pmjТихоокеанский медицинский журналPacific Medical Journal1609-1175TGMU10.34215/1609-1175-2023-3-9-14pmj-2541Research ArticleОБЗОРЫREVIEWSМоделирование процессов меж- и внутривидового взаимодействия микроорганизмов в эксперименте на периодической культуреModeling inter- and intraspecific interaction of microorganisms in a batch culture experimenthttps://orcid.org/0000-0002-7008-3804ЯковлевА. А.YakovlevA. A.

Яковлев Анатолий Александрович – д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории кишечных инфекций; профессор кафедры эпидемиологии

тел. +7 (908) 970-93-37

Anatoly A. Yakovlev, Cand. Sci. (Med.), Professor of the Department of Epidemiology

2 Ostryakova Ave., Vladivostok, 690002, Russia

phone: +7 (908) 970-93-37 

yakovlev-epid@yandex.ruРаковА. В.RakovA. V.

Москва

Moscow 

ПоказееваЮ. Н.PokazeevaYu. N.

 Владивосток 

Vladivostok

ЩелкановМ. Ю.ShchelkanovM. Yu.

 Владивосток 

Vladivostok

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора; Тихоокеанский государственный медицинский университетРоссияResearch Institute of Epidemiology and Microbiology named after G.P. Somov; Pacific State Medical UniversityRussian FederationЦентральный НИИ эпидемиологии РоспотребнадзораРоссияCentral Research Institute of Epidemiology of RospotrebnadzorRussian FederationНИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова РоспотребнадзораРоссияResearch Institute of Epidemiology and Microbiology named after G.P. SomovRussian Federation20232009202303914Copyright © Яковлев А.А., Раков А.В., Показеева Ю.Н., Щелканов М.Ю., 20232023Яковлев А.А., Раков А.В., Показеева Ю.Н., Щелканов М.Ю.Yakovlev A.A., Rakov A.V., Pokazeeva Y.N., Shchelkanov M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.tmj-vgmu.ru/jour/article/view/2541Цель

Цель: демонстрация возможностей использования периодической культуры для изучения процессов взаимодействия микроорганизмов на модели ведущих в современный период в этиологии сальмонеллеза серотипов Salmonella Enteritidis и S. Typhimurium в формируемой ими микробной ассоциации в эксперименте in vitro как между собой, так и в сочетании с Yersinia pseudotuberculosis и Shigella flexneri.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальную модель ассоциаций in vitro создавали путем совместного культивирования штаммов разных микроорганизмов на LB-бульоне. В работе использованы штаммы сальмонелл и Yersinia pseudotuberculosis, хранящиеся в музее НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова при температуре -80 °С. Наблюдение за поведением ассоциации проводили в течение 24 ч при 37 °C на качалке. В качестве контроля были изучены кривые роста всех взятых в разработку штаммов в монокультуре. На первом этапе исследований проводили сокультивирование S. Enteritidis и S. Typhimurium; на втором – к эксперименту подключили штаммы Yersinia pseudotuberculosis и Shigella flexneri – эталонный штамм АТСС 12022.

Результаты

Результаты. В контрольном эксперименте рост испытуемых культур был довольно похож, тогда как в ассоциации при смешении S. Typhimurium существенно опережала в росте S. Enteritidis. Аналогичное исследование, проведенное с тремя патогенами, также позволило установить, что при росте в монокультуре существенных различий в темпах роста между ними не было выявлено, тогда как в ассоциации рост Y. pseudotuberculosis значительно подавлялся с самого начала наблюдения в течение первого часа. В этих условиях доминирующее положение заняла S. Enteritidis.

Заключение

Заключение. В итоге наши исследования свидетельствуют о том, что в периодической культуре можно изучать процессы взаимодействия как между различными видами микроорганизмов, так и их внутривидовые взаимоотношения. Как мы полагаем, полученные результаты взаимодействия в определенной мере могут быть объяснены одним из основных кинетических принципов экологии – принципа конкурентного исключения Гаузе, который утверждал невозможность сосуществования двух видов в одной экологической нише при конкуренции за источник питания.

Aim

Aim. To demonstrate the possibility of using a batch culture model to study the interaction of Salmonella Enteritidis and Salmonell Typhimurium, which are currently the leading serotypes in the etiology of salmonellosis, in an in vitro experiment both among themselves and in combination with Yersinia pseudotuberculosis and Shigella flexneri.

Materials and methods

Materials and methods. An experimental model of microorganism associations in vitro was created by co-cultivation of different microorganism strains in an LB broth. The Salmonella and Yersinia pseudotuberculosis stains stored in the museum of G.P. Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology at a temperature of –80 °C were used. The behavior of the associations under study was monitored for 24 h at 37 °C on a shaker. As a control, the growth curves of all the strains in monoculture were studied. The first research stage involved culturing S. Enteritidis and S. Typhimurium followed by addition of Yersinia pseudotuberculosis and Shigella flexneri strains (reference strain ATCC 12022) at the second stage.

