References

antibiotics

Антибиотики и Химиотерапия

Antibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy

0235-2990

ООО «Издательство ОКИ»

10.37489/0235-2990-2024-69-9-10-4-10

QYNJYC

antibiotics-1179

Research Article

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

EXPERIMENTAL STUDIES

Влияние условий культивирования на передачу генов антибиотикорезистентности у холерного вибриона

Influence of Cultivation Conditions on the Transmission of Antibiotic Resistance Genes in Vibrio cholera

https://orcid.org/0000-0002-0008-4705

Селянская

Н. А.

Selyanskaya

N. A.

Селянская Надежда Александровна — к. м. н., старший научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других ОКИ

Ростов-на-Дону

Nadezhda A. Selyanskaya — Ph. D. in Medicine, Senior Researcher of the Department of Microbiology of Cholera and Other Other Acute Intestinal Infections

Rostov-on-Don

ppdn@inbox.ru

https://orcid.org/0000-0002-7831-841X

Титова

С. В.

Titova

S. V.

Титова Светлана Викторовна — к. м. н., ведущий научный сотрудник лаборатории природно-очаговых и зоонозных инфекций

Ростов-на-Дону

Svetlana V. Titova — Ph. D. in Medicine, Leading Researcher of the Laboratory of Natural Focal and Zoonotic Infections

Rostov-on-Don

https://orcid.org/0000-0002-6003-4283

Меньшикова

Е. А.

Menshikova

E. A.

Меньшикова Елена Аркадьевна — к. б. н., старший научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других ОКИ

Ростов-на-Дону

Elena A. Menshikova — Ph. D. in Biology, Senior Researcher of the Department of Microbiology of Cholera and Other Other Acute Intestinal Infections

Rostov-on-Don

https://orcid.org/0000-0003-4336-0439

Водопьянов

С. О.

Vodopyanov

S. O.

Водопьянов Сергей Олегович — д. м. н., ведущий научный сотрудник отдела микробиологии холеры и других ОКИ

Ростов-на-Дону

Sergey O. Vodopyanov — D. Sc. in Medicine, Leading Researcher of the Department of Microbiology of Cholera and Other Other Acute Intestinal Infections

Rostov-on-Don

https://orcid.org/0000-0002-6540-2778

Кругликов

В. Д.

Kruglikov

V. D.

Кругликов Владимир Дмитриевич — д. м. н., главный научный сотрудник, начальник отдела микробиологии холеры и других ОКИ

Ростов-на-Дону

Vladimir D. Kruglikov — D. Sc. in Medicine, Chief Researcher, Head of the Department of Microbiology of Cholera and Other Other Acute Intestinal Infections

Rostov-on-Don

ФКУЗ Ростовский-на-Дону противочумный институт РоспотребнадзораРоссияRostov-on-Don Anti-Plague Institute of RospotrebnadzorRussian Federation

2024

25102024

699-10410

2025

Селянская Н.А., Титова С.В., Меньшикова Е.А., Водопьянов С.О., Кругликов В.Д.

Selyanskaya N.A., Titova S.V., Menshikova E.A., Vodopyanov S.O., Kruglikov V.D.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.antibiotics-chemotherapy.ru/jour/article/view/1179

Рост антибиотикорезистентности вызывает необходимость изучения процессов приобретения и утраты генетических элементов, ответственных за устойчивость. Цель исследования — изучить влияние температуры, биоплёнкообразования и антибиотиков на эффективность переноса интегративного конъюгативного элемента (ICE) в штаммах Vibrio cholerae О1 El Tor. Материал и методы. Осуществляли конъюгативную передачу ICE-элемента из штаммов V. cholerae О1 El Tor клеткам Escherichia сoli QD 5003 Rifr и V. cholerae О1 El Tor 5879 Nalr в планктоне и в биоплёнках на пластике и хитине при 25–37°C. Наличие ICE определяли по гену интегразы (int). Трансконъюганты тестировали на чувствительность к антибиотикам и на наличие генов устойчивости к тетрациклинам (tetR), фторхинолонам (qnrVC1), триметоприму (dfrA1) и хлорамфениколу (floR). Индукцию конъюгации проводили субингибирующими концентрациями ципрофлоксацина, доксициклина, триметоприма/сульфаметоксазола, стрептомицина. Результаты. Эффективность конъюгации в биоплёнках была выше, чем в планктоне, и снижалась при понижении температуры. Стрептомицин и триметоприм/сульфаметоксазол стимулировали конъюгацию в биоплёнках на хитине. Доксициклин и ципрофлоксацин увеличивали частоту конъюгации в планктоне. Заключение. Температура и биоплёнкообразование влияют на передачу генов антибиотикорезистентности у холерных вибрионов. В условиях сложной биоплёнки, по сравнению с планктонной формой, происходит повышение эффективности конъюгации между холерными вибрионами и другими представителями семейства Enterobacteriaceae, более выраженное на биотическом субстрате (хитине) и при 37°C. Субингибирующие концентрации антибиотиков могут как стимулировать, так и подавлять процесс конъюгации в биоплёнках. Необходимо решение экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды пластиковым мусором и антибиотиками, соблюдение дозировок при назначении средств этиотропной терапии, поиск веществ, подавляющих передачу генов антибиотикорезистентности, либо способствующих элиминации имеющихся мобильных генетических элементов, ответственных за антибиотикорезистентность.

