biobБиобезопасность и БиотехнологияBiosafety and Biotechnology2707-72412957-5702Научно-исследовательский институт проблем биологической безопасности10.58318/2957-5702-2024-20-14-28biob-156Research ArticleСТАТЬИArticlesВАЖНОСТЬ ИДЕНТИФИКАЦИИ АМИНОКИСЛОТНЫХ ЗАМЕН ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ PASTEURELLA MULTOCIDA К СЕРОГРУППЕTHE IMPORTANCE OF IDENTIFYING AMINO ACID SUBSTITUTIONS FOR THE DETECTION OF PASTEURELLA MULTOCIDA BELONGING TO SEROGROUP Ahttps://orcid.org/0009-0009-7305-3510АугановА. Н.AuganovA. N.

Ауганов Алмас Нурланович

Астана

Astana

auganov.almas@gmail.comТынысбековБекболат КазбековичTynysbekovB. K.

Тынысбеков Бекболат Казбекович

Астана

Astana

tynysbekovw1@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6219-4002АхметоллаевИ. А.AkhmetollaevI. A.

Ахметоллаев Илияс Амирханович

Астана

Astana

akhmetollayev@biocenter.kzТОО "Национальный центр биотехнологии"КазахстанLLР “National Center for Biotechnology”Kazakhstan2024201120240201428Copyright © Ауганов А.Н., Тынысбеков Б.К., Ахметоллаев И.А., 20242024Ауганов А.Н., Тынысбеков Б.К., Ахметоллаев И.А.Auganov A.N., Tynysbekov B.K., Akhmetollaev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.biosafety.kz/jour/article/view/156

Pasteurella multocida — грамотрицательная бактерия, являющаяся возбудителем широкого спектра инфекционных заболеваний, таких как птичья холера, атрофический ринит и пастереллез у различных видов животных, включая крупный рогатый скот, свиней и птиц. Одним из ключевых факторов её вирулентности является капсула, состоящая из гиалуроновой кислоты, которая помогает бактерии избегать фагоцитоза и иммунного ответа хозяина. В данной работе проведен комплексный анализ нуклеотидных и аминокислотных последовательностей гена hyaD, кодирующего гиалуронатсинтазу (PmHAS) у штаммов P. multocida серогруппы A. Особое внимание уделено однонуклеотидным заменам, которые, несмотря на их наличие, не изменяют каталитические домены фермента, что обеспечивает его стабильную ферментативную активность. Консервативность ключевых регионов гена hyaD создает сложности для точной диагностики серогруппы A с помощью стандартных методов генотипирования. В рамках исследования предложена стратегия разработки специфических TaqMan зондов для детекции серогруппы A на основе вариабельных участков гена. Эти молекулярные тесты могут значительно повысить точность диагностики и способствовать своевременному мониторингу инфекций, вызванных Pasteurella multocida. Полученные данные подчеркивают важность дальнейших исследований однонуклеотидных замен и их влияния на вирулентность бактерии.

Pasteurella multocida is a gram-negative bacterium that is the causative agent of a wide range of infectious diseases such as avian cholera, atrophic rhinitis and pasteurellosis in various animal species, including cattle, pigs and birds. One of the key factors of its virulence is a capsule consisting of hyaluronic acid, which helps the bacterium to avoid phagocytosis and the immune response of the host. In this work, a comprehensive analysis of the nucleotide and amino acid sequences of the hyaD gene encoding hyaluronate synthase (PmHAS) in P. multocida of the serogroup A strains was carried out. Special attention is paid to single-nucleotide substitutions, which, despite their presence, do not change the catalytic domains of the enzyme, which ensures its stable enzymatic activity. The conservatism of the key regions of the hyaD gene creates difficulties for accurate diagnosis of serogroup A using standard genotyping methods. Within the framework of the study, a strategy for the development of specific TaqMan probes for the detection of gray group A based on variable gene regions is proposed. These molecular tests can significantly improve diagnostic accuracy and facilitate timely monitoring of infections caused by Pasteurella multocida. The obtained data emphasize the importance of further studies of single-nucleotide substitutions and their effect on bacterial virulence.

