov М.E., Kombarova T.I., Gapel’chenkova T.V., Balakhonov S.V., Anisimov A.P.Дентовская С.В., Иванов С.A., Копылов П.Х., Шайхутдинова Р.З., Платонов М.E., Комбарова T.И., Гапельченкова T.В., Балахонов С.В., Анисимов A.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10518

It has recently been shown that the NlpD lipoprotein is essential to Yersinia pestis virulence and that subcutaneous administration of the nlpD mutant could protect mice against bubonic and pneumonic plague better than the EV vaccine strain [PLoS One 2009. V. 4. № 9. e7023]. In this study, similar ΔnlpD mutants were generated on the basis of other Y. pestis parent strains, including strains from the subspecies microtus, which is avirulent to guinea pigs and humans. Comparative testing confirmed that immunization of mice with ΔnlpD mutants induces immunity 105 times more potent than the one induced by the administration of the EV vaccine strain. At the same time, NlpD- bacteria failed to protect guinea pigs in the case of a subcutaneous challenge with Y. pestis, inducing a 106 times less potent protection compared with that conferred by immunization with the EV vaccine strain. The possible causes of the observed phenomena are discussed.

Мутация по гену nlpD приводит, как показано недавно, к полной аттенуации Yersinia pestis, а nlpD-мутант превосходит вакцинный штамм EV76 по способности защищать мышей от гибели при заражении бубонной или легочной формой чумы [PLoS One. 2009. V. 4. № 9. e7023]. В представленной работе аналогичные ΔnlpD-мутанты сконструированы на основе других родительских штаммов Y. pestis, включая непатогенные для морских свинок и человека штаммы подвида microtus. Проведение сравнительной оценки подтвердило, что при подкожной иммунизации мышей ΔnlpD-мутанты индуцировали иммунный ответ, в 105 раз превосходящий по напряженности ответ на введение вакцинного штамма EV. В то же время варианты NlpD--бактерий практически не защищали морских свинок от подкожного заражения возбудителем чумы, уступая штамму EV по напряженности формируемого иммунитета в 10 раз. Обсуждаются возможные причины выявленного феномена.

Yersinia pestisΔnlpD mutantselectivity of protective potencylive plague vaccineYersinia pestisΔnlpD-мутантизбирательная протективностьчумная живая вакцинаThis research was conducted in the Laboratory for Plague Microbiology of the State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology as a part of government contracts No. 40-D of 30.05.2012, No. 34-D of 08.08.2013 within the framework of FTP “National System of Chemical and Biological Safety of the Russian Federation (2009-2014).”Работа выполнена в лаборатории микробиологии чумы Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии по государственным контрактам № 40-Д от 30.05.2012 г. и № 34-Д от 08.08.2013 г. в рамках ФЦП «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009–2014 гг.)».[1] Naumov A.V., Ledvanov M.Yu., Drozdov I.G. // Immunologiya chumy (Plague immunology). Saratov: Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”, 1992. 