The growth of antibiotic resistance necessitates studying the processes of acquisition and loss of genetic elements responsible for resistance. The aim of the study was to investigate the effect of temperature, biofilm formation, and antibiotics on the efficiency of integrative conjugative element (ICE) transfer in Vibrio cholerae O1 El Tor strains. Material and methods. Conjugative transfer of the ICE element from V. cholerae O1 El Tor strains to Escherichia сoli QD 5003 Rifr and V. cholera O1 El Tor 5879 Nalr cells was carried out in plankton and in biofilms on plastic and chitin at 25–37°C. The presence of ICE was determined by the integrase gene (int). Transconjugants were tested for antibiotic sensitivity and for the presence of resistance genes to tetracyclines (tetR), fluoroquinolones (qnrVC1), trimethoprim (dfrA1), and chloramphenicol (floR). Conjugation was induced by subinhibitory concentrations of ciprofloxacin, doxycycline, trimethoprim/sulfamethoxazole, and streptomycin. Results. Conjugation efficiency was higher in biofilms than in plankton, and lover with decreasing temperature. Streptomycin and trimethoprim/sulfamethoxazole stimulated conjugation in chitinous biofilms. Doxycycline and ciprofloxacin increased conjugation frequency in plankton. Conclusion. Temperature and biofilm formation affect the transfer of antibiotic resistance genes in V. cholerae. In complex biofilm conditions, compared to the planktonic form, there is an increase in the efficiency of conjugation between V. cholerae and other representatives of the Enterobacteriaceae family, which is more pronounced on the biotic substrate (chitin) and at 37°C. Subinhibitory concentrations of antibiotics can both stimulate and suppress the conjugation process in biofilms. It is necessary to solve environmental problems associated with environmental pollution by plastic waste and antibiotics, and to observe dosages when prescribing etiotropic therapy, as well as to search for substances that suppress the transfer of antibiotic resistance genes or promote the elimination of existing mobile genetic elements responsible for antibiotic resistance.

холерные вибрионыконъюгацияICE-элементгены антибиотикорезистентности

Vibrio choleraeconjugationICE elementantibiotic resistance genes

References1

Рыбальченко Д. А., Щелканова Е. Ю., Лозовский Ю. В., Федоров А. В., Смирнова Н. И. Распространенность разных типов интегративного конъюгативного элемента SXT/R391, кодирующего множественную резистентность к антибиотикам, среди клинических штаммов возбудителя холеры. Проблемы особо опасных инфекций. 2022; 1: 137– 147. doi: https://doi.org/10.21055/0370-1069-2022-1-137-147.

Rybal’chenko D. A., Shchelkanova E.Y u., Lozovsky Yu. V., Fedorov A. V., Smirnova N . I. Prevalence of different types of integrative conjugative element SXT/R391 encoding multiple antibiotic resistance among clinical strains of cholera agent. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii. 2022; (1): 137–147. doi: https://doi.org/10.21055/0370-1069-2022-1-137-147 (in Russian)

Corrado N., Burrus V. The dualistic nature of integrative and conjugative elements. Annul Rev Genet 2015; 21: 98–102. doi: 10.1080/2159256X.2015.1102796

Bioteau A., Durand R., Burrus V. Redefinition and unification of the SXT/R391 family of integrative and conjugative elements. Applied Environmen Microbiolgy. 2018; 84: 13. doi: 10.1128/AEM.00485-18.

Lu J., Wang Y., Jin M., Yuan Z., Bond P., Guo J. Both silver ions and silver nanoparticles facilitate the horizontal transfer of plasmid-mediated antibiotic resistance genes. Water Res. 2020; 169: 115229. doi: 10.1016/j.watres.2019.115229.

Chen X., Yin H., Li G., Wang W., Wong P. K., Zhao H., An T. Antibiotic-resistance gene transfer in antibiotic-resistance bacteria under different light irradiation: Implications from oxidative stress and gene expression. Water Res. 2019; 149: 282–291. doi: 10.1016/j.watres.2018.11.019.

Lutz C., Erken M., Noorian P., Sun S., McDougald D. Environmental reservoirs and mechanisms of persistence of Vibrio cholerae. Front Microbiol. 2013; 4: 375. doi: 10.3389/fmicb.2013.00375.

