Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI200710.15789/2220-7619-IAO-2007SHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationImmunochemical activity of Yersinia pseudotuberculosis ompF and ompC porins evaluated by optical trappingИммунохимическая активность ompF и ompC поринов Yersinia pseudotuberculosis, оцененная методом лазерной ловушкиKonyshevIlya V.КонышевИлья Владимирович
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Microbial Physiology; Associate Professor, Department of Biotechnology

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории физиологии микроорганизмов; доцент кафедры биотехнологии Институт биологии и биотехнологии

konyshevil@yandex.ruNovikovaOlga D.НовиковаОльга Данииловна
Russian Federation

PhD, MD (Chemistry), Head Researcher, Laboratory of Molecular Basis of Antibacterial Immunity

д.х.н., главный научный сотрудник лаборатории молекулярных основ антибактериального иммунитета

viktoria@piboc.dvo.ruPortnyaginaOlga Yu.ПортнягинаОльга Юрьевна
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Molecular Basis of Antibacterial Immunity

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории молекулярных основ антибактериального иммунитета

o_vl@piboc.dvo.ruByvalovAndrey A.БываловАндрей Анатольевич
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Senior Researcher, Center of Excellence «Pharmaceutical Biotechnology»; Head of the Laboratory of Microbial Physiology

д.м.н., профессор, старший научный сотрудник Центра превосходства «Фармацевтическая биотехнология»; зав. лабораторией физиологии микроорганизмов Института физиологии

byvalov@nextmail.ruInstitute of Physiology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesФГБУН Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАНRussian Federation b Vyatka State UniversityФБОУ ВО Вятский государственный университетPacific Institute of Bioorganic Chemistry named after G.B. Elyakov of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesФГБУН Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова Дальневосточного отделения РАНVyatka State UniversityФБОУ ВО Вятский государственный университет1511202230122022126116311682507202222082022Copyright ©; 2022, Konyshev I.V., Novikova O.D., Portnyagina O.Y., Byvalov A.A.Copyright ©; 2022, Конышев И.В., Новикова О.Д., Портнягина О.Ю., Бывалов А.А.2022Konyshev I.V., Novikova O.D., Portnyagina O.Y., Byvalov A.A.Конышев И.В., Новикова О.Д., Портнягина О.Ю., Бывалов А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/2007

Introduction. Study of features for interacting “antigen-antibody” system is of great importance for developing new modern tools for diagnostics and therapy of infectious diseases. In this regard, it is of great interest to study the rupture force between bacterial antigens and antibodies using modern biophysical methods including optical trapping. The importance of surface antigens in the immunochemical activity of Yersinia pseudotuberculosis assessed by such method has not been evaluated yet. In this work we examined an opportunity to evaluate the interaction of hydrophobic Y. pseudotuberculosis porins OmpF and OmpC with specific antibodies using optical trapping method. Materials and methods. Polystyrene microspheres (d = 1 μm) were coated by passive adhesion with purified preparations of OmpF and OmpC porins; microsphere sensitization was verified by enzyme immunoassay. Antibodies from mouse sera were adsorbed onto the glass surface by chemical linking. The rupture force in the “porins-antibodies” system was determined using a laser trap according to the previously developed algorithm. Results. Using a model system including polystyrene microspheres sensitized with the proteins and aminated glass substrate coated with immune or nonimmune serum, significant differences in binding strength of OmpF and OmpC porins to homologous immune versus nonimmune sera were detected. The average forces of interaction with immune sera was 60 pN for OmpF microspheres (control — 40 pN) and 69 pN for OmpC microspheres (control — 49 pN). The proportion of irreversible substrate binding of the microspheres coated by the antigens to the treated with immune vs. non-immune sera was significantly higher. The results of assessing the average interaction force, as well as the predominance of the proportion of irreversible binding of antigen-coated microspheres with sera-treated substrates, indicates that specific interactions contribute significantly to the force of interaction. The aforementioned method can be used to evaluate the forces of intermolecular interaction in similar model systems using other microbial antigens.

Введение. Исследование особенностей взаимодействия в системе «антиген–антитело» имеет большое значение для разработки новых современных средств диагностики и терапии инфекционных заболеваний. В этой связи большой интерес представляет изучение природы связи, формируемой между бактериальными антигенами и антителами, с использованием современных биофизических методов. Одним из таких современных подходов является метод оптической ловушки, основанный на использовании лазерного пинцета. Значимость поверхностных антигенов в иммунохимической активности бактерий Yersinia pseudotuberculosis с использованием данного метода ранее не оценивалась. Целью настоящей работы явилось изучение возможности использования метода оптической ловушки для оценки взаимодействия трансмембранных белков, неспецифических поринов Y. pseudotuberculosis OmpF- и OmpC-типа, со специфическими антителами. Материалы и методы. Очищенные препараты поринов OmpF и OmpC наносили на полистирольные микросферы (d = 1 мкм) посредством пассивной адгезии; факт сенсибилизации микросфер верифицировали методом твердофазного иммуноферментного анализа комплементарных антисывороток, истощенных теми или иными микросферами. Антитела в составе мышиных сывороток сорбировали на поверхности стекла посредством химической сшивки. Определение силы связывания в системе «порины–антитела» производили с помощью лазерной ловушки согласно разработанному ранее алгоритму. Результаты. С помощью модельной системы, включающей полистирольные микросферы, сенсибилизированные поринами OmpF и OmpC, и подложку из аминированного стекла, покрытую иммунной или неиммунной сывороткой, были выявлены существенные различия в силе связывания поринов OmpF и OmpC с гомологичными антисыворотками по сравнению с неиммунной, контрольной сывороткой. Средняя сила связи при использовании иммунных сывороток составила 60 пН для микросфер «OmpF» (контроль — 40 пН) и 69 пН для микросфер «OmpC» (контроль — 49 пН). Доля необратимых связываний микросфер обоих типов с соответствующими комплементарными антисыворотками оказалась существенно выше по сравнению с использованием интактной сыворотки. Результаты оценки средней силы взаимодействия, а также преобладание доли необратимых связываний микросфер, нагруженных исследуемыми антигенами, с подложками, обработанными иммунными сыворотками, свидетельствует о том, что в сконструированной нами модельной системе специфические взаимодействия вносят значительный вклад в силу межмолекулярного связывания. Предложенный методический подход может быть применен для оценки сил межмолекулярного взаимодействия в аналогичных модельных системах с использованием иных микробных антигенов.