172 p. 1992, P.172[2] Dentovskaya S.V., Kopylov P.Kh., Ivanov S.A., Ageev S.A., Anisimov A.P. // Mol. Genet. Microbiol. Virol. 2013, V.28, P.87-98[3] Feodorova V.A., Corbel M.J. // Expert Rev. Vaccines. 2009, V.8, P.1721-1738[4] Firstova V.V., Tyurin E.A., Kravchenko T.B., Zyrina E.V., Biketov S.F., Dyatlov I.A. // Adv. Exp. Med. Biol. 2012, V.954, P.173-177[5] Li B., Du C., Zhou L., Bi Y., Wang X., Wen L., Guo Z., Song Z., Yang R. // Clin. Vaccine Immunol. 2012, V.19, P.228-234[6] Smiley S.T. // Adv. Exp. Med. Biol. 2007, V.603, P.376-386[7] Smiley S.T. // Immunol. Rev. 2008, V.225, P.256-271[8] Sun W., Roland K.L., Curtiss R. 3rd. // J. Infect. Dev. Ctries. 2011, V.5, P.614-627[9] Anisimov A.P. // Molecular genetic mechanisms of formation and functional significance of Yersinia pestis capsule. Saratov: Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”, Obolensk: State Research Center for Applied Microbiology, 1999[10] Korobkova E.I. // Zhivaya protivochumnaya vaktsina (Live antiplague vaccine). Moscow: Medgiz, 1956. 1956, P.208[11] Girard G. // Biol. Med. (Paris). 1963, V.52, P.631-731[12] Meyer K.F., Smith G., Foster L., Brookman M., Sung M. // J. Infect. Dis. 1974, V.129, S1, P.S85-S120[13] Perry R.D., Fetherston J.D. // Clin. Microbiol. Rev. 1997, V.10, P.35-66[14] Tidhar A., Flashner Y., Cohen S., Levi Y., Zauberman A., Gur D., Aftallon M., Elhanany E., Zvi A., Shafferman A., Mamroud E. // PLoS One. 2009, V.4, P.e7023[15] Braciale V.L., Nash M., Sinha N., Zudina I.V., Motin V.L. // Correlates of Immunity Elicited by Live Yersinia pestis Vaccine. National Institute of Allergy and Infectious Diseases, NIH. Volume 1, Frontiers in Research.Totowa, NJ: Humana Press Inc., 2007 2007, P.473-480[16] Derbise A., Cerdà Marín A., Ave P., Blisnick T., Huerre M., Carniel E., Demeure C.E. // PLoS Negl Trop Dis. 2012, V.6, P.1528[17] Rosenzweig J.A., Chopra A.K. // Expert Rev. Vaccines. 2012, V.11, P.659-661[18] Sha J., Agar S.L., Baze W.B., Olano J.P., Fadl A.A., Erova T.E., Wang S., Foltz S.M., Suarez G., Motin V.L. // Infect Immun. 2008, V.76, P.1390-1409[19] Zhang X., Qi Z., Du Z., Bi Y., Zhang Q., Tan Y., Yang H., Xin Y., Yang R., Wang X. // Vaccine. 2013, V.31, P.2539-2542[20] Flashner Y., Mamroud E., Tidhar A., Ber R., Aftalion M., Gur D., Lazar S., Zvi A., Bino T., Ariel N. // Infect. Immun. 2004, V.72, P.908-915[21] Garbom S., Forsberg A., Wolf-Watz H., Kihlberg B.M. // Infect. Immun. 2004, V.72, P.1333-1340[22] Rappuoli R. // Curr. Opin. Microbiol. 2000, V.3, P.445-450[23] Sun W., Roland K.L., Branger C.G., Kuang X., Curtiss R. // PLoS One. 2009, V.4, P.e6720[24] Oyston P.C., Mellado-Sanchez G., Pasetti M.F., Nataro J.P., Titball R.W., Atkins H.S. // Microb. Pathog. 2010, V.48, P.191-195[25] Padmalayam I., Kelly T., Baumstark B., Massung R. // Infect. Immun. 2000, V.68, P.4972-4979[26] Sha J., Kirtley M.L., van Lier C.J., Wang S., Erova T.E., Kozlova E.V., Cao A., Cong Y., Fitts E.C., Rosenzweig J.A., Chopra A.K. // Infect Immun. 