Harriott M. M., Noverr M. C. Candida albicans and Staphylococcus aureus form polymicrobial biofilms: effects on antimicrobial resistance. Antimicrob Agents Chemother. 2009; 53 (9): 3914–3922. doi: 10.1128/AAC.00657-09.

Król J. E., Wojtowicz A. J., Rogers L. M., Heuer H., Smalla K., Krone S. M., Top E. M. Invasion of E. coli biofilms by antibiotic resistance plasmids. Plasmid. 2013; 70 (1): 110–119. doi: 10.1016/j.plasmid.2013.03.003.

Lopatkin A. J., Huang S., Smith R. P., Srimani J. K., Sysoeva T. A., Bewick S., Karig D. K., You L. Antibiotics as a selective driver for conjugation dynamics. Nat Microbiol. 2016; 1: 16044. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.44

Dahmane N., Robert E., Deschamps J., Meylheuc T., Delorme C., Briandet R., Leblond-Bourget N., Guédon E., Payot S. Impact of cell surface molecules on conjugative transfer of the integrative and conjugative element ICESt3 of Streptococcus thermophilus. Appl Environ Microbiol. 2018; 84 (5): e02109–17. doi: 10.1128/AEM.02109-17.

Huang H., Chen Y., Zheng X., Su Y., Wan R., Yang S. Distribution of tetracycline resistance genes in anaerobic treatment of waste sludge: The role of pH in regulating tetracycline resistant bacteria and horizontal gene transfer. Bioresour Technolog. 2016; 218: 1284–1289. doi: 10.1016/j.biortech.2016.07.097.

Nohejl T., Valcek A., Papousek I., Palkovicova J., Wailan A. M., Pratova H., Minoia M., Dolejska M. Genomic analysis of qnr-harbouring IncX plasmids and their transferability within different hosts under induced stress. BMC Microbiol. 2022; 22 (1): 136. doi: 10.1186/s12866-022-02546-6.

Селянская Н. А., Водопьянов С. О., Рыкова В. А., Соколова Е. П. Трансмиссивная антибиотикоустойчивость, обусловленная SXTэлементом, у холерных вибрионов, выделенных на территории России. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2020; 3: 258–264. doi: https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-3-8.

Selyanskaya N. A., Vodop'yanov S. O., Rykova V. A., Sokolova E. P. Transmissive antibiotic resistance, associated with the SXT element, in cholera vibrios isolated in the territory of Russia. Journal of Microbiology Epidemiology Immunobiology. 2020; (3): 258–264. (n Russian)

Селянская Н. А., Меньшикова Е. А., Курбатова Е. М., Головин С. Н. Оценка эффективности антибиотиков в отношении Vibrio cholerae в условиях формирования сложной биоплёнки. Антибиотики и химиотер. 2020; 65 (3–4): 12–15. doi: 10.37489/0235-2990-2020-65-3-4-12-15.

[Selyanskaya N. A., Menshikova E. A., Kurbatova E. M., Golovin S. N. Evaluation of antibiotics effectiveness against Vibrio cholerae under the conditions of complex biofilm formation. Antibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy. 2020; 65 (3–4):12–15. doi: 10.37489/0235-2990-2020-65-3-4-12-15. (in Russian)

Определение чувствительности возбудителей опасных бактериальных инфекций (чума, сибирская язва, холера, туляремия, бруцеллёз, сап, мелиоидоз) к антибактериальным препаратам. Метод.указ. МУК 4.2.2495-09. М.: 2009; 59.

Identification of the pathogens of dangerous bacterial infections (plague, anthrax, cholera, tularemia, brucellosis, glanders, melioidoz) to antibacterial medicines. Method.the Decree. MU 4.2.2495-09. Moscow; 2009; 59. (in Russian)]

Методы лабораторной диагностики холеры. Метод.указ. МУК 4.2.3745-22. М.: 2022:24.

Methods of laboratory diagnosis of cholera. Method.the Decree. MU4.2.3745-22. Мoscow: 2022; 24. (in Russian)]

Водопьянов А. С., Водопьянов С. О., Олейников И. П., Мишанькин Б. Н., Кругликов В. Д., Архангельская И. В., Зубкова Д. А., Ежова М. И. INDELи VNTR-типирование штаммов Vibrio cholerae, выделенных в 2013 году из объектов окружающей среды на территории Российской Федерации. Здоровье населения и среда обитания. 2015; 5 (266): 41–44.

Vodopyanov A. S., Vodopyanov S. O., Oleynikov I. P., Mishan'kin B. N., Kruglikov V. D., Arkhangelskaya I. V., Zubkova D. A., Yezhova M. I. INDELИ VNTR-typing Vibrio cholerae strains, isolated in 2013 from the environment objects in the Russian Federation. Public Health and Life Environment. 2015; 5 (266): 41–44. (in Russian)

Титова С. В., Меньшикова Е. А., Водопьянов С. О., Олейников И. П., Бородина Т. Н. Изучение биоплёночной формы холерных вибрионов методом ПЦР-РВ. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2022; 27 (1): 23–32. doi: https://doi.org/10.17816/EID109894.

Titova S. V., Menshikova E. A., Vodop'yanov S. O., Oleynikov I. P., Borodina T. N. Study of the biofilm form of Vibrio cholerae by RT-PCR. Epidemiology and Infectious Diseases. 2022; 27 (1): 23–32. doi: https://doi.org/10.17816/EID109894. (in Russian)

Spagnoletti M., Ceccarelli D., Colombo M. M. Rapid detection by multiplex PCR of Genomic Islands, prophages and Integrative Conjugative Elements in V. cholerae 7th pandemic variants. J Microbiol Methods. 2012; 88 (1): 98–102. doi: 10.1016/j.mimet.2011.10.017.

Крицкий А. А., Челдышова Л. Б., Заднова С. П., Плеханов Н. А., Смирнова Н. И. Способ одновременного выявления штаммов Vibrio cholerae и определения в их геноме генов лекарственной устойчивости с помощью ПЦР в режиме реального времени. Биотехнология. 2018; 34 (2): 70–72. doi: 10.21519/0234-2758-2018-34-2-70-79.

Kritskii A. A., Cheldyshova N. B., Zadnova S. P., Plekhanov N. A., Smirnova N. I. A method for simultaneous detection of Vibrio cholerae strains and drug resistance genes in their genome by means of real-time PCR. Biotekhnologiya. 2018; 34 (2): 70–72. doi: 10.21519/0234-2758-2018-34-2-70-79. (in Russian)

Марков Е. Ю., Куликалова Е. С., Урбанович Л. Я., Вишняков В. С., Балахонов С. В. Хитин и продукты его гидролиза в экологии Vibrio cholerae. Обзор. Биохимия. 2015; 80 (9): 1334–1343.

Pallares-Vega R., Macedo G., Brouwer M. S. M., Leal L. H., Maas P., Loosdrecht M. C. M., Weissbrodt D. G., Heederik D., Mevius D., Schmitt H. Temperature and Nutrient Limitations Decrease Transfer of Conjugative IncP-1 Plasmid pKJK5 to Wild Escherichia coli. Front microbiol. 2021; 12: 656250. doi: 10.3389/fmicb.2021.656250.

Ma H., Bryers J. D. Non-invasive determination of conjugative transfer of plasmids bearing antibiotic-resistance genes in biofilm-bound bacteria: effects of substrate loading and antibiotic selection. Appl Microbiol Biotechnol. 2013; 97 (1): 317–328. doi: 10.1007/s00253-012-4179-9.

Beaber J. W., Hochhut B., Waldor M. K. SOS response promotes horizontal dissemination of antibiotic resistance genes. Nature. 2004; 427 (6969): 72–74. doi: 10.1038/nature02241.

Poulin-Laprade D., Burrus V. A λ cro-like repressor is essential for the induction of conjugative transfer of SXT/R391 elements in response to DNA damage. J. Bacteriol. 2015; 197 (24): 3822–3833. doi: 10.1128/JB.00638-15.

Mohanraj R. S., Mandal J. Azithromycin can induce SOS response and horizontal gene transfer of SXT element in Vibrio cholerae. Mol Biol Rep. 2022; 49 (6): 4737–4748. doi: 10.1007/s11033-022-07323-2.

Schuurmans J. M., Hijum S. A.F. T., Piet J. R., Handel N., Smelt J., Brul S., ter Kuile B. H. Effect of growth rate and selection pressure on rates of transfer of an antibiotic resistance plasmid between E. coli strains. Plasmid. 2014; 72: 1–8. doi: 10.1016/j.plasmid.2014.01.002.

Díaz-Pascual F., Hartmann R., Lempp M., Vidakovic L., Song B., Jeckel H., Thormann K. M., Yildiz F. H., Dunkel J., Link H., Nadell C. D., Drescher K. Breakdown of Vibrio cholerae biofilm architecture induced by antibiotics disrupts community barrier function. Nat Microbiol. 2019; 4 (12): 2136– 2145. doi: 10.1038/s41564-019-0579-2.

Захарова И. Б., Викторов Д. В. Интегративные конъюгативные элементы микроорганизмов (ICEs). Молекулярная генетика. 2015; 33 (3): 9–16.

Zakharova I. B., Viktorov D. V. Integrative Conjugative Elements (ICES) of microorganisms. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2015; 30 (3): 114–123. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.