Pasteurella multocidaсерогруппа Aгиалуронатсинтазаоднонуклеотидные заменыTaqMan зондымолекулярная диагностикавирулентностьPasteurella multocidaserogroup AHyaluronan synthasesingle nucleotide substitutionsTaqMan probesmolecular diagnosticsvirulenceBR218004/0223 «Совершенствование мер обеспечения биологической безопасности в Казахстане: противодействие опасным и особо опасным инфекциям» на 2023-2025ReferencesPeng, Z., Wang, X., Zhou, R., Chen, H., Wilson, B. A., & Wu, B. (). Pasteurella multocida: Genotypes and Genomics // Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. ‒2019. ‒ Vol.83(4). ‒P.e00014-19. https://doi.org/10.1128/MMBR.00014-19‒2013.Peng Z., Wang X., Zhou R., Chen H., Wilson B. A., Wu B. Pasteurella multocida: Genotypes and Genomics // Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. ‒2019. ‒Vol. 83(4). ‒P.e00014-19. https://doi.org/10.1128/MMBR.00014-19‒2013.Wilkie, I.W., Harper, M., Boyce, J.D., Adler, B. Pasteurella multocida: Diseases and Pathogenesis. In: Aktories, K., Orth, J., Adler, B. (eds) Pasteurella multocida // Current Topics in Microbiology and Immunology‒ 2012.‒ Vol. 361. https://doi.org/10.1007/82_2012_2162013.Wilkie I.W., Harper M., Boyce J.D., Adler B. Pasteurella multocida: Diseases and Pathogenesis. In: Aktories, K., Orth, J., Adler, B. (eds) Pasteurella multocida // Current Topics in Microbiology and Immunology‒ 2012.‒ Vol. 361. https://doi.org/10.1007/82_2012_2162013.Wilson B.A., Ho M.. Pasteurella multocida: from Zoonosis to Cellular Microbiology // Clin. Microbiol. Rev.‒ 2013. ‒ Vol. 26. ‒ P. 631-655. https://doi.org/10.1128/cmr.00024-13Wilson B.A., Ho M. Pasteurella multocida: from Zoonosis to Cellular Microbiology // Clin. Microbiol. Rev.‒ 2013. ‒ Vol. 26. ‒ P. 631-655. https://doi.org/10.1128/cmr.00024-13.Ryan, J. M., Feder, H. M. Dog licks baby. Baby gets Pasteurella multocida meningitis // Lancet. ‒2019. ‒ Vol. 393(10186), ‒P.e41. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(19)30953-5Ryan J. M., Feder H. M. Dog licks baby. Baby gets Pasteurella multocida meningitis // Lancet. ‒2019. ‒ Vol. 393(10186), ‒P.e41. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(19)30953-5.Dryden M. S., Dalgliesh D. Pasteurella multocida from a dog causing Ludwig's angina // Lancet ‒1996. ‒ Vol. 347,8994. ‒ P.123. doi:10.1016/s0140-6736(96)90250-0Dryden M. S., Dalgliesh D. Pasteurella multocida from a dog causing Ludwig's angina // Lancet ‒1996. ‒ Vol. 347,8994. ‒ P.123. doi:10.1016/s0140-6736(96)90250-0.Godey B Fau - Morandi X., Morandi X Fau - Bourdinière J., Bourdinière J Fau - Heurtin C., Heurtin C. Beware of dogs licking ears // Lancet. ‒1999. ‒ 354:1267–8.Godey B. Fau - Morandi X., Morandi X. Fau - Bourdinière J., Bourdinière J. Fau - Heurtin C., Heurtin C. Beware of dogs licking ears // Lancet. ‒1999. ‒ 354:1267–8.Дерновая В. Ф. Биологические свойства пастерелл и вопросы лабораторной диагностики пастереллеза:Дисс… канд. мед. наук. 03.00.07. // МЗ РК. Каз. противочумный науч.-исслед. ин-т. ‒ Алматы, 1996. ‒ C. 174 с.Dernovaya V. F. Biological properties of pasteurella and issues of laboratory diagnostics of pasteurellosis: Diss… Cand. of Medicine. 