porinsYersinia pseudotuberculosisantigensantibodiessensitizationlaser trapпориныYersinia pseudotuberculosisантигеныантителасенсибилизациялазерная ловушкаНИР ИФ ФИЦ Коми НЦ УрО РАНResearch Paper, Komi SC UB RASFUUUU-2022-0065Бывалов А.А., Конышев И.В., Новикова О.Д., Портнягина О.Ю., Белозеров В.С., Хоменко В.А., Давыдова В.Н. Адгезивность поринов OmpF и OmpC Yersinia pseudotuberculosis к макрофагам J774 // Биофизика. 2018. Т. 63, № 5. С. 913–922. [Byvalov A.A., Konyshev I.V., Novikova O.D., Portnyagina O.Yu., Belozerov V.S., Khomenko V.A., Davydova V.N. Adhesiveness of OmpF and OmpC porins from Yersinia pseudotuberculosis to macrophages J774. Biofizika = Byophysics, 2018, vol. 63, no. 5, pp. 913–922. (In Russ.)]Новикова О.Д., Федореева Л.И., Хоменко В.А., Портнягина О.Ю., Ермак И.М., Лихацкая Г.Н., Мороз С.В., Соловьева Т.Ф., Оводов Ю.С. Влияние способа экстракции порообразующего белка из Yersinia pseudotuberculosis на его макромолекулярную организацию // Биоорганическая химия. 1993. Т. 19, № 5. C. 536–547. [Novikova O.D., Fedoreeva L.I., Khomenko V.A., Portnyagina O.Y., Ermak I.M., Likhatskaya G.N., Moroz S.V., Solovieva T.F., Ovodov Yu S. Effect of the method of extraction of pore-forming protein from Yersinia pseudotuberculosis on its macromolecular organization. Bioorganicheskaya khimiya = Bioorganic Chemistry, 1993, vol. 19, no. 5, pp. 536–547. (In Russ.)]Achouak W., Heulin T., Pages J.M. Multiple facets of bacterial porins. FEMS Microbiol. Lett., 2001, vol. 199, pp. 1–7. doi: 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10642.xCsonka L.N. Physiological and genetic responses of bacteria to osmotic stress. Microbiol. Rev., 1989, vol. 53, pp. 121–147. doi: 10.1128/mr.53.1.121-147.1989Duperthuy M., Binesse J., Le Roux F., Romestand B., Caro A., Got P., Givaudan A., Mazel D., Bachère E., Destoumieux-Garzón D. The major outer membrane protein OmpU of Vibrio splendidus contributes to host antimicrobial peptide resistance and is required for virulence in the oyster Crassostrea gigas. Environ. Microbiol., 2010, vol. 12, pp. 951–963. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.02138.xGaldiero S., Falanga A., Cantisani M., Tarallo R., Della Pepa M.E., D’Oriano V., Galdiero M. Microbe-host interactions: structure and role of Gram-negative bacterial porins. Curr. Protein Pept. Sci., 2012, vol. 13, pp. 843–854. doi: 10.2174/138920312804871120Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 1970, vol. 227, pp. 680–685. doi: 10.1038/227680a0Leon-Velarde C.G., Happonen L., Pajunen M., Leskinen K., Kropinski A.M., Mattinen L., Rajtor M., Zur J., Smith D., Chen S., Nawaz A., Johnson R.P., Odumeru J.A., Griffiths M.W., Skurnik M. Yersinia enterocolitica-specific infection by Bacteriophages TG1 and ϕR1-RT is dependent on temperature-regulated expression of the phage host receptor OmpF. Appl. Environ. Microbiol., 2016, vol. 82, pp. 5340–5453. doi: 10.1128/AEM.01594-16Liu X., Ferenci T. An analysis of multifactorial influences on the transcriptional control of OmpF and OmpC porin expression under nutrient limitation. Microbiology, 2001, vol. 147, pp. 2981–2989. doi: 10.1099/00221287-147-11-2981Nikaido H. Escherichia coli and Salmonella cellular and molecular biology. Outer membrane. Ed. F.C. Neidhardt. ASM Press D.C., 1996, pp. 29–47.Pompilio A., Scribano D., Sarshar M., Di Bonaventura G., Palamara A.T., Ambrosi C. Gram-negative bacteria holding together in a biofilm: the Acinetobacter baumannii way. Microorganisms, 2021, vol. 9: 1353. doi: 10.3390/microorganisms9071353Thanassi D.G., Cheng L.W., Nikaido H. Active efflux of bile salts by Escherichia coli. J. Bacteriol., 1997, vol. 179, pp. 2512–2518. doi: 10.1128/jb.179.8.2512-2518.1997Van Putten J.P., Duensing T.D., Carlson J. Gonococcal invasion of epithelial cells driven by P.IA, a bacterial ion channel with GTP binding properties. J. Exp. Med., 1998, vol. 188, pp. 941–952. doi: 10.1084/jem.188.5.941