Изменения белковых профилей планктонных культур и биопленок Staphylococcus epidermidis, выращенных в анаэробных условиях в присутствии гормона CNP

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Натрийуретические пептиды (natriuretic peptides, NP) способны влиять на биопленки микроорганизмов-комменсалов человека, в том числе на представителей рода Staphylococcus, однако в литературе отсутствуют данные о молекулярных изменениях, вызываемых данными гормонами на посттрансляционном уровне. В связи с этим в настоящей работе впервые показано, что натрийуретический пептид С-типа (CNP) вызывает большие изменения в белковых профилях клеток и биопленок стафилококка. Присутствие гормона приводит к более выраженному различию в белковых профилях между планктонными клетками и биопленками при сравнении с контрольными парами образцов. Основные процессы, которые при этом затрагиваются – ЦТК, транспорт белков, синтез пуринов (понижение количества соответствующих белков в биопленках) и метаболизм нитрата (повышение количества нитрогеназ и других белков в биопленках). Необходимо отдельно упомянуть понижение количества лизостафина в биопленках по сравнению с планктонными культурами при воздействии CNP. Возможно, это один из потенциальных механизмов показанного недавно понижения конкурентных свойств S. epidermidis в сообществе с другими микроорганизмами, которое индуцируется наличием в среде CNP. Кроме того, результаты исследования укрепляют гипотезу о том, что, как и в случае других гормонов человека, действие CNP на S. epidermidis является мультитаргетным. Одним из вероятных механизмов действия гормона может быть нарушение перехода от планктонной культуры к биопленке без подавления роста клеток, что нуждается в дальнейшей проверке.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Ганнесен

