Научная статья на тему 'ОСОБЕННОСТИ БЕЛКОВ – АДГЕЗИНОВ MUCOR LUSITANICUS И AS-PERGILLUS CLAVATUS В СРАВНЕНИИ С АДГЕЗИНАМИ НЕКОТОРЫХ МИКРОМИЦЕТОВ И БАКТЕРИЙ'

ОСОБЕННОСТИ БЕЛКОВ – АДГЕЗИНОВ MUCOR LUSITANICUS И AS-PERGILLUS CLAVATUS В СРАВНЕНИИ С АДГЕЗИНАМИ НЕКОТОРЫХ МИКРОМИЦЕТОВ И БАКТЕРИЙ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
98
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
адгезины / аспергиллы / бактерии / мукоромицеты / структурная протеомика / adhesins / aspergilli / bacteria / mucoromycetes / structural proteomics

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Рябинин И.А., Ковыршин С.В., Бузмакова А.Л., Васильева Н.В.

В сообщении представлены результаты реконструкции третичной структуры и физико-химических свойств адгезинов Mucor lusitanicus и Aspergillus clavatus в сравнении с адгезивными белками других микромицетов и бактерий – Pichia kudryavtsevii, Trichophyton benhamiae, Coccidioides immitis, Turicella otitidis и Klebsiella pneumoniae. Для определения структурных особенностей глобулы адгезина M. lusitanicus применен оригинальный прием пофрагментной реконструкции. Кроме того, в первичной последовательности этого белка выявлены повторяющиеся аминокислотные мотивы Val-Tre-Leu-Pro и Tre-Ile-Tre-Leu-Pro. Для всех исследованных адгезинов расчётным путем предсказаны потенциальные антигенные эпитопы в форме эйкосапептидов. Обсуждена роль микробных адгезинов как перспективных мишеней для создания тест-систем и протоколов с целью совершенствования лабораторной диагностики инфекций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FEATURES OF MUCOR LUSITANICUS AND ASPERGILLUS CLAVATUS ADHESIVE PROTEINS IN COMPARISON WITH ADHESINS OF SOME MICROMYCETES AND BACTERIA

The results of the reconstruction of the tertiary struc-ture and physicochemical properties of Mucor lusitanicus and Aspergillus clavatus adhesins in comparison with the adhesive proteins of other micromycetes and bacteria including Pichia kudryavtsevii, Trichophyton benhamiae, Coccidioides immitis, Turicella otitidis and Klebsiella pneumoniae are presented in the report. For determination of structural features of the M. lusitanicus adhesin globule, an original method of fragmentary reconstruction was used. In addition, the repetitive amino acid motifs «Val-Tre-Leu-Pro» and «Tre-Ile-Tre-Leu-Pro» were identified in the primary sequence of this protein. Potential antigenic epitopes in the form of eicosapeptides were predicted by calculation for all of studied adhesins. The role of microbial adhesins as promising targets for creating test-systems and protocols in order to improve laboratory diagnosis of infections have been discussed.

Текст научной работы на тему «ОСОБЕННОСТИ БЕЛКОВ – АДГЕЗИНОВ MUCOR LUSITANICUS И AS-PERGILLUS CLAVATUS В СРАВНЕНИИ С АДГЕЗИНАМИ НЕКОТОРЫХ МИКРОМИЦЕТОВ И БАКТЕРИЙ»

УДК 582.281.212+582.282.123.4: 547.96 DOI: 10.24412/1999-6780-2021-1-46-52

ОСОБЕННОСТИ БЕЛКОВ - АДГЕ-ЗИНОВ MUCOR LUSITANICUS И ASPERGILLUS CLAVATUS В СРАВНЕНИИ С АДГЕЗИНАМИ НЕКОТОРЫХ МИКРОМИЦЕТОВ И БАКТЕРИЙ

Рябинин И.А. (м.н.с., ассистент кафедры), Ковыршин С.В. (студент), Бузмакова А.Л. (студент), 1Васильева Н.В. (директор института, зав. кафедрой)

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова (НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина, кафедра медицинской микробиологии, медико-профилактический факультет, лечебный факультет), Санкт-Петербург, Россия

