научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ПОЧВЕННЫХ АМЕБ ИЗ ОЧАГОВ ЧУМЫ ПРИКАСПИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА УЧАСТКОВ РИБОСОМНОГО ОПЕРОНА Биология

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ПОЧВЕННЫХ АМЕБ ИЗ ОЧАГОВ ЧУМЫ ПРИКАСПИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА УЧАСТКОВ РИБОСОМНОГО ОПЕРОНА»

ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 1, с. 39-45

= ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ =

УДК 579.25:616.9:593.12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ПОЧВЕННЫХ АМЕБ ИЗ ОЧАГОВ ЧУМЫ ПРИКАСПИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА УЧАСТКОВ РИБОСОМНОГО ОПЕРОНА

© 2015 г. Е. И. Кошель, Л. В. Анисимова, Л. А. Новичкова, Н. А. Видяева, Н. П. Гусева, Г. А. Ерошенко, В. В. Кутырев

Российский научно-исследовательский противочумный институт "Микроб", Саратов 410005

e-mail: rusrapi@microbe.ru Поступила в редакцию 30.04.2014 г.

Представлены результаты изучения систематической принадлежности и количественного содержания свободноживущих амеб в пробах почв из Прикаспийского Северо-Западного степного, Прикаспийского песчаного и Волго-Уральского степного очагов чумы в России. Из почв этих очагов выделены амебы родов Willaertia, Hartmanella, а также представители миксомицет, однако доминирующими по численности являются амебы рода Acanthamoeba, число которых в 1 г почвы может достигать 300000 клеток. На основе секвенирования участка гена 18S рРНК установлена принадлежность акантамеб из Волго-Уральского степного очага к виду A. castellanii. Проведенный филогенетический анализ подтвердил принадлежность амеб из двух других прикаспийский очагов к видам Acanthamoeba spp.

DOI: 10.7868/S0016675815010051

Амебы — одни из самых многочисленных членов различных типов природных биоценозов и встречаются практически повсеместно [1, 2]. В широком смысле, амебы представляют собой всю совокупность простейших, имеющих в своем жизненном цикле амебоидную форму, для которой характерно наличие псевдоподий (ложноножек). В эту группу входят не только представители типа Amoebozoa, включающего основную часть амебоидных простейших, в том числе истинных амеб рода Amoeba, но также члены и других таксонов. Они могут существовать в различных климатических зонах и долго сохраняться в неблагоприятных природных условиях благодаря своей способности образовывать цисты. Многие виды амеб живут в соленой и пресной воде, во влажной почве и на растениях; некоторые амебы являются паразитами животных, включая человека. Наиболее распространенными в почвенных и водных биоценозах являются такие рода амеб, как Acanthamoeba, Nagleria, Vahlkampfia, Hartmanella, Willaertia и др. [3—5].

Многие патогенные микроорганизмы имеют в своем жизненном цикле фазу внутриклеточного существования в амебах. В настоящее время показано, что свободноживущие амебы являются природными резервуарами опасных бактерий — Francisella tularensis, Legionella pneumophila, Vibrio cholerae, Chlamydophila pneumoniae, Mycobacterium leprae, Mycobacterium avium, Coxiella burnetii, Helicobacter pyloria; мими- и энтеровирусов [6—10]. Очевидно, что перечень микроорганизмов, кото-

рые могут персистировать в амебах, намного шире, и, на самом деле, масштаб механизма сохранения болезнетворных агентов в природе в ассоциации с амебами остается явно недооцененным. Способность микроорганизмов к персистенции в клетках амеб позволяет им не только в течение длительного времени поддерживать оптимальные условия своего существования, но и использовать ресурсы хозяйской клетки для увеличения своей численности, а в ряде случаев и для повышения инвазивности и вирулентности для человека [8, 9]. Считается, что амебы являются эволюционными предками макрофагов. Размножение в макрофагах является обязательной стадией развития многих опасных инфекционных болезней, включая чуму.

В последнее время высказывается предположение о возможности сохранения бактерий Yersinia pestis в почве природных очагов чумы в ассоциации с членами почвенных биоценозов, включая и свободноживущих амеб [11, 12]. Цикл активности большинства природных очагов чумы включает эпизоотическую фазу, во время которой наблюдаются интенсивные эпизоотии чумы на грызунах, и фазу покоя, когда зараженные грызуны не выявляются и культуры Y. pestis не выделяются. Межэпизоотическая фаза может длиться десятилетиями, и до сих пор остаются неясными механизмы сохранения возбудителя чумы в этот период. Одним из возможных природных резервуаров Y. pestis могут быть амебы из почвенных биоценозов очагов чумы. Однако в литературе имеется лишь одна работа, в

Систематическая принадлежность и численность амеб в почвах природных очагов чумы Прикаспия

Очаг Точка сбора материала Дата забора почвы Количество клеток амеб в 1 г почвы Род выделенных амеб

Волго-Уральский степной Норы малого суслика в окрестности пос. Александров Гай, Саратовская обл. 21.11.2012 г. 300000 Acanthamoeba (A. castellanii), Willaertia, Hartmanella

Прикаспийский Северо-Западный степной Норы малого суслика в окрестности пос. Тавн-Гашун, Калмыкия 16.04.2013 г. 200000 Acanthamoeba

Прикаспийский песчаный Норы полуденной песчанки в окрестности пос. Лагань, Калмыкия 29.04.2010 г. 27000 Acanthamoeba

которой экспериментально доказана способность выделенных из почвы цистообразующих амеб фагоцитировать клетки возбудителя чумы и включать их в свои предцисты [13]. В литературе также не представлены данные по видовому составу и численности амеб в почвах очагов чумы. Высокий показатель их численности является необходимым

42°

48°

54°

Рис. 1. Участки сбора образцов почв на территориях природных очагов Прикаспия. № 43 — Прикаспийский песчаный очаг, № 14 — Прикаспийский СевероЗападный степной очаг, № 15 — Волго-Уральский степной очаг. Номера очагов приведены в соответствии с работой [27]. Стрелками указаны места забора проб почв.