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Р. Х. Зиганьшин

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 117997

М. А. Овчарова

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

А. М. Мосолова

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Н. А. Логинова

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Е. В. Дювенжи

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Е. Д. Неволина

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

С. В. Мартьянов

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

В. К. Плакунов

ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН

Email: andrei.gannesen@gmail.com
Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Г аннесен А.В., Лезуатье О., Нетрусов А. И., Плакунов В. К., Фейоле М. Ж. Регуляция натрийуретическими пептидами формирования моновидовых и бинарных биопленок бактерий микробиоты кожи Staphylococcus epidermidis и Staphylococcus aureus // Микробиология. 2018. Т. 87. С. 469‒482.
  2. Gannesen A. V., Lesouhaitier O., Netrusov A. I., Plakunov V. K., Feuilloley M. G. Regulation of formation of monospecies and binary biofilms by human skin microbiota components, Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus , by human natriuretic peptides // Microbiology (Moscow). 2018. V. 87. P. 597‒609.
  3. Дювенжи Е. В., Неволина Е. Д., Мартьянов С. В., Журина М. В., Калмантаева О. В., Макарова М. А., Бочкова Е. А., Фирстова В. В., Плакунов В. К., Ганнесен А. В. Бинарные биопленки Staphylococcus aureus 209P и Kytococcus schroeteri H01: дуалистическая роль китококков и изменения клеточной адгезии в присутствии натрийуретического пептида а-типа // Микробиология. 2022. Т. 91. С. 597‒612.
  4. Diuvenji E. V., Nevolina E. D., Mart’yanov S.V., Zhurina M. V., Kalmantaeva O. V., Makarova M. A., Botchkova E. A., Firstova V. V., Plakunov V. K., Gannesen A. V. Binary biofilms of Staphylococcus aureus 209P and Kytococcus schroeteri H01: dualistic role of kytococci and cell adhesion alterations in the presence of the A-type natriuretic peptide // Microbiology (Moscow). 2022. V. 91. P. 563‒576.
  5. Benjamini Y., Krieger A. M., Yekutieli D. Adaptive linear step-up procedures that control the false discovery rate // Biometrika. 2006. V. 93. P. 491‒507.
  6. Gannesen A. V. Lesouhaitier O., Racine P. J., Barreau M., Netrusov A. I., Plakunov V. K., Feuilloley M. G.J. Regulation of monospecies and mixed biofilms formation of skin Staphylococcus aureus and Cutibacterium acnes by human natriuretic peptides // Front. Microbiol. 2018. V. 9. Art. 2912.
  7. Gannesen A. V., Ziganshin R. H., Ovcharova M. A., Nevolina E. D., Klimko A. I., Mart’yanov S.V., Plakunov V. K. Epinephrine affects ribosomes, cell division, and catabolic processes in Micrococcus luteus skin strain C01: revelation of the conditionally extensive hormone effect using orbitrap mass spectrometry and proteomic analysis // Microorganisms. 2023. V. 11. Art. 2181.
  8. Ikeda K., Ikeda T., Onizuka T., Terashi H., Fukuda T. C-type natriuretic peptide concentrations in the plasma and cerebrospinal fluid of patients with subarachnoid hemorrhage // Crit. Care. 2000. V. 5. P. 37‒40.
  9. Kalaycı-Yüksek F., Gümüş D., Anğ-Küçüker M. Hormones can influence antibiotic susceptibilities even in mono-and co-culture conditions // Acta Biologica Marisiensis. 2021. V. 4. P. 39‒49.
  10. Kalaycı-Yüksek F., Gümüş D., Güler V., Uyanık-Öcal A., Anğ-Küçüker M . Progesterone and estradiol alter the growth, virulence and antibiotic susceptibilities of Staphylococcus aureus // New Microbiol. 2023. V. 46. P. 43‒51.
  11. Kovalchuk S. I., Jensen O. N., Rogowska-Wrzesinska A . FlashPack: fast and simple preparation of ultrahigh-performance capillary columns for LC-MS // Mol. Cell. Proteomics. 2019. V 18. P. 383‒390.
  12. Kulak N. A., Pichler G., Paron I., Nagaraj N., Mann M . Minimal, encapsulated proteomic-sample processing applied to copy-number estimation in eukaryotic cells // Nat. Methods. 2014. V. 11. P. 319‒324.
  13. Louis M., Tahrioui A., Tremlett C. J., Clamens T., Leprince J., Lefranc B., Kipnis E., Grandjean T., Bouffartigues E., Barreau M., Defontaine F., Cornelis P., Feuilloley M. G.J., Harmer N. J., Chevalier S., Lesouhaitier O . The natriuretic peptide receptor agonist osteocrin disperses Pseudomonas aeruginosa biofilm // Biofilm. 2023. V. 5. Art. 100131.
  14. Lumsden N. G., Khambata R. S., Hobbs A. J. C-type natriuretic peptide (CNP): cardiovascular roles and potential as a therapeutic target // Curr. Pharm. Des. 2010. V. 16. P. 4080‒4088.
  15. Luqman A. The orchestra of human bacteriome by hormones // Microb. Pathog. 2023. P. 106125.
  16. Ovcharova M. A., Geraskina O. V., Danilova N. D., Botchkova E. A., Mart’yanov S.V., Feofanov A. V., Plakunov V. K., Gannesen A. V. Atrial natriuretic peptide affects skin commensal Staphylococcus epidermidis and Cutibacterium acnes dual-species biofilms // Microorganisms. 2021. V. 9. Art. 552.
  17. Ovcharova M. A., Schelkunov M. I. , Geras’kina O.V., Makarova N. E., Sukhacheva M. V., Mart’yanov S.V., Nevolina E. D., Zhurina M. V., Feofanov A. V., Botchkova E. A., Plakunov V. K., Gannesen A. V. C-type natriuretic peptide acts as a microorganism-activated regulator of the skin commensals Staphylococcus epidermidis and Cutibacterium acnes in dual-species biofilms // Biology. 2023. V. 12. Art. 436.
  18. Potter L. R., Yoder A. R., Flora D. R., Antos L. K., Dickey D. M. Natriuretic peptides: their structures, receptors, physiologic functions and therapeutic applications // cGMP: Generators, effectors and therapeutic implications. Handbook of experimental pharmacology / Eds. Schmidt H. H.H.W., Hofmann F., Stasch J. P. V. 191. Berlin, Heidelberg: Springer, 2009. P. 341‒366. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68964-5_15
  19. Rosay T., Bazire A., Diaz S., Clamens T., Blier A. S., Mijouin L., Hoffmann B., Sergent J. A., Bouffartigues E., Boireau W., Vieillard J., Hulen C., Dufour A., Harmer N. J., Feuilloley M. G.J. Lesouhaitier O. Pseudomonas aeruginosa expresses a functional human natriuretic peptide receptor ortholog: involvement in biofilm formation // MBio. 2015. V. 6. 4. Art. 10.1128/mbio. 01033-15.
  20. Tyanova S., Temu T., Cox J. The MaxQuant computational platform for mass spectrometry-based shotgun proteomics // Nat. Protoc. 2016a. V. 11. P. 2301‒2319.
  21. Tyanova S., Temu T., Sinitcyn P., Carlson A., Hein M. Y., Geiger T., Mann M., Cox J. The Perseus computational platform for comprehensive analysis of (prote) omics data // Nat. Methods. 2016b. V. 13. P. 731‒740.
  22. Veron W., Lesouhaitier O., Pennanec X., Rehel K., Leroux P., Orange N., Feuilloley M. G.J. Natriuretic peptides affect Pseudomonas aeruginosa and specifically modify lipopolysaccharide biosynthesis // FEBS J. 2007. V. 274. P. 5852‒5864.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменения белковых профилей планктонных культур в зависимости от времени культивирования. А, Б – контрольные образцы без добавления гормона CNP; В, Г – образцы с добавлением гормона CNP. А, В – белки в пониженном количестве в 72-ч планктонных культурах по сравнению с 24-ч культурами; Б, Г ‒ белки в повышенном количестве в 72-ч планктонных культурах по сравнению с 24-ч культурами. 1 – кластер предположительных Zn-зависимых дегидрогеназ и PhnB-подобных белков; 2 – кластер синтеза белков: рибосомального белка S9 и фактора инициации трансляции IF-3; 3 – кластер переносчика D-аланила и рибосомного белка L7/L12; 4 – кластер экскреции белков и, возможно, кворум-сенсинга; 5 – кластер метаболизма липидов (триглицеридов); 6 – кластер белков биосинтеза фолата; 7 – кластер циклофилиноподобных белков семейства MRA-NP.

Скачать (53KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменения белковых профилей биопленок S. epidermidis в зависимости от времени культивирования. А, Б – контрольные образцы без добавления гормона CNP; В, Г – образцы с добавлением гормона CNP. А, В – белки в пониженном количестве в 72-ч биопленках по сравнению с 24-ч биопленками; Б, Г ‒ белки в повышенном количестве в 72-ч биопленках по сравнению с 24-ч. 1 – кластер экскреции белков; 2 – кластер 3,4-дигидрокси-2-бутанон4-фосфатсинтазы/ГТФ-циклогидролазы II и гуанозин-монофосфатредуктазы; 3 – кластер экскреции белков.

Скачать (40KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменения белкового состава биопленок S. epidermidis по сравнению с планктонными культурами после 24 ч культивирования. А, Б – контрольные образцы; В, Г – образцы в присутствии CNP. А, В – белки в уменьшенном количестве в биопленках по сравнению с планктонными культурами; Б, Г – белки в увеличенном количестве в биопленках по сравнению с планктонными культурами. 1 – кластер синтеза белков и рибосом; 2 – кластер синтеза треонина и аргинина; 3 – кластер белков ЦТК; 4 – кластер белков антиоксидантной защиты; 5 – кластер метаболизма треонина, серина и глицина; 6 – белки клеточной стенки и деления; 7 – кластер белков синтеза пуринов и вторичных метаболитов; 8 – кластер белков ЦТК; 9 – кластер белков метаболизма нитрата.

Скачать (53KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменения белкового состава биопленок S. epidermidis по сравнению с планктонными культурами после 72 ч культивирования. А, Б – контрольные образцы; В, Г – образцы в присутствии CNP. А, В – белки в уменьшенном количестве в биопленках по сравнению с планктонными культурами; Б, Г – белки в увеличенном количестве в биопленках по сравнению с планктонными культурами. 1 – кластер 2-оксоизовалератдегидрогеназы Е3 и глутаматдегидрогеназы; 2 – кластер 3,4-дигидрокси-2-бутанон4-фосфатсинтазы/ГТФ-циклогидролазы II и гуанозин-монофосфатредуктазы; 3 – кластер белков кворум-сенсинга на основе фенол-растворимых модулинов; 4 ‒ синтеза пуринов через фолат; 5 – кластер белков синтеза тиамина; 6 – кластер метаболизма глицеролипидов; 7 – кластер белков ЦТК; 8 – кластер белков метаболизма нитрата.

Скачать (53KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Обобщающая схема, иллюстрирующая эффекты CNP на белковый состав планктонных культур и биопленок S. epidermidis, а также различия в белковых профилях между планктонными культурами и биопленками стафилококка.

Скачать (142KB)
Метаданные
7. Дополнительные материалы
Скачать (122KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024