Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1800210.15789/2220-7619-AAP-18002SHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationAssessing a possibility of using atomic emission spectrometry for hypermucoid klebsiella differentiationОценка возможности использования атомно-эмиссионной спектрометрии для дифференциации гипермукоидных клебсиеллhttps://orcid.org/0000-0001-7482-4887BikanovaMariya G.БикановаМария Гусмановна
Russian Federation

Senior Lecturer at the Department of Microbiology and Virology

старший преподаватель кафедры микробиологии и вирусологии

bmg1321@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3475-91255272-4787ZakharovaY. V.ЗахароваЮ. В.
Russian Federation

DSc (Medicine), Associate Professor, Professor of the Department of Microbiology and Virology

доктор медицинских наук, доцент, профессор кафедры микробиологии и вирусологии

yvz@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9300-53346427-5667SukhikhA. S.СухихА. С.
Russian Federation

PhD (Pharmacy), Associate Professor, Head of the Laboratory of Physical and Chemical Research of Pharmacologically Active and Natural Compounds, Medical Institute

к.фарм.н., доцент, зав. лабораторией физико-химических исследований фармакологически активных и природных соединений Медицинского института

suhih_as@list.ruKemerovo State Medical University of Ministry of Health of RussiaФГБОУ ВО Кемеровский государственный медицинский университет Минздрава РоссииKemerovo State UniversityФГБОУ ВО Кемеровский государственный университет Минобрнауки России30092025081220251559839870509202527092025Copyright ©; 2025, Bikanova M. ., Zakharova Y.V., Sukhikh A.S.Copyright ©; 2025, Биканова М.Г., Захарова Ю.В., Сухих А.С.2025Bikanova M. ., Zakharova Y.V., Sukhikh A.S.Биканова М.Г., Захарова Ю.В., Сухих А.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/18002

Various spectrometry (time-of-flight mass spectrometry, Raman spectrometry) types are used in the identification of microbial strains. Atomic emission spectrometry allows for the evaluation of the elemental sample composition, which can also be used in laboratory practice, because bacterial cells with different biological properties exert unique composition. The aim of the study was to determine the elemental composition of hypermucoid Klebsiella pneumoniae in order to identify AES-markers promising for differentiating various Klebsiella subpopulations. Materials and methods. The elemental composition of 30 Klebsiella pneumoniae strains isolated from the sputum of intensive care unit patients was studied. All Klebsiella strains were isolated from sputum in etiologically significant quantities, followed by verification with “RealBest DNA Klebsiella pneumoniae/Pseudomonas aeruginosa (kit 1)” commercial test system (Vector Best, Russia). The study design was presented as a one-time study: group 1 — hypermucoid K. pneumoniae (n = 12), group 2 — classic K. pneumoniae (n = 18). The hypermucoid phenotype of the strains was determined using the string test. The content of elements was studied using an AES-ISP 9820 atomic emission spectrometer with inductively coupled plasma (Shimadzu, Japan), pre-automated sample preparation using a TOPEX+ (PreeKem Ltd, China). The data are presented as percentages by mass with a 95% confidence interval. The χ² test was used to compare the relative numbers. Differences were considered statistically significant at p < 0.05. Results. In Klebsiella with hypermucoid colony phenotype, the elemental mass fraction was found as follows: nickel — 7.5 times (χ²₍₁₎ = 14.8, p = 0.0001), manganese — 4 times (χ²₍₁₎ = 8.475, p = 0.0036), iron — 2.6 times (χ²₍₁₎ = 10.25, p = 0.0014), potassium — 2 times (χ²₍₁₎ = 67.39, p = 0.0001), sulfur — 1.5 times (χ²₍₁₎ = 33.27, p = 0.0001), copper — 1.4 times (χ²₍₁₎ = 4.784, p = 0.03) higher than that of classical strains. The identified features of the elemental composition indirectly evidence about physiological characteristics of this Klebsiella subpopulation. Conclusion. Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy allowed to identify the elemental composition of slime-forming K. pneumoniae, which makes this method promising for differentiating between “classic” and “hypermucoid” Klebsiella subpopulations. Nickel, manganese, and iron may be considered promising AES-markers.

Различные виды спектрометрии (времяпролетная масс-спектрометрия, рамановская спектрометрия) находят применение в идентификации штаммов. Атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС) позволяет оценить элементный состав образцов, что также можно использовать в лабораторной практике, так как состав бактериальных клеток с разными биологическими свойствами уникален. Цель исследования: определить особенности элементного состава гипермукоидных Klebsiella pneumoniae для выявления АЭС-маркеров перспективных в дифференциации разных субпопуляций клебсиелл. Материалы и методы. Исследован элементный состав 30 штаммов Klebsiella pneumoniae, выделенных из мокроты пациентов отделения реанимации. Все штаммы клебсиелл выделены из мокроты в этиологически значимых количествах с последующей идентификацией в полимеразной цепной реакции по конечной точке и использованием коммерческой тест системы «РеалБест ДНК Klebsiella pneumoniae/Pseudomonas aeruginosa (комплект 1) (АО «Вектор Бест», Россия). Дизайн исследования — одномоментное с формированием 2 групп K. pneumoniae: гипермукоидных (n = 12) и классических (n = 18). Гипермукоидный фенотип у штаммов определяли в «string»-тесте. Содержание элементов изучали на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой ISP-AES 9820 (Shimadzu, Япония) с предварительной автоматизированной пробоподготовкой образцов на TOPEX+ (PreeKem Ltd, КНР). Данные представлены в процентах по массе с 95% доверительным интервалом. Для сравнения относительных чисел использовали критерий χ². Различия считали достоверно значимыми при p < 0,05. Результаты. У клебсиелл с гипермукоидным фенотипом колоний массовая доля никеля в 7,5 раз (χ²₍₁₎ = 14,8, p = 0,0001), марганца в 4 раза (χ²₍₁₎ = 8,475, p = 0,0036), железа в 2,6 раз (χ²₍₁₎ = 10,25, p = 0,0014), калия в 2 раза (χ²₍₁₎ = 67,39, p = 0,0001), серы в 1,5 (χ²₍₁₎ = 33,27, p = 0,0001), меди в 1,4 раза (χ²₍₁₎ = 4,784, p = 0,03) выше, чем у классических штаммов. Выявленные особенности элементного состава косвенно свидетельствуют об особенностях физиологии этой субпопуляции клебсиелл. Заключение. АЭС с индуктивно связанной плазмой позволила выявить особенности элементного состава слизеобразующих K. pneumoniae, что делает этот метод перспективным для дифференциации «классических» и «гипермукоидных» субпопуляций клебсиелл. В качестве АЭС-маркеров перспективными являются никель, марганец и железо.