2013, V.81, P.815-828[27] Woodcock D., Crowther P., Doherty J., Jefferson S., De-Cruz E., Noyer-Weidner M., Smith S., Michael M., Graham M. // Nucleic Acids Res. 1989, V.17, P.3469-3478[28] Simon R., Priefer U., Pulher A. // Biotechnology. 1983, V.1, P.784-791[29] Platonov M.E., Evseeva V.V., Dentovskaya S.V., Anisimov A.P. // Mol. Genet. Microbiol. Virol. 2013, V.28, P.41-45[30] Datsenko K., Wanner B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000, V.97, P.6641-6645[31] Donnenberg M.S., Kaper J.B. // Infect. Immun. 1991, V.59, P.4310-4317[32] Filippov A.A., Solodovnikov N.S., Kookleva L.M., Protsenko O.A. // FEMS Microbiol Lett. 1990, V.55, P.45-48[33] Filippov A.A., Sergueev K.V., He Y., Huang X.Z., Gnade B.T., Mueller A.J., Fernandez-Prada C.M., Nikolich M.P. // PLoS One. 2011, V.6, P. e25486[34] Bahmanyar M., Cavanaugh D.C. // Plague manual. Geneva: WHO, 1976. 1976, P.78[35] Anisimova T.I., Sayapina L.V., Sergeeva G.M., Isupov I.V., Beloborodov R.A., Samoilova L.V., Anisimov A.P., Ledvanov M.Y., Shvedun G.P., Zadumina S.Y. // Main requirements for vaccine strains of the plague pathogen // Methodological Guidelines MU 3.3.1.1113-02 (approved by the Main State Health Officer of Russian Federation on 02.03.2002). Moscow, 2002. 2002, P.69[36] Qiu Y., Liu Y., Qi Z., Wong W., Kou Z., Zhang Q., Liu G., Yang X., Xin Y., Li C., Scand. J. // Immunol. 2010, V.72, P.425-433[37] Finney D.J. // Statistical method in biological assay, 3rd Ed. London: Charles Griffin, 1978 1978, P.508[38] Anisimov A.P., Lindler L.E., Pier G.B. // Intraspecific diversity of Yersinia pestis Clin. Microbiol. Rev. 2004, V.17, P.434-464[39] Song Y., Tong Z., Wang J., Wang L., Guo Z., Han Y., Zhang J., Pei D., Zhou D., Qin H. // DNA Res. 2004, V.11, P.179-197[40] Zhou D., Tong Z., Song Y., Han Y., Pei D., Pang X., Zhai J., Li M., Cui B., Qi Z. J. // Bacteriol. 2004, V.186, P.5147-5152[41] Kopylov P.Kh., Bakhteeva I.V., Anisimov A.P., Dentovskaja S.V., Ivanov S.A., Kiseleva N.V., Levchuk V.P., Panfertsev E.A., Platonov M.E., Svetoch T.E. // Russian patent RUS 2439155 C1, C12N15/10, C07H21/00, C12N15/70, C12N1/21, C12P21/00, C12R1/19, 2010[42] Bashaw J., Norris S., Weeks S., Trevino S., Adamovicz J.J., Welkos S. // Clin. Vaccine Immunol. 2007, V.14, P.605-616[43] Byvalov A.A., Pautov V.N., Chicherin Iu.V., Lebedinski V.A., Evstigneev V.I. // Zh. Mikrobiol. Epidemiol. Immunobiol. 1984, №4, P.74-76[44] Burrows T.W. // Nature 1957, V.179, P.1246-1247[45] Hallett A.F., Issacson M., Meyer K.F. // Infect. Immun. 1973, V.8, P.876-881[46] Jones S.M., Griffin K.F., Hodgson I., Williamson E.D. // Vaccine.2003. V.21, P.3912-3918[47] Von Metz E., Eisler D.M., Hottle G.A. // Appl. Microbiol. 1971, V.22, P.84-88[48] Welkos S., Pitt M.L.M. I.O., Martinez M., Friedlander A., Vogel P., Tammariello R. // Vaccine. 2002, V.20, P.2206-2214[49] Miranda K.L., Poester F.P., Minharro S., Dorneles E.M., Stynen A.P., Lage A.P. // Vaccine. 2013, V.31, P.3014-3018[50] Brubaker R.R. // Curr. Top. Microbiol. Immunol. 1972, V.57, P.111-158[51] Meyer K.F. // J. Immunol. 1950, V.64, P.139-163[52] Schütze H. // Br. J. Exp. Pathol. 1939, V.19, P.293-298