03.00.07. // Ministry of Health of the Republic of Kazakhstan. Kazakh Anti-Plague Research Institute. ‒ Almaty, 1996. ‒ P. 174 p.Miller MW. Pasteurellosis. In: Williams ES, Barker IK, editors. Infectious diseases of wild mammals, vol. 2001. 3rd ed. p. 331–9.Milner‐Gulland A. B. B. a. I. A. G. a. E. J. The ecology and management of the Saiga antelope in Kazakhstan // Mammal Review. ‒ 1998. ‒ Vol. 28. ‒ C. 1-52.LI. B. The case of isolation of the causative agent of hemorrhagic septicemia from sick gerbils. J Micro // Epidem and Immun. ‒ 1961. ‒ T. Vol. 4. ‒ C. P. 122–123.Li B. The case of isolation of the causative agent of hemorrhagic septicemia from sick gerbils. J Micro // Epidem and Immun. ‒ 1961. ‒ Vol. 4. ‒ C. P. 122–123.Гордиенко О. Пастереллез больших песчанок в моенкумах. // Материалы V научной конференции противочумных учреждений Средней Азии и Казахстана, посвященной 50-летию Великой Октябрьской социалистической революции. ‒ 1967. ‒ № Алма-Ата, февраль ‒ С. 353–354Gordienko O. Pasteurellosis of large gerbils in moyunkums. // Materials of V scientific conference of anti-plague institutions of Central Asia and Kazakhstan, dedicated to the 50th anniversary of the great October socialist revolution. ‒ 1967. № Alma-Ata, February ‒C. 353–354Айкимбаев А.М., Мартиневский И.Л., Алтухов А.А., Иванов С.И., Суров В.Ф. О случаях выделения возбудителя пастереллеза из сайгака в феврале-марте 1984 г. на Урале. Математика Академии наук Казахской ССР. ‒1985. ‒ Т. 4:39. ‒ С.39-41.Aykimbaev A. M. Martinevsky I.L., Altukhov A.A., Ivanov S.I., Surov V.F. About the cases of pasteurellosis agent isolation from saiga in February-march 1984 in the Ural region. // Math of the Academy of Science of Kazakh SSR. . ‒ 1985. ‒ T. 4:39–41.Мартиневский И.Л., Айкимбаев А.М. О причинах массовой гибели сайгаков. Вторая межгосударственная конференция по взаимодействию государств – участников СНГ в области санитарной защиты территорий. Алматы ‒2001. ‒С.143–146.Martinevsky I.L., Aykimbaev A.M. About the causes of saiga mass death // Second interstate conference on interaction of CIS member states in the field of territory sanitary protection. ‒ 2001. ‒ C. 143–146.Orynbayev M. B., Rystaeva, R. A., Kerimbayev, A. A., Kopeyev, S. K., Kospanova, M. N., & Kydyrbaev, Z. K. Cases of mass death of Ural saiga population in Kazakhstan // Actual problems of veterinary biology. ‒ 2013. ‒ Vol. 1(17). ‒ P. 20-26.Orynbayev M. B., Rystaeva, R. A., Kerimbayev A. A., Kopeyev S. K., Kospanova M. N., Kydyrbaev Z. K. Cases of mass death of Ural saiga population in Kazakhstan // Actual problems of veterinary biology. ‒ 2013. ‒ Vol. 1(17). ‒ P. 20-26.Коспанова М.Н., Омарбекова У.Ж., Сансызбай А.Р., Рыстаева Р.А., Керимбаев А.А., Орынбаев М.Б. Выделение бактериальной культуры Pasteurella из биологического материала сайгака. Материалы международной молодежной научно-практической конференции «Биомедицина, биотехнология и экологическая безопасность: достижения молодых ученых и специалистов Евразии», Казань, 2014:77.Kospanova M.N., Omarbekova O. U., Sansyzbay A.R., Rystaeva R.A.., Kerimbayev A.A., Orynbayev M.B. Isolation of Pasteurella bacterial culture from biological material from the saiga // Proceedings of the international youth scientific and practical conference “biomedicine, biotechnology and environmental safety: achievements of young scientists and specialists of Eurasia. ‒ 2014, Kazan, . ‒ T. 77.Мека-Меченко Т.В. и др. Характеристика штамма P.haemolitica выделенного от Каспийского тюленя // Проблемы особо опасн. инфекций. ‒ 2001. ‒ №1, ‒С.164-165.Meka-Mechenko T.V. et al. Characteristics of the P.haemolitica strain isolated from the Caspian seal // Problems of especially dangerous infections. - 2001. - No. 1, - P. 164-165Harper M., Boyce, J.D., Adler, B. The key surface components of Pasteurella multocida: capsule and lipopolysaccharide. Curr. Top // Microbiol. Immunol. ‒ 2012‒Vol. 361.‒ P. 39–51. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/82-2012-202.Harper M., Boyce J.D., Adler B. The key surface components of Pasteurella multocida: capsule and lipopolysaccharide. Curr. Top // Microbiol. Immunol. ‒ 2012.‒Vol. 361.‒ P. 39–51. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/82-2012-202Boyce J. D., Adler B. The Capsule Is a Virulence Determinant in the Pathogenesis of Pasteurella multocida M1404 (B:2) // Infection and Immunity. ‒ 2000. ‒ Vol. 68(6). ‒ P. 3463-3468. https://doi.org/10.1128/iai.68.6.3463-3468.2000Boyce J. D., Adler B. The Capsule Is a Virulence Determinant in the Pathogenesis of Pasteurella multocida M1404 (B:2) // Infection and Immunity. ‒ 2000. ‒ Vol. 68(6). ‒ P. 3463-3468. https://doi.org/10.1128/iai.68.6.3463-3468.2000Carter G. R. The type specific capsular antigen of Pasteurella multocida // Canadian journal of medical sciences. ‒ 1952. ‒ Vol. 30(1). ‒P. 48-53. doi:10.1139/cjms52-008Carter G. R. The type specific capsular antigen of Pasteurella multocida // Canadian journal of medical sciences. ‒ 1952. ‒ Vol. 30(1). ‒P. 48-53. doi:10.1139/cjms52-008.Rimler R. B., Rhoades K.R. Serogroup F, a new capsule serogroup of Pasteurella multocida // Journal of clinical microbiology –1987. –Vol. 25(4). –P. 615-618. doi:10.1128/jcm.25.4.615-618.1987Rimler R. B., Rhoades K.R. Serogroup F, a new capsule serogroup of Pasteurella multocida // Journal of clinical microbiology – 1987. – Vol. 25(4). – P. 615-618. doi:10.1128/jcm.25.4.615-618.1987.Ewer C., Lübke-Becker A., Bethe A., Kießling S., Filter M., Wieler L.H. Virulence genotype of Pasteurella multocida strains isolated from different hosts with various disease status // Vet. Microbiol. –2006. – Vol. 114(3). – P.304-317.Ewer C., Lübke-Becker A., Bethe A., Kießling S., Filter M., Wieler L.H. Virulence genotype of Pasteurella multocida strains isolated from different hosts with various disease status // Vet. Microbiol. –2006. – Vol. 114(3). – P.304-317.Ferreira T.S., Felizardo M.R., de Gobbi D.D., Moreno M., Moreno A.M. Antimicrobial resistance and virulence gene profiles in P. multocida strains isolated from cats // Braz. J. Microbiol. –2015. – Vol. 46(1). –P. 271-277. Published 2015 Mar 1. doi:10.1590/S1517-838246120140084Ferreira T.S., Felizardo M.R., de Gobbi D.D., Moreno M., Moreno A.M. Antimicrobial resistance and virulence gene profiles in P. multocida strains isolated from cats // Braz. J. Microbiol. –2015. – Vol. 46(1). –P. 271-277. doi:10.1590/S1517-838246120140084.Bethe A., Wieler L.H., Selbitz H.J., Ewers C. Genetic diversity of porcine Pasteurella multocida strains from the respiratory tract of healthy and