В сообщении представлены результаты реконструкции третичной структуры и физико-химических свойств адгезинов Mucor lusitanicus и Aspergillus clavatus в сравнении с адгезивными белками других микромицетов и бактерий - Pichia kudrycrvtsevii, Trichophyton benhamiae, Coccidioides immitis, Turicella otitidis и Klebsiella pneumoniae. Для определения структурных особенностей глобулы адгезина М. lusitanicus применен оригинальный прием пофрагментной реконструкции. Кроме того, в первичной последовательности этого белка выявлены повторяющиеся аминокислотные мотивы Val-Tre-Leu-Pro и Тге-Ile-Tre-Leu-Pro. Для всех исследованных адгезинов расчётным путем предсказаны потенциальные антигенные эпитопы в форме эйкосапептидов. Обсуждена роль микробных адгезинов как перспективных мишеней для создания тест-систем и протоколов с целью совершенствования лабораторной диагностики инфекций.

Ключевые слова', адгезины, аспергиллы, бактерии, мукоромицеты, структурная протеомика

FEATURES OF MUCOR LUSITANICUS AND ASPERGILLUS CLAVATUS ADHESIVE PROTEINS IN COMPARISON WITH ADHESINS OF SOME MICRO-MYCETES AND BACTERIA

1Ryabinin I.A. (junior researcher, assistant of the department), 2Kovyrschyn S.V. (student), 3Buzmakova A.L. (student), 1Vasilyeva N.V. (director of the Institute, head of the department)

North-Western State Medical University named after I.I. Mech-nikov (Kashkin Research Institute of Medical Mycology, Department of Medical Microbiology, faculty of preventive medicine; faculty of clinical medicine), St. Petersburg, Russia

The results of the reconstruction of the tertiaiy structure and physicochemical properties of Mucor lusitaniens and Aspergillus clavatus adhesins in comparison with the adhesive proteins of other micromycetes and bacteria including Pichia

kudryavtsevii, Trichophyton benhamiae, Coccidioides immitis, Turicella otitidis and Klebsiella pneumoniae are presented in the report. For determination of structural features of the M. lusitanicus adhesin globule, an original method of fragmentary reconstruction was used. In addition, the repetitive amino acid motifs «Val-Tre-Leu-Pro» and «Tre-Ile-Tre-Leu-Pro» were identified in the primary sequence of this protein. Potential antigenic epitopes in the form of eicosapeptides were predicted by calculation for all of studied adhesins. The role of microbial adhesins as promising targets for creating test-systems and protocols in order to improve laboratory diagnosis of infections have been discussed.

Key words: adhesins, aspergilli, bacteria, mucoromy-cetes, structural proteomics

ВВЕДЕНИЕ

Ключом к разработке новых терапевтических средств, а также поиску диагностических биомаркеров для быстрого обнаружения возбудителей при мукормикозах является понимание молекулярного патогенеза этого круга патологий, факторов вирулентности этиологических агентов. В наибольшей степени в качестве таких субстанций известны гидролитические ферменты [1, 2], новые характеристики которых нами приведены ранее [3, 4]. Малоизвестными остаются механизмы адгезии мукоро-мицетов на естественные покровы организма человека, а также на поверхности клеток и внеклеточного матрикса, появляющиеся в области дефектов (механических или эрозионных). Среди биополимеров, опосредующих этот процесс, безусловно, наибольшей специфичностью обладают белки. В составе протеомов медицински значимых мукоромицетов адгезины пока слабо изучены. В данной работе проведено исследование одного из немногих идентифицированных представителей белков, выявленного у Mucor lusitanicus Bruderl, в сравнении с адгезивными белками других микроорганизмов. Среди белков сравнения более подробно изучали также адгезии Aspergillus clavatus Desm. в связи с двумя фактами. Аспергиллы как возбудители инвазивных микозов поражают в основном те же локализации, что и мукоромицеты, поэтому представляет интерес сопоставление их молекулярной стратегии «агрессии» в отношении тканей человека. В патогенезе инвазив-ного аспергиллеза наиболее полное представление сформировано в отношении факторов вирулентности A. fumigatus [5, 6], в то же время для многочисленных видов обширной группы Aspergillus non-fumigatus данные еще только накапливают [7, 8].