условием рассмотрения этих простеиших в качестве природных резервуаров возбудителя чумы.

Следует отметить, что использование только морфологических характеристик при установлении родовоИ и видовой принадлежности амеб может приводить к ошибкам в определении их систематического положения ввиду того, что форма и размер клеток варьируют в разных условиях [14, 15]. Гораздо более надежной альтернативой для определения систематической принадлежности простейших является выявление отличий в структуре их генома. Ввиду этого в международных информационных ресурсах увеличивается объем баз данных, содержащих нуклеотидные последовательности генов 18S, 5.8S, 28S рРНК и межгенных участков ITS1, ITS2 (internal transcribed spacers), входящих в состав рибосомного оперона амеб.

В этой работе нами приводятся данные по определению систематической принадлежности амеб из почв прикаспийских очагов чумы в России на основе анализа участков их рибосомных оперонов и данные по численности этих амеб. Также представлены результаты филогенетического анализа выделенных видов амеб.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Сбор образцов почвы и выделение амеб. Использованы образцы почв из Прикаспийского песчаного, В олго-Уральского степного и Прикаспийского Северо-Западного степного очагов чумы (таблица, рис. 1). Сбор проб проводили в различных участках одного сектора размером 10 х 10 км в каждом очаге. Для выделения амеб использовали плотную среду SM/10 (глюкоза — 1 г, Bacto-pepton — 1 г, дрожжевой экстракт — 1 г, MgSO4 • • 7Н2О - 0.2 г, КН2РО4 - 1.9 г, К2НРО4 - 1 г, Bacto-agar — 20 г, вода — до 1000 мл), на которой проводили совместное культивирование вытяжек почвы с суспензией штамма Escherichia coli 0Р50 при 28°С в течение 6 сут. Для получения аксенической (чистой) культуры амеб собранный с чашек материал в объеме 200—400 мкл обрабатывали 1 мл

раствора смеси антибиотиков — гентамицина, стрептомицина и ампициллина в концентрации 20 ед/мл каждого. После суточной экспозиции в растворе антибиотиков культуру промывали избытком фосфатного буфера (рН 6.4), центрифугировали при 4000 об/мин и ресуспендировали в 1 мл этого же буфера. Выделенные очищенные культуры амеб хранили в холодильнике при температуре 4°С.

Определение количественного содержания сво-бодноживущих амеб в пробах почв. Установление количества клеток свободноживущих амеб в образцах почв осуществляли по методике B.N. Singh с нашей модификацией [16]. Для пробы из каждого очага готовили 121 чашку Петри с 2-суточными газонами E. coli ОР50 на бедной агаровой среде (1.5% агар, NaCl - 5 г, CaCO3 - 1 г, вода - до 1000 мл). На выращенные газоны наносили в восьми повторах почвенные суспензии разной концентрации из 15 разведений от 1 : 5 до 1 : 81920 (шаг титра-ции 1 : 1) и инкубировали в течение месяца. Последующий учет полученных результатов осуществляли при помощи стереомикроскопа "Stemi-2000C" (Carl Zeiss, Германия). Количество амеб в 1 г исследуемого образца почвы определяли по таблице B.N. Singh на основе подсчета чашек, на которых амебы отсутствовали [16].

Определение систематической принадлежности амеб. Выделение ДНК амеб проводили из культур, полученных при совместном выращивании с бактериями E. coli ОР50. ДНК амеб получали стандартным методом при помощи набора для выделения ДНК из биологического материала "Diatom DNA Prep" (IsoGen Lab, Moscow) в соответствии с инструкцией производителя.

Родовую принадлежность амеб устанавливали по результатам ПЦР со специфическими прайме-рами на участки рибосомного оперона - ген 18S рРНК и спейсерные участки ITS [17, 18]. Последовательности праймеров JDP1/JDP2 для амплификации участка гена 18S рРНК: 5'GCCCA-GATCGTTTACCGTGAA/5'TCTCACAAGCTGC-TAGGGGAGTCA, температура отжига праймеров составляла 62°С. Праймеры ITS1/ITS2 для амплификации спейсерного участка рибосомно-го оперона имели состав 5'GAACCTGCGTAGG-GATCATTT/5'TTTCTTTTCCTCCCCTTATTA, а температура отжига равнялась 56°С.

Дифференциацию по родам проводили на основании анализа наличия и размеров полученных в ПЦР амплификатов. О присутствии в образце ДНК амеб рода Acanthamoeba судили по образованию в ПЦР с праймерами JDP1/JDP2 фрагмента размером 450 пн. В ПЦР с праймерами ITS1/ITS2 у амеб рода Nagleria образовывался фрагмент размером 450 пн, Willaertia — 500 пн, Vahlkampfia — 600 пн и Hartmanella — 800 пн.

Для видовой идентификации полученные в ПЦР фрагменты ДНК амеб секвенировали на генетическом анализаторе Applied Biosystems 3500xL. Анализ полученных последовательностей выполняли при помощи программы MEGA 5.0 [19]. Видовую идентификацию проводили с помощью алгоритма BLAST на основе базы нуклео-тидных последовательностей NCBI GenBank [20].

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком