КУЛЬТИВИРОВАНИЕ TREPONEMA PALLIDUM IN VITRO: ОТ КРОЛИЧЬЕЙ МОДЕЛИ К ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ КЛЕТОЧНЫМ СИСТЕМАМ

Treponema pallidum subsp. pallidum является возбудителем сифилиса - социально значимой инфекции человека, заболеваемость которой сохраняет тенденцию к росту во многих регионах мира. Несмотря на наличие эффективной антибактериальной терапии, изучение биологии данного патогена длительное время было ограничено невозможностью его устойчивого культивирования в искусственных условиях. Исторически поддержание лабораторных штаммов T. pallidum осуществлялось преимущественно путем интратестикулярного пассирования на лабораторных кроликах, что сопровождалось биоэтическими, технологическими и регуляторными ограничениями. Цель обзора - систематизировать современные данные о развитии систем культивирования T. pallidum in vitro: от кроличьей модели и ранних тканевых культур до платформы Sf1Ep, прямого выделения современных клинических штаммов и появления человеческих клеточных систем. В обзоре рассмотрены биологические причины трудности культивирования T. pallidum, включая редуцированный геном, ограниченные метаболические возможности, зависимость от клеткихозяина и чувствительность к кислороду. Показано, что система долгосрочного сокультивирования с эпителиальными клетками кролика Sf1Ep в среде TpCM-2 стала ключевым технологическим этапом в экспериментальной трепонемологии. Последующие исследования расширили спектр культивируемых штаммов, продемонстрировали возможность прямого выделения современных изолятов от пациентов и открыли перспективу использования человеческих фибробластных клеточных систем. Сделан вывод, что культивирование T. pallidum in vitro следует рассматривать как перспективную научно-технологическую платформу для изучения физиологии возбудителя, взаимодействия с клетками хозяина, оценки антибиотикочувствительности, снижения зависимости от животных моделей и развития биобезопасных экспериментальных подходов.

1. World Health Organization. Sexually transmitted infections (STIs): strategic information. Syphilis estimates, 2022 / World Health Organization. - Geneva : WHO, 2024.

2. Chlamydia, gonorrhoea, trichomoniasis and syphilis: global prevalence and incidence estimates, 2016 / J. Rowley, S. Vander Hoorn, E. Korenromp [et al.] // Bulletin of the World Health Organization. - 2019. - Vol. 97, No. 8. - P. 548-562P. - DOI: 10.2471/BLT.18.228486.

3. Peeling R.W. Syphilis / R.W. Peeling, D. Mabey, M.L. Kamb, X.S. Chen, J.D. Radolf, A.S. Benzaken // Nature Reviews Disease Primers. - 2017. - Vol. 3. - Article 17073. - DOI: 10.1038/nrdp.2017.73.

4. Centers for Disease Control and Prevention. Sexually Transmitted Infections Surveillance, 2023 / Centers for Disease Control and Prevention. - Atlanta : CDC, 2024.

5. Sexually transmitted infections: challenges ahead / M. Unemo, C.S. Bradshaw, J.S. Hocking [et al.] // The Lancet Infectious Diseases. - 2017. - Vol. 17, No. 8. - P. e235-e279.

6. CDC Laboratory Recommendations for Syphilis Testing, United States, 2024 / J.R. Papp, I.U. Park, Y. Fakile [et al.] // MMWR Recommendations and Reports. - 2024. - Vol. 73, No. 1. - P. 1-32. - DOI: 10.15585/mmwr.rr7301a1.

7. Complete genome sequence of Treponema pallidum, the syphilis spirochete / C.M. Fraser, S.J. Norris, G.M. Weinstock [et al.] // Science. - 1998. - Vol. 281, No. 5375. - P. 375-388. - DOI: 10.1126/science.281.5375.375.

8. Weinstock G.M. The genome of Treponema pallidum: new light on the agent of syphilis / G.M. Weinstock, J.M. Hardham, M.P. McLeod, E.J. Sodergren, S.J. Norris // FEMS Microbiology Reviews. - 1998. - Vol. 22, No. 4. - P. 323-332.

9. Norris S.J. Biology of Treponema pallidum: correlation of functional activities with genome sequence data / S.J. Norris, D.L. Cox, G.M. Weinstock // Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology. - 2001. - Vol. 3, No. 1. - P. 37-62.

10. Lafond R.E. Biological basis for syphilis / R.E. Lafond, S.A. Lukehart // Clinical Microbiology Reviews. - 2006. - Vol. 19, No. 1. - P. 29-49. - DOI: 10.1128/CMR.19.1.29-49.2006.

11. Treponema pallidum, the syphilis spirochete: making a living as a stealth pathogen / J.D. Radolf, R.K. Deka, A. Anand [et al.] // Nature Reviews Microbiology. - 2016. - Vol. 14, No. 12. - P. 744-759. - DOI: 10.1038/nrmicro.2016.141.

12. Radolf J.D. The Treponema pallidum outer membrane / J.D. Radolf, S. Kumar // Current Topics in Microbiology and Immunology. - 2018. - Vol. 415. - P. 1-38. - DOI: 10.1007/82_2017_44.

13. Structural modeling of the Treponema pallidum outer membrane protein repertoire / K.L. Hawley, J.M. Montezuma-Rusca, K.N. Delgado [et al.] // Journal of Bacteriology. - 2021. - Vol. 203, No. 15. - Article e00082-21.

14. Treponema pallidum major sheath protein homologue TprK is a target of opsonic antibody and the protective immune response / A. Centurion-Lara, C. Castro, L. Barrett [et al.] // Journal of Experimental Medicine. - 1999. - Vol. 189, No. 4. - P. 647-656.

15. Antigenic variation in Treponema pallidum: TprK sequence diversity accumulates in response to immune pressure during experimental syphilis / L. Giacani, B.J. Molini, E.Y. Kim [et al.] // Journal of Immunology. - 2010. - Vol. 184, No. 7. - P. 3822-3829.

16. Lukehart S.A. Isolation and laboratory maintenance of Treponema pallidum / S.A. Lukehart, C.M. Marra // Current Protocols in Microbiology. - 2007. - Chapter 12. - Unit 12A.1. - DOI: 10.1002/9780471729259.mc12a01s7.

17. National Research Council. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals / National Research Council. - 8th ed. - Washington, DC : The National Academies Press, 2011. - DOI: 10.17226/12910.

18. Fieldsteel A.H. Cultivation of virulent Treponema pallidum in tissue culture / A.H. Fieldsteel, D.L. Cox, R.A. Moeckli // Infection and Immunity. - 1981. - Vol. 32, No. 2. - P. 908-915. - DOI: 10.1128/iai.32.2.908-915.1981.

19. Fieldsteel A.H. Prolonged survival of virulent Treponema pallidum (Nichols strain) in cellfree and tissue culture systems / A.H. Fieldsteel, F.A. Becker, J.G. Stout // Infection and Immunity. - 1977. - Vol. 18, No. 1. - P. 173-182. - DOI: 10.1128/iai.18.1.173-182.1977.

20. Fitzgerald T.J. Treponema pallidum (Nichols strain) in tissue cultures: cellular attachment, entry, and survival / T.J. Fitzgerald, J.N. Miller, J.A. Sykes // Infection and Immunity. - 1975. - Vol. 11, No. 5. - P. 1133-1140. - DOI: 10.1128/iai.11.5.1133-1140.1975.

21. Interaction of Treponema pallidum (Nichols strain) with cultured mammalian cells: effects of oxygen, reducing agents, serum supplements, and different cell types / T.J. Fitzgerald, R.C. Johnson, J.A. Sykes, J.N. Miller // Infection and Immunity. - 1977. - Vol. 15, No. 2. - P. 444-452. - DOI: 10.1128/iai.15.2.444-452.1977.

22. Growth and subculture of pathogenic Treponema pallidum (Nichols strain) in BHK-21 cultured tissue cells / R.H. Jones, M.A. Finn, J.J. Thomas, C. Folger // British Journal of Venereal Diseases. - 1976. - Vol. 52, No. 1. - P. 18-23. - DOI: 10.1136/sti.52.1.18.

23. Foster J.W. The in vitro cultivation of Treponema pallidum. Corroborative studies / J.W. Foster, D.S. Kellogg, J.W. Clark, A. Balows // British Journal of Venereal Diseases. - 1977. - Vol. 53, No. 6. - P. 338-339. - DOI: 10.1136/sti.53.6.338.

24. Fieldsteel A.H. Further studies on replication of virulent Treponema pallidum in tissue cultures of Sf1Ep cells / A.H. Fieldsteel, D.L. Cox, R.A. Moeckli // Infection and Immunity. - 1982. - Vol. 35, No. 2. - P. 449-455.

25. Norris S.J. Factors affecting the multiplication and subculture of Treponema pallidum subsp. pallidum in a tissue culture system / S.J. Norris, D.G. Edmondson // Infection and Immunity. - 1986. - Vol. 53, No. 3. - P. 534-539.