Klebsiella pneumoniaespectrometryelemental compositionclassic phenotypehypermucoid phenotypedifferentiationKlebsiella pneumoniaeспектрометрияэлементный составклассический фенотипгипермукоидный фенотипдифференциацияПолибин Р.В., Брусина Е.Б., Ковалишена О.В., Глушков Е.В., Гридина А.А., Асланов Б.И., Брико Н.И. Эпидемиологическое межрегиональное многоцентровое исследование инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ЭММИ). Первые результаты // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2025. Т. 24, № 1. С. 4–9. [Polibin R.V., Brusina E.B., Kovalishena O.V., Glushkova E.V., Gridina A.A., Aslanov B.I., Briko N.I. Epidemiological Interregional Multicenter Study of Healthcare-Associated Infections in the Intensive Care Units. First Results. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika = Epidemiology and Vaccine Prophylaxis, 2025, vol. 24, no. 1. pp. 4–9. (In Russ.)] doi: 10.31631/2073-3046-2025-24-1-4-9Садовников Е.Е., Поцелуев Н.Ю., Барбараш О.Л., Брусина Е.Б. Эпидемиологические особенности инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, в кардиохирургии // Фундаментальная и клиническая медицина. 2023. Т. 8, № 4. С. 73–84. [Sadovnikov E.E., Potseluev N.Yu., Barbarash O.L., Brusina E.B. Healthcare-associated infections in cardiac surgery: epidemiological features. Fundamentalnaya i klinicheskaya meditsina = Fundamental and Clinical Medicine, 2023, vol. 8, no. 4, pp. 73–84. (In Russ.)] doi: 10.23946/2500-0764-2023-8-4-73-84Самойлова А.А., Краева Л.А., Михайлов Н.В., Саитова А.Т., Полев Д.Е., Вашукова М.А., Гордеева С.А., Смирнова Е.В., Белятич Л.И., Долгова А.С., Шабалина А.В. Геномный анализ вирулентности и антибиотикорезистентности штаммов Klebsiella pneumoniae // Инфекция и иммунитет. 2024. Т. 14, № 2. C. 339–350. [Samoilova A.A., Kraeva L.A., Mikhailov N.V., Saitova A.T., Polev D.E., Vashukova M.A., Gordeeva S.A., Smirnova E.V., Beljatich L.I., Dolgova A.S., Shabalina A.V. Genomic analysis of Klebsiella pneumoniae strains virulence and antibiotic resistance. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2024, vol. 14, no. 2, pp. 339–350. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-GAO-15645Chen J., Li J., Huang F., Fang J., Cao Y., Zhang K., Zhou H., Cai J., Cui W., Chen Ch., Zhang G. Clinical characteristics, risk factors and outcomes of Klebsiella pneumoniae pneumonia developing secondary Klebsiella pneumoniae bloodstream infection. BMC Pulm. Med., 2023, vol. 23, no. 1: 102. doi: 10.1186/s12890-023-02394-8Chu W.H.W., Tan Y.H., Chen Y., Yong M., Lye D.C., Kalimuddin Sh., Archuleta S., Gan Y.-H. Acquisition of regulator on virulence plasmid of hypervirulent Klebsiella allows bacterial lifestyle switch in response to iron. mBio, 2023, vol. 14, no. 4: e0129723. doi: 10.1128/mbio.01297-23German N., Lüthje F., Hao X., Ronn R., Rensing C. Microbial virulence and interactions with metals. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci., 2016, vol. 142, pp. 27–49. doi: 10.1016/bs.pmbts.2016.05.010Kijineh B., Alemeyhu T., Mengistu M., Mohammed Ali M. Prevalence of phenotypic multi-drug resistant Klebsiella species recovered from different human specimens in Ethiopia: A systematic review and meta-analysis. PLoS One, 2024, vol. 19, no. 2: e0297407. doi: 10.1371/journal.pone.0297407Orzel B., Pelucelli A., Ostrowska M., Potocki S., Kozlowski H., Peana M., Gumienna-Kontecka E. Fe(II), Mn(II), and Zn(II) binding to the C-terminal region of FeoB protein: an insight into the coordination chemistry and specificity of the Escherichia coli Fe(II) transporter. Inorg. Chem., 2023, vol. 62, no. 45, pp. 18607–18624. doi: 10.1021/acs.inorgchem.3c02910Tiwari V., Sharma A., Braga R., Garcia E., Appiah R., Fleeman R., Abuaita B.N., Patrauchan M., Doerrler W.T. Klebsiella pneumoniae DedA family proteins have redundant roles in divalent cation homeostasis and resistance to phagocytosis. Microbiol. Spectr., 2024, vol. 12, no. 2: e0380723. doi: 10.1128/spectrum.03807-23