diseased swine // Vet. Microbiol. –2009. – Vol.139(1-2). –P. 97-105. doi: 10.1016/j.vetmic.2009.04.027.Bethe A., Wieler L.H., Selbitz H.J., Ewers C. Genetic diversity of porcine Pasteurella multocida strains from the respiratory tract of healthy and diseased swine // Vet. Microbiol. –2009. – Vol.139(1-2). –P. 97-105. doi: 10.1016/j.vetmic.2009.04.027.DeAngelis P. L. Microbial glycosaminoglycan glycosyltransferases // Glycobiology. ‒ 2002. ‒ Vol. 12, (1). ‒ P. 9R-16R. https://doi.org/10.1093/glycob/12.1.9R.DeAngelis P. L. Microbial glycosaminoglycan glycosyltransferases // Glycobiology. ‒ 2002. ‒ Vol. 12, (1). ‒ P. 9R-16R. https://doi.org/10.1093/glycob/12.1.9RBoyce J.D., Chung J.Y., Adler B. Genetic organisation of the capsule biosynthetic locus of Pasteurella multocida M1404 (B:2) // Vet. Microbiol. – 2000 – Vol. 72(1-2). – P. 121-34. doi: 10.1016/s0378-1135(99)00193-5. PMID: 10699509.Boyce J.D., Chung J.Y., Adler B. Genetic organisation of the capsule biosynthetic locus of Pasteurella multocida M1404 (B:2) // Vet. Microbiol. – 2000 – Vol. 72(1-2). – P. 121-134. doi: 10.1016/s0378-1135(99)00193-5. PMID: 10699509.Chung J.Y., Zhang Y., Adler B. The capsule biosynthetic locus of Pasteurella multocida A:1 // FEMS Microbiol Lett. – 1998– Vol. 166(2). – P.289-96. doi: 10.1111/j.1574-6968.1998.tb13903.x.Chung J.Y., Zhang Y., Adler B. The capsule biosynthetic locus of Pasteurella multocida A:1 // FEMS Microbiol Lett. – 1998 – Vol. 166(2). – P. 289-296. doi: 10.1111/j.1574-6968.1998.tb13903.x.Townsend K.M., Boyce J.D., Chung J.Y., Frost A.J., Adler B. Genetic organization of Pasteurella multocida cap Loci and development of a multiplex capsular PCR typing system // J. Clin. Microbiol. – 2001. – Vol. 39(3). – P.924-929. doi: 10.1128/JCM.39.3.924-929.2001.Townsend K.M., Boyce J.D., Chung J.Y., Frost A.J., Adler B. Genetic organization of Pasteurella multocida cap Loci and development of a multiplex capsular PCR typing system // J. Clin. Microbiol. – 2001. – Vol. 39(3). – P.924-929. doi: 10.1128/JCM.39.3.924-929.2001.DeAngelis P.L. Enzymological characterization of the Pasteurella multocida hyaluronic acid synthase // Biochemistry – 1996 – Vol. 35(30). – P. 9768-9771. doi: 10.1021/bi960154k. PMID: 8703949.DeAngelis P.L. Enzymological characterization of the Pasteurella multocida hyaluronic acid synthase // Biochemistry – 1996 – Vol. 35(30). – P. 9768-9771. doi: 10.1021/bi960154k. PMID: 8703949.DeAngelis PL. Hyaluronan synthases: fascinating glycosyltransferases from vertebrates, bacterial pathogens, and algal viruses // Cell Mol Life Sci. –1999– Vol. 56(7-8). –P. 670-682. doi: 10.1007/s000180050461.DeAngelis P.L. Hyaluronan synthases: fascinating glycosyltransferases from vertebrates, bacterial pathogens, and algal viruses // Cell Mol Life Sci. –1999– Vol. 56(7-8). –P. 670-682. doi: 10.1007/s000180050461.Rosner H, Grimmecke HD, Knirel YA, Shashkov AS. Hyaluronic acid and a (1-4)-beta-D-xylan, extracellular polysaccharides of Pasteurella multocida (Carter type A) strain 880 // Carbohydr. Res. – 1992. – Vol. 223. – P.329–333.Rosner H., Grimmecke H.D., Knirel Y.A., Shashkov A.S. Hyaluronic acid and a (1-4)-beta-D-xylan, extracellular polysaccharides of Pasteurella multocida (Carter type A) strain 880 // Carbohydr. Res. – 1992. – Vol. 223. – P.329–333.Soriano-Vargas, E., Vega-Sánchez, V., Zamora-Espinosa, J.L. et al. Identification of Pasteurella multocida capsular types isolated from rabbits and other domestic animals in Mexico with respiratory diseases // Trop Anim Health Prod. – 2012.