Цель работы - демонстрация структурного разнообразия адгезивных белков избранных возбудителей инфекций, микотичсских и бактериальных, в сравнительном аспекте с использованием инструментов биоинформатики.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объектов исследования использовали первичные последовательности адгезивных белков из протеомов Mucor lusitanicus, Corynebacterium (Turicella) otitidis, Klebsiella pneumoniae, Pichia kudryavtsevii, Aspergillus clavatus, Trichophyton benhamiae и Coccidioides immitis. Выбор таких видов обоснован, прежде всего, клинической актуальностью: М. lusitanicus (ранее - М. circinelloides f. lusitanicus) выделяли в случаях мукормикоза, также он является представителем основных родов условно-патогенных мукоромицетов, для которого идентифицирован адгезивный белок; С. (Т.) otitidis — сравнительно малоизученный возбудитель инфекций JIOP-органов; К. pneumoniae - хорошо известный этиологический агент воздушно-капельных и гнойно-септических инфекций, в том числе госпитальных (входит в группу «ESKAPE»); P. kudryavzevii (ранее - Candida krusei) - дрожжевой гриб из группы возбудителей кандидоза с первичной устойчивостью к флуконазолу; A. clavatus — один из возбудителей инвазивного аспергиллеза; Т. benhamiae вызывает зоонозную трихофитию, заражение происходит при контакте с мелкими млекопитающими (морские свинки и др.); С. immitis — особо опасный агент первичных системных микозов, его считают наиболее патогенным грибом для человека.

Поиск и выкопировку последовательностей провели с помощью ресурса NCBI, использовали последовательности №№ EAW13888.1; DAA74232.1; ААМ69276.1; WP 046643973.1; KAF1804186.1; STR30521.1 и OUT21735.1. Для их обработки применяли редакторы COBALT (выравнивание), BlastTreeView (построение дендрограммы), ProteinCalculator v. 3.4 (анализ физико-химических свойств), Swiss-Model (реконструкция вторичной и третичной структуры) [9, 10], SVMTriP (прогнозирование антигенных эпитопов) [11]. Предпечатную обработку изображений выполнили с помощью XnView и Paint.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Микробные адгезины, включенные в работу, обладают контрастно различающимися первичными структурами, как это видно из дендрограммы на рисунке 1.

По итогам реконструкции, исследуемые адгезивные белки можно условно разделить на 2 группы: адгезины микромицетов (кроме P. kudriavzevii), для которых удается установить только структуру небольшой части молекулы (Рис. 2, верхняя часть); напротив, для адгезинов бактерий и P. kudriavzevii с первого тура анализа воспроизвели строение большей части молекулы (Рис. 2, нижняя часть). Примечательно, что у адгезинов P. kudriavzeviiК. pneumoniae и С. otitidis на значительной протяженности, как видно из диаграмм на рисунке, молекула состоит из ß-складчатых структур. Адгезии P. kudriavzevii

приближается к глобулярному, а аналогичные белки К. pneumoniae и С. otitidis - фибриллярного типа с характерными «тоннелями».

Рис. 1. Дендрограмма кластеризации первичных последовательностей микробных адгезинов (циркулярного типа, алгоритм построения «COBALT Тгее»), Пунктиром объединена часть, включающая адгезины микромицетов.

У адгезина-гемолизина К. pneumoniae полость молекулы единая, образована трехгранным в сечении расположением ß-складок, описывающих спираль; тогда как у белка фимбрий (адгезина) С. otitidis «полость» состоит как бы из трех обособленных каналов, не полностью подходящих друг к другу входными и выходными апертурами. В них ß-складки ориентированы в основном вдоль длинной оси каналов и скошены под углом.

Адгезии М. lusitanicus за один тур работы редактора поддается лишь частичной реконструкции, охватывающей малый фрагмент последовательности, для него провели подряд 8 туров анализа, исключая из «запроса» ту часть последовательности, которую удалось воспроизвести на предыдущем этапе (туре). Адгезии М. lusitanicus включает 317 аминокислот, наибольшего содержания достигают остатки треонина (87), лейцина (41), пролина (40), валина (35), изолейцина (24) и серина (20). В первичной структуре отсутствуют гистидин, тирозин, цистеин и селеноцистеин. Содержание других остатков варьирует от 17 (аланин) до 1 (триптофан). Молекулярная масса белка Мг=32856,957 (C1484N347O478S1H2473), ожидаемая изоэлектрическая точка pl = 3,94; при рН=7,0 молекула предположительно имеет заряд -12,1.

ОМЕАЫ4= -1,66 (+) Идент.=29,41%/Г

ОМЕА1\14= -2,70 (+) Идент.=24,14%

ОМЕАЫ4= -3,58 (+) Идент.=21,82%

Гликопротеин наружной стенки сферулы С. ¡тпиШв

Адгезин - агглютинин

Т. Ьеп11ат1ае

Адгезин А. с1ауа1и8

ОМЕА1\14= -2,56 (+) Идент.=33,21%<^=::

ОМЕА1Ч4= -3,48 (+) Идент.=34,07%^

Филаментозный гемагглютинин (адгезин) К1. рпеитопШе

^ Адгезин Р. кскЗпауге^и

ОМЕАЫ4= -3,57 (+) Идент.=34,08%

Главный 1_РХТС-якорный пилин семейства БраН/ЕЬрВ С. оИШэ

Рис. 2. Результаты структурной реконструкции микробных адгезинов. Серые геометрические элементы - не поддающаяся воссозданию часть структуры. Указано значение показателя достоверности реконструкции ОМЕА1\14 и идентичности анализируемой последовательности с последовательностью кристаллографического шаблона («индент.»). «а/к» - количество аминокислотных остатков в цепи.

Таблица 1

Аннотация-«разметка» первичной структуры адгезина Мисог _ияНамсиБ_

Участки последовательности, для которых воссоздана вторичная и третичная структура; участки, для которых реконструкция не-

_возможна, выделены (XXX)_

МЮТбПТРЬЕУТПТЕТРУЕЬАТАТЕРУТУТЗТРЮУОНТРТКЗТТАТ УТМПТРУЕЬРТАТУММПУ^МПТЕУОНТУТР^ТОЬУПРРбЬУП РРМТУТЕЗтАРМУтРАЗПТОЮУЗЗтРАТППРЗСПЛРАЗ^ ПРРЕТУПРАМТУПУРЗТУПРтРАМТУТРРтРАЕТУТИРРТУ ПРУПЗАЗТУПРУЗППР^ПТОТРУЗЗтРСТППРЗСТУПРР З^ПРРМТУТУТРМРУПРРМППРАСПТУТОАРЬРАИУТАРРАПТ

1_РРОРУУРМ1_Р1_РК_

Повторяющиеся аминокислотные мотивы «УПР» и «ЛИР» МЮТЗТИРЬЕУТЛТЕТРУЕЬАТАТЕРУТУТЗТРЮУОНТРТКЗТТАТ УТМТИРУЕЬРТАТУММПУ^МТИЕУаНТУТР^ТаЬУПРРЗЬУП ррмтутЕзтАРМУтРАЗптаюуззтРАТ^л^блпРАЗ^ ЛРРЕТУПРАМТУПУРЗТтРтРАМТУТРРтРАЕТУТИРРТУ

прупзАзтупрузппр^тиатруззтрстппрзступрр

З^ПРРМТУТУТРМРУЛРРМИИРАСТИУТОАРЬРАИУТАРРАПТ LPPQPWFNLPLPK

Элементы вторичной и третичной структуры этого адгезина с разметкой очереди их расположения и фрагментов, не поддающихся аннотированию, показаны на рисунке 3 и в таблице 1 (верхняя часть).

Рис. 3. Элементы вторичной и третичной структуры адгезина М. lusitanicus. Соединительные линии показывают очередность следования элементов в аминокислотной цепи, записи в коде FASTA в прямоугольниках - части цепи, не поддающиеся реконструкции. Для каждого фрагмента указана величина QMEAN4 (на цветовой выноске); значения, отмеченные знаком «V», указывают на наиболее достоверные результаты, «а» и «р» - одноименные элементы вторичной структуры.

Воспроизведение структуры удалось для большей части последовательности. По показателю качества реконструкции QMEAN4 (Рис. 3) элементы N-концевой части молекулы воссозданы наиболее точно, а С-концевой, как видно из фактических значений, имеют существенные различия с использованными кристаллографическими моделями. Некоторым недостатком данного метода реконструкции является то обстоятельство, что получаемые струк-туризированные белковые фрагменты невозможно свести в единую глобулу, т.е. понять их взаимное расположение друг относительно друга. Такие данные в силу уникальности исследуемого адгезина возможны только после прохождения полноценного рентгеноструктурного анализа. Многие элементы молекулы не относятся к консервативным стабильным элементам вторичной структуры, т.е. их кон-формация может легко меняться в зависимости от строения близкорасположенного фрагмента в молекуле или другого полипептида в акте межбелковых взаимодействий.

Последовательность адгезивного белка М. \usi-1атси5 интересна также тем, что в ней встречаются своеобразные повторяющиеся мотивы аминокислот (табл. 1, нижняя часть): Уа1-Тге-Ьеи-Рго (всего 10) и Тге-11е-Тге-Ьеи-Рго (всего 5). По-видимому, такие мотивы указывают на способность этого адгезина связывать некий субстрат, включающий повторяющиеся фрагменты.

Такими элементами на клетке хозяина могут быть гетерополисахариды, гликолипиды, поверхностный белок, состоящий из нескольких сходных субъединиц, или группа идентичных трансмембранных белков с близким пространственным расположением.

В результате прогностического анализа состава антигенных свойств адгезинов получены группы эй-косапептидов, количество которых оказалось в основном пропорционально длинам исходных аминокислотных последовательностей исследуемых белков (табл. 2).

Таблица 2

Антигенные эпитопы в структуре исследуемых микробных адгезинов

Вид Остатки в последовательности адгезина Последовательности эпитопов - эйкосапептидов (FASTA) Индикатор достоверности существования эпитопа (по БУМТпР)

Mucor lusitanicus 79-98 QLLTVTDISTQLVTLPPSLV* 1.000

112-131 APNVITLPASTITQLQVSSr 0.865

222-241 LPISTITQTRVSSITLPGTT 0.843

147-166 LPASIVTLPRETVTLPANTV 0.581

Coccidioides immitis 314-333 KETKNYGYHYARAHDKAVSS* 1.000

50-69 YDEYGYKMRKRGATSHKEHS 0.811

Pichia 217-236 SSLVYQLDGATAGMQCTKVT* 1.000

jFNLPLDK

yQLTTDTKST

NTLTEV

TLTPPT

| TTITLPSGTÍ]"