26. Edmondson D.G. Long-term in vitro culture of the syphilis spirochete Treponema pallidum subsp. pallidum / D.G. Edmondson, B. Hu, S.J. Norris // mBio. - 2018. - Vol. 9, No. 3. - Article e01153-18. - DOI: 10.1128/mBio.01153-18.

27. Parameters affecting continuous in vitro culture of Treponema pallidum strains / D.G. Edmondson, B.D. DeLay, L.E. Kowis, S.J. Norris // mBio. - 2021. - Vol. 12, No. 1. - Article e03536- 20. - DOI: 10.1128/mBio.03536-20.

28. Edmondson D.G. In vitro cultivation of the syphilis spirochete Treponema pallidum / D.G. Edmondson, S.J. Norris // Current Protocols. - 2021. - Vol. 1. - Article e44. - DOI: 10.1002/cpz1.44.

29. In vitro analysis of seven syphilis-causing Treponema pallidum strains revealed inherent growth rate differences / J. Bosak, M. Hrala, P. Andrla [et al.] // Scientific Reports. - 2025. - Vol. 15. - Article 18827. - DOI: 10.1038/s41598-025-18827-9.

30. In vitro isolation of contemporary Treponema pallidum strains directly from clinical samples of syphilis patients / J. Bosak, M. Hrala, F. Skokan [et al.] // Clinical Microbiology and Infection. - 2025. - Vol. 31, No. 6. - P. 1061-1065. - DOI: 10.1016/j.cmi.2025.03.017.

31. Directly sequenced genomes of contemporary strains of syphilis reveal recombination-driven diversity in genes encoding predicted surface-exposed antigens / L. Grillova, T. Bawa, L. Mikalova [et al.] // Frontiers in Microbiology. - 2019. - Vol. 10. - Article 1691. - DOI: 10.3389/fmicb.2019.01691.

32. Global phylogeny of Treponema pallidum lineages reveals recent expansion and spread of contemporary syphilis / M.A. Beale, M. Marks, M.J. Cole [et al.] // Nature Microbiology. - 2021. - Vol. 6, No. 12. - P. 1549-1560. - DOI: 10.1038/s41564-021-01000-z.

33. Enhanced molecular typing of Treponema pallidum: geographical distribution of strain types and association with neurosyphilis / C.M. Marra, S.K. Sahi, L.C. Tantalo [et al.] // Journal of Infectious Diseases. - 2010. - Vol. 202, No. 9. - P. 1380-1388.

34. Origin of modern syphilis and emergence of a pandemic Treponema pallidum cluster / N. Arora, V.J. Schuenemann, G. Jager [et al.] // Nature Microbiology. - 2016. - Vol. 2. - Article 16245. - DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.245.

35. Genomic epidemiology of syphilis reveals independent emergence of macrolide resistance across multiple circulating lineages / M.A. Beale, M. Marks, S.K. Sahi [et al.] // Nature Communications. - 2019. - Vol. 10. - Article 3255. - DOI: 10.1038/s41467-019-11216-7.

36. Characterisation of Treponema pallidum lineages within the contemporary syphilis outbreak in Australia: a genomic epidemiological analysis / M.L. Taouk, G. Taiaroa, S. Pasricha [et al.] // The Lancet Microbe. - 2022. - Vol. 3, No. 6. - P. e417-e426. - DOI: 10.1016/S2666-5247(22)00035-0.

37. Clinical and genomic diversity of Treponema pallidum subspecies pallidum to inform vaccine research: an international, molecular epidemiology study / A.C. Sena, M.M. Matoga, L. Yang [et al.] // The Lancet Microbe. - 2024. - Vol. 5, No. 9. - Article 100871. - DOI: 10.1016/S2666-5247(24)00087-9.

38. Insights into Treponema pallidum genomics from modern and ancient genomes using a novel mapping strategy / M. Pla-Diaz, G. Akgul, M. Molak [et al.] // BMC Biology. - 2025. - Vol. 23, No. 1. - Article 7. - DOI: 10.1186/s12915-024-02108-4.

39. Integrated genomic approaches improve Treponema pallidum phylogenetics and lineage classification / G.S. Long, A.E. Singh [et al.] // Canadian Journal of Microbiology. - 2025. - Vol. 71. - P. 1-11. - DOI: 10.1139/cjm-2025-0021.

40. First human cell-based cultivation system for the syphilis spirochete Treponema pallidum / J. Bosak, M. Hrala, P. Pospisilova [et al.] // BMC Microbiology. - 2026. - Vol. 26. - Article 288. - DOI: 10.1186/s12866-026-04856-5.