– Vol. 44. – P. 935–937. https://doi.org/10.1007/s11250-011-9995-xSoriano-Vargas, E., Vega-Sánchez, V., Zamora-Espinosa J.L. et al. Identification of Pasteurella multocida capsular types isolated from rabbits and other domestic animals in Mexico with respiratory diseases // Trop Anim Health Prod. – 2012.– Vol. 44. – P. 935–937. https://doi.org/10.1007/s11250-011-9995-x .Liu H, Zhao Z, Xi X, Xue Q, Long T, Xue Y. Occurrence of Pasteurella multocida among pigs with respiratory disease in China between 2011 and 2015. // Ir Vet J. – 2017. – Vol.70(2). doi:10.1186/s13620-016-0080-7Liu H., Zhao Z., Xi X., Xue Q., Long T., Xue Y. Occurrence of Pasteurella multocida among pigs with respiratory disease in China between 2011 and 2015. // Ir. Vet. J. – 2017. – Vol.70(2). doi:10.1186/s13620-016-0080-7.DeAngelis P.L. Molecular directionality of polysaccharide polymerization by the Pasteurella multocida hyaluronan synthase // J. Biol. Chem. – 1996. – 35 (30). – P. 9768-9771. https:// doi.org/10.1074/jbc.274.37.26557.DeAngelis P.L. Molecular directionality of polysaccharide polymerization by the Pasteurella multocida hyaluronan synthase // J. Biol. Chem. – 1996. – 35 (30). – P. 9768-9771. https://doi.org/10.1074/jbc.274.37.26557.Wei J., DeAngelis Р., Dissection of the two transferase activities of the Pasteurella multocida hyaluronan synthase: two active sites exist in one polypeptide // Glycobiology, Vol. (10), Sep. –2000.– P.883–889, https://doi.org/10.1093/glycob/10.9.883Wei J., DeAngelis Р., Dissection of the two transferase activities of the Pasteurella multocida hyaluronan synthase: two active sites exist in one polypeptide // Glycobiology, Vol. (10), Sep. –2000.– P.883–889, https://doi.org/10.1093/glycob/10.9.883.Kodama H, Matsumoto M, Snow LM. Immunogenicity of capsular antigens of Pasteurella multocida in turkeys // Am J Vet Res. – 1981. – Oct; Vol. 42(10). –Р. 1838-1841. PMID: 7325454.Kodama H., Matsumoto M., Snow L.M. Immunogenicity of capsular antigens of Pasteurella multocida in turkeys // Am J. Vet. Res. – 1981. – Oct; Vol. 42(10). –Р. 1838-1841. PMID: 7325454.Pruimboom, I. M., Rimler, R. B., Ackermann, M. R., and Brogden, K. A. Capsular hyaluronic acid-mediated adhesion of Pasteurella multocida to turkey air sac macrophages. //Avian diseases – 1996.– Vol.40(4). – P.887–893.Pruimboom I. M., Rimler R. B., Ackermann M. R., Brogden K. A. Capsular hyaluronic acid-mediated adhesion of Pasteurella multocida to turkey air sac macrophages //Avian diseases – 1996.– Vol.40(4). – P.887–893.Weigel, P. H., Hascall, V. C., and Tammi, M. (). Hyaluronan synthases. The Journal of biological chemistry – 1997. – Vol. 272(22), – P. 13997–14000. https://doi.org/10.1074/jbc.272.22.13997Weigel P. H., Hascall V. C.,Tammi M. Hyaluronan synthases. The Journal of biological chemistry – 1997. – Vol. 272(22), – P. 13997–14000. https://doi.org/10.1074/jbc.272.22.13997.

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