aHEAN,

-3,80 V -2.84 V -3,22 V -2,35 V -1,20 V -3,72 V -4,38 -4,64 -4,64 -4,82

STLTLPISTITQTRVSSITL

kudriavzevïi 121-140 AETTGIYEFQVINVDESAMI* 0.878

1725-1744 TNAIVVETPDVTCVPRTSID 0.640

2083-2102 GLEITHYSSNRISVDDGEIV 0.577

1774-1793 GIVVIFSEVIVETPAASCGT 0.553

707-726 SEIIVEIPSDPVSSWTTTTS 0.466

1610-1629 RYVNATLWVETPAASCAQL 0.465

2222-2241 KYFDALNRIVEVEAQIESLL 0.464

829-848 HHTVTVTTDCLSTTISSTVT 0.455

1116-1135 HHTVTVTTDCLSTTISSTVT 0.455

Aspergillus 86-105 CCTGCAATCCCCTCTCCGGC* 1.000

clavatus 283-302 CTCTGCGACAACCCCTACGG 0.977

Trichophyton 362-381 EPDVEIPSNEVETRLGKLKI* 1.000

benhamiae 87-106 IQQVQADLSTNDGLRAARAL* 0.996

487-506 VTQVAKIENTRSGFLPNTGG* 0.993

217-236 EQLSKYWFDDLDEEKLELT 0.792

31-50 ALVPQAVAQEANASTIDVDR 0.609

451-470 CLVEVEAPQGYQLLSTPVEV 0.604

238-257 EQREGITASLTAGDVELEKG 0.602

109-128 ATAEDDPEGVSEQKITDENG 0.588

Corynebacterium 362-381 EPDVEIPSNEVETRLGKLKI* 1.000

(Turicella) 87-106 IQQVQADLSTNDGLRAARAL* 0.996

otitidis 487-506 VTQVAKIENTRSGFLPNTGG* 0.993

217-236 EQLSKYWFDDLDEEKLELT 0.792

31-50 ALVPQAVAQ EAN ASTI DVD R 0.609

451-470 CLVEVEAPQGYQLLSTPVEV 0.604

238-257 EQREGITASLTAGDVELEKG 0.602

109-128 ATAEDDPEGVSEQKITDENG 0.588

Klebsiella 363-382 ASLLSNNQIAATAIGDFLNE* 1.000

pneumoniae 82-101 NNLTAGSASVILNEVTSKNA* 0.860

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

537-556 NMTLTATKWNGGKSCGILG* 0.812

278-297 KGSITGKGLLSQVSTVTGIT 0.555

565-584 LTADKLVLNSSQKYVSDMGG 0.538

33-52 ATVIDIEKPNAAGVSHNLYR 0.511

448-467 QSSSGRIEATNAITAHSYWL 0.431

175-194 GYAVLLADAIKINGKVQANN 0.412

232-251 DVSSLGGIEANSISMVGNNI 0.389

Примечание: знаком «*» отмечены наиболее достоверные эпитопы.

Для адгезина М. \usitanicus выявили 4 таких эпитопа, 2 из которых формируются с высокой достоверностью. Эти эпитопы можно использовать для создания искусственного антигенного препарата (на синтетическом носителе — коллоидной гидроокиси алюминия, дендримере, фуллеренах и др.) с целью получения специфических антител. Моноклональ-ные антитела к адгезину возбудителя мукормикоза для иммуногистохимического исследования позволят детально локализовать топографию адгезина на гифах возбудителя, уточнить, экспрессируется ли он

только на поверхности растущего апекса или рассредоточен диффузно по таллому гриба в ткани, и/или частично диффундирует в межклеточное пространство и тканевые жидкости. В последнем случае такой белок можно будет рассматривать в качестве антигенного экспресс-маркера, вопрос о поиске которых остро стоит в отношении разработки средств диагностики мукормикозов.

Адгезии A. clavatus диаметрально отличается от изученного белка M. lusitaniens по физико-химическим свойствам. Это небольшой белок, состоящий всего из 118 аминокислот. Молекула выражается брутто-формулой Cs5'jN|4yO|72S| IН883, которой соответствует среднеизотопная молекулярная масса Мг= 12787,1670. При рН=7,0 белковая глобула имеет заряд 1,3; ожидаемая изоэлектрическая точка составила 7,52. В первичной структуре наибольшего содержания достигают остатки треонина (12), серина и цистеина (по 10), пролина и лейцина (по 9); содержание других остатков варьирует от 8 (аланин) до 1 (метионин). Триптофан и селеноцистеин отсутствуют. Примечательно, что сегменты последовательности у N- и С-конца уникальны и не поддаются структурной реконструкции, а срединный сегмент отличается пространственным сходством сразу с несколькими белками эукариот: нидогеном — компонентом базальной мембраны эпителия многоклеточных животных; эпителиальным фактором роста человека; Е-селектином человека, а также адгезинами некоторых простейших - Plasmodium falciparum и Toxoplasma gondii. Этот факт указывает, что данный адгезии А. clavatus потенциально связан с неким еще не установленным актом межбелкового взаимодействия с компонентами эпителиальных барьеров, который также имеет место в патогенезе других инфекционных заболеваний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Адгезия является ключевым начальным этапом во взаимодействии микроорганизма-хозяина и микроорганизма-колонизатора или возбудителя инфекционного заболевания. Адгезины относят к важным факторам вирулентности инфекционных агентов вне зависимости от их природы (бактерии, микромице-ты, вирусы, простейшие, возможно, и многоклеточные паразиты). Поэтому эволюционные процессы на молекулярном уровне на этапах становления конкретной системы «паразит-хозяин» обязательно затрагивают генетические детерминанты адгезинов. В конкуренции за конкретных «хозяев» (между собой и резидентной микробиотой) возбудители инфекционных болезней выработали уникальные молекулярные стратегии прикрепления к их клеткам с использованием субстанций белковой, полисахаридной и липидной природы. С прикладной, медицинской точки зрения, сами адгезины и их генетические детерминанты следует рассматривать как перспективные биомаркеры, которые послужат разработке тест-систем для индикации, идентификации и внутриви-

дового типирования патогенных биологических агентов. В этой сфере наиболее «удачными» объектами являются белки, поскольку на данном этапе развития молекулярной биологии и биоинформатики для этих соединений разработаны наиболее подробные и многофункциональные подходы к исследованию и анализу. Полисахаридные адгезины (в составе капсул и микрокапсул) имеют более сложный аппарат кодирования, а методы типирования на их основе обладают определёнными ограничениями по дискриминационной силе. Так, Salmonella Typhimurium

— единый серотип, но имеет множество молекулярных вариантов (в системе Multilocus sequence typing

- MLST, например) [12], отдельные серотипы диаре-егенных эшерихий представлены штаммами, не идентичными по фактическому набору детерминант вирулентности и т.д. Что касается «липидных адге-зинов», вероятно, такие молекулы участвуют в реализации патогенного потенциала некоторых микроорганизмов, с высоким содержанием липидов в клетках (особенно на поверхности) [13] — спирохет, микобактерий, малассезий и др. Но значение таких соединений в прикладном аспекте и возможность диагностического использования — вопросы, требующие более углублённых исследований.

Проведённое исследование показало различные структурные стратегии микроорганизмов разного систематического положения, реализуемые ими в формировании белковых адгезинов.

Сами адгезины (и микроорганизмы, продуцирующие их) можно обнаружить с помощью тест-систем на основе иммуноферментного анализа (ИФА), реакции иммунофлуоресценции или имму-нохроматографии [14]. А сродство адгезинов к конкретному белку-лиганду клеток человека принципиально возможно определить методом типа конкурентного ИФА, только вместо пары «антиген-антитело» здесь на первом этапе будет присутствовать пара «лиганд-рецептор» с участием генноинже-нерного белка-«мишени» адгезина и самого адгезина из экстракта белков клеточной стенки.

Кроме того, для экспресс-диагностики представляют интерес структурные гены, кодирующие

адгезины, как потенциальные «мишени» в создании диагностических систем на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени.

Для внутривидового типирования по генам адгезинов, помимо технологии таргетного ДНК-секвенирования, перспективной представляется сравнительно новая «тандемная» методика, включающая полимеразную ценную реакцию и MALDI-TOF-масс-спектрометрию (Matrix Assisted Laser De-sorption/Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry). Она включает модифицированную ПЦР с Т7-полимеразой, где ДНК-ампликон превращается в последовательность РНК, затем претерпевает расщепление нуклеотид-специфичной РНКазой, а продукты расщепления (компомеры) анализируют в MALDI-TOF-MS. Такой подход ценен для выявления мононуклеотидных полиморфизмов (SNP), а по скорости превосходит традиционное ДНК-секвенирование по Ф. Сенджеру [15, 16].

Вышеупомянутые иммунологические и молеку-лярно-генетические методы ориентированы в основном на нужды диагностической микробиологии и молекулярной эпидемиологии, а в аспекте фундаментальных исследований для выявления адгезинов на поверхности клеток возможно использовать электронную микроскопию типа «ImmunoGold». Это модификация трансмиссионной электронной микроскопии, в которой клетки исследуемого объекта обрабатывают антителами, меченными наночастицами золота [17]. Таким образом, места локализации адгезинов видны на электронограмме, как чёрные точки на фоне более бледно окрашенных клеток.

Создание диагностических тест-систем, нацеленных на поиск белковых адгезинов в образцах биоматериала, в дальнейшем позволит повысить эффективность раннего обнаружения актуальных возбудителей инфекций, в том числе — мукоромицетов, что, в свою очередь, сделает возможным на более раннем этапе начать специфическую этиотропную терапию и повысить шансы на выживание у пациентов с жизнеугрожающими инфекционными патологиями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Hassan M.I.A., Voigt К. Pathogenicity patterns of mucormycosis: epidemiology, interaction with immune cells and virulence factors. Med. Mycol. 2019; 57 (Suppl. 2): S245-S256. doi: 10.1093/mmy/myz011.