41. Applications and research trends in organoid-based infectious disease models / J.O. Ryu, Y.J. Seong, E. Lee [et al.] // Scientific Reports. - 2025. - Vol. 15. - Article 25185. - DOI: 10.1038/s41598-025-07816-7.

42. Mapping the scientific output of organoids for animal and human modeling infectious diseases: a bibliometric assessment / J. Yan, A. Wiedemann [et al.] // Veterinary Research. - 2024. - Vol. 55. - Article 81. - DOI: 10.1186/s13567-024-01333-7.

43. Park G. Replacing animal testing with stem cell-organoids: advantages and limitations / G. Park, Y.A. Rim, Y. Sohn, Y. Nam, J.H. Ju // Stem Cell Reviews and Reports. - 2024. - Vol. 20, No. 6. - P. 1375-1386. - DOI: 10.1007/s12015-024-10723-5.

44. 3D engineered tissue models for studying human-specific infectious viral diseases / K.S. Hwang, J. Choi, J. Kim [et al.] // Bioactive Materials. - 2023. - Vol. 21. - P. 576-594. - DOI: 10.1016/j.bioactmat.2022.09.014.

45. World Health Organization. Laboratory Biosafety Manual / World Health Organization. - 4th ed. - Geneva : WHO, 2020. - ISBN 978-92-4-001131-1.

46. World Health Organization. Laboratory Biosafety Manual: Risk Assessment / World Health Organization. - Geneva : WHO, 2020.

47. Public Health Agency of Canada. Pathogen Safety Data Sheet: Treponema pallidum / Public Health Agency of Canada. - Updated September 27, 2024.

48. Stamm L.V. Syphilis: antibiotic treatment and resistance / L.V. Stamm // Epidemiology and Infection. - 2015. - Vol. 143, No. 8. - P. 1567-1574. - DOI: 10.1017/S0950268814002830.

49. Near-universal resistance to macrolides of Treponema pallidum in North America / N.A.P. Lieberman, T.B. Reid, C.A. Cannon [et al.] // New England Journal of Medicine. - 2024. - Vol. 390, No. 22. - P. 2127-2128. - DOI: 10.1056/NEJMc2314441.

50. Treponema pallidum macrolide resistance and molecular strain types in South Africa / J.M.E. Venter, E.E. Muller, M.P. Mahlangu [et al.] // Journal of Clinical Microbiology. - 2021. - Vol. 59. - Article e02385-20.

51. Muller E.E. Macrolide resistance testing and molecular subtyping of Treponema pallidum strains from southern Africa / E.E. Muller, G. Paz-Bailey, D.A. Lewis // Sexually Transmitted Infections. - 2012. - Vol. 88, No. 6. - P. 470-474. - DOI: 10.1136/sextrans-2011-050322.

52. Сейдахметова Б.А., Жаппарова Г.А., Мараховская Л.Г., Теребай А.А., Наханов А.К. Масштабирование культуры клеток Vero для производства биопрепаратов // Биобезопасность и Биотехнология. - 2022. - № 9. - С. 44-52. - DOI: 10.58318/2957-5702-2022-9-44-52.

53. Бурабаев Б.К., Джекебеков К.К., Уланкызы А. [и др.]. Управление биологическими рисками в Научно-исследовательском институте проблем биологической безопасности // Биобезопасность и Биотехнология. - 2020. - № 1. - С. 10-11.

54. Килибаев С.С., Таболдиев Д.Р., Джалдыбаева А.Е., Жунискулов Р.Б. Система биологической безопасности и биозащиты в НИИ // Биобезопасность и Биотехнология. - 2023. - № 14.

55. Canadian Public Health Laboratory Network National Syphilis In-Laboratory Serological Testing Recommendations / M. Morshed [et al.] // Journal of the Association of Medical Microbiology and Infectious Disease Canada. - 2025. - DOI: 10.3138/jammi-2024-0027.

56. Giacani L. The endemic treponematoses / L. Giacani, S.A. Lukehart // Clinical Microbiology Reviews. - 2014. - Vol. 27, No. 1. - P. 89-115. - DOI: 10.1128/CMR.00070-13.

57. Smajs D. Genetics of human and animal uncultivable treponemal pathogens / D. Smajs, M. Strouhal, S. Knauf // Infection, Genetics and Evolution. - 2018. - Vol. 61. - P. 92-107.

58. A defined syphilis vaccine candidate inhibits dissemination of Treponema pallidum subspecies pallidum / K.V. Lithgow, R. Hof, C. Wetherell [et al.] // Nature Communications. - 2017. - Vol. 8. - Article 14273.