2. Chaüa S. Mucormycosis: Pathogenesis and Pathology. Current Fungal Infection Reports. 2019; 13: 11-20. doi: 10.1007/s 12281-019-0337-1

3. Рябинин И.А., Васильева H.B., Борзова Ю.В. Характеристика сериновой протеазы Syncephalastrum racemosum Cohn, 1886. Проблемы медицинской микологии. 2020; 22 (2): 50-55. [Ryabinin I.A., Vasilyeva N.V., Borzova Y.V. Characteristics of serine protease from Syncephalastrum racemosum Cohn, 1886. Problems in Medical Mycology. 2020; 22 (2): 50-55 (in Russ)]. doi: 10.24412/1999-6780-2020-2-50-55

4. Россейкина Т., Дорошева А., Рябинин И.А. Межбелковые взаимодействия протеазы Rhizomucor miehei. Проблемы медицинской микологии. 2020; 22 (3): 121. [Rosseykina Т., Dorosheva A., Ryabinin I.A. Protein-protein interaction of Rhizomucor miehei protease. Problems in Medical Mycology. 2020; 22 (3): 121 (in Russ)].

5. Bultman K.M., Kowalski C.H., Cramer R.A. Aspergillus fumigatus virulence through the lens of transcription factors. Medical Mycology. 2017; 55 (1): 24-38. doi: 10.1093/mmy/mywl20

6. Chotirmall S.H., Mirkovic В., Lavelle G.M., et al. Immunoevasive Aspergillus virulence factors. Mycopathologia.

2014; 178, 363-370. doi: 10.1007/sl 1046-014-9768-у

7. Raksha /.., Singh G, Urhekar A.D. Virulence factors detection in Aspergillus isolates from clinical and environmental samples. J. Clin. Diagn. Res. 2017; 11 (7): DC13-DC18. doi: 10.7860/JCDR/2017/24055.10211.

8. Ghorbel I)., Hadrich /., Neji S., et al. Detection of virulence factors and antifungal susceptibility of human and avian Aspergillusflavus isolates. J. Mycol. Med. 2019; 29 (4): 292-302. doi: 10.1016/j.mycmed.2019.100900.

9. Waterhouse A., Bertoni M, Bienert S., et al. SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures and complexes . Nucleic Acids Res. 2018; 46 (W1): W296-W3 03.

10.Bienert S., Waterhouse A.t de Beer T.A.P., et al. The SWISS-MODEL Repository - new features and functionality. Nucleic Acids Res. 2017; 45: D313-D319. doi.org/10.1093/nar/gkwl 132

11. Yao В., Zhang !.., Liang S., Zhang C. SVMTriP: A method to predict antigenic epitopes using support vector machine to integrate tri-peptide similarity and propensity. PLoS ONE. 2012; 7 (9): e45152. doi.org/10.1371/joumal.pone.0045152

12.Ranjbar R., Elhaghi P., Shokoohizadeh L. Multilocus sequence typing of the clinical isolates of Salmonella enterica serovar Typhimurium in Tehran Hospitals. Iran. J. Med. Sei. 2017; 42 (5): 443-448. PMID: 29234176

13.Kubicek-Sutherland J.Z., Vu D.M., Mendez H.M., et al. Detection of lipid and amphiphilic biomarkers for disease diagnostics. Biosensors (Basel). 2017; 7 (3): 25. doi.org/10.3390/bios7030025

14. Wagner C.L., Riess Т., Linke D., et al. Use of Bartonella adhesin A (BadA) immunoblotting in the serodiagnosis of Bartonella henselae infections. Int. J. Med. Microbiol. 2008; 298 (7-8): 579-590. doi.org/10.1016/j.ijmm.2008.01.013

\5.Nordhoff E., Luebbert ('., Thiele G., et al. Rapid determination of short DNA sequences by the use of MALDI-MS. Nucleic Acids Res. 2000; 28 (20): e86. doi.org/10.1093/nar/28.20.e86

16.Mauger F., Bauer K., Calloway C.D., et al. DNA sequencing by MALDI-TOF MS using alkali cleavage of RNA/DNA chimeras. Nucleic Acids Res. 2007; 35 (8): e62. doi.org/10.1093/nar/gkm056

17.Richards R.G., Stiffanic M., Owen G.R., et al. Immunogold labelling of fibroblast focal adhesion sites visualized in fixed material using scanning electron microscopy, and living, using internal reflection microscopy. Cell. Biol. Int. 2001; 25 (12): 1237-1249./doi.org/10.1006/cbir.2001.0807

Поступила в редакцию журнала 25.02.2021 Рецензент: Т. С. Богомолова

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.