Results

Results. In the control experiment, the growth of the tested cultures was quite similar. However, when grown in associations, S. Typhimurium outgrew S. Enteritidis. A similar study conducted with three pathogens also revealed that, when grown in monoculture, the stains exhibit no significant differences in the growth rates. However, when grown in associations, the growth of Y. pseudotuberculosis is significantly suppressed from the onset of observation during the first hour. Under these conditions, S. Enteritidis takes the dominant position.

Conclusion

Conclusion. Our results demonstrate that batch culture can be used to study the interaction between different types of microorganisms, as well as their intraspecific relationships. We assume that the observed behavior of microorganisms can be explained, to a certain extent, by Gause’s law of competitive exclusion. This principle implies that two species competing for the same limited food source cannot coexist in one ecological niche.

Salmonella entericaпериодическая культуравзаимодействиемикроорганизмыSalmonella entericabatch cultureinteractionmicroorganismsReferencesБухарин О.В., Лобакова Е.С., Немцева Н.В., Черкасов С.В. Ассоциативный симбиоз. – Екатеринбург: УрО РАН; 2007; 264 с.Buharin OV, Lobakova ES, Nemceva NV, Cherkasov SV. Associative simbiosis. Ekaterinburg: UrO RAN; 2007; 264 p. (In Russ.).Яковлев А.А. Концепция интеграционно-конкурентного развития эпидемическго процесса. Тихоокеанский медицинский журнал 2006;3(25):10–4Yakovlev AA. The concept of integration-competitive development of the epidemic process. Pacific Medical Journal 2006;3(25):10–4 (In Russ.).Яковлев А.А., Раков А.В., Поздееева Е.С. Значение межвидовых и внутривидовых взаимодействий микроорганизмов как субоорганизменного уровня в иерархии эпидемического процесса. Эпидемиология и инфекционные болезни 2020;25(3):118–28.Yakovlev AA, Rakov AV, Pozdeyeeva ES. The significance of interspecific and intraspecific interactions of microorganisms as a suborganismal level in the hierarchy of the epidemic process. Epidemiology and Infectious Diseases 2020; 25(3):118–28 (In Russ.).Яковлев А.А., Поздеева Е.С. О возможных механизмах саморегуляции паразитарных систем в биогеоценозе. Вестник РАМН. 2018;73(3):184–94Yakovlev AA, Pozdeyeva ES. Possible mechanisms of self-regulation of parasitic systems in the biogeocenosis Vestnik RAMN 2018;73(3): 184–94. (In Russ.).Миллер Г.Г. Биологическое значение ассоциаций микроорганизмов. Вестник Российской академии медицинских наук. 2000:1;45–51.Miller GG. Biological significance of associations of microorganisms. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2000;(1):45–51 (In Russ.).Comolli LR. Intra- and inter-species interactions in microbial communities. Front. Microbiol. 2014;5:629. doi: 10.3389/fmicb.2014.00629Comolli LR. Intra- and inter-species interactions in microbial communities. Front. Microbiol. 2014;5:629. doi: 10.3389/fmicb.2014.00629Barton ES, White DW, Cathelyn JS, et al. Herpesvirus latency confers symbiotic protection from bacterial infection. Nature 2007;447(7142):326–9. doi: 10.1038/nature05762Barton ES, White DW, Cathelyn JS, et al. Herpesvirus latency confers symbiotic protection from bacterial infection. Nature 2007;447(7142):326–9. doi: 10.1038/nature05762Ларин Ф.И., Жукова Л.И., Лебедев В.В., Рафеенко Г.К. Интерфирирующее взаимодействие вирусов в регуляции эпидемического процесса. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2012;1:25–9.Larin FI, Zhukova LI, Lebedev VV, Rafeenko GK. Interference interaction of viruses in the regulation of an epidemic process. Epidemiology and Infectious Diseases. 2012;(1):25–9. (In Russ.).Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск, 1978. 277 с.Pechurkin NS. Population microbiology. Novosibirsk. 1978. (In Russ.).Тимченко Н.Ф., Раков А.В., Терентьева Н.А., Псарева Е.К., Яковлев А.А. Характеристика смешанных биопленок бактерий семейства Enterobacteriaceae Yersinia pseudotuberculosis и Salmonella Enteritidis in vitro. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2019;1(77):19–22.Timchenko NF, Rakov AV, Terentyeva NA, Psareva EK, Yakovlev AA. Characteristics of mixed biofilms of backteria of the Enterobacteriaceae Yersinia pseudotuberculosis families and Salmonella Enteritidis in vitro. Health. Medical Ecology. Science. 2019;1(77):19–22 (In Russ.).Шкарин В.В., Саперкин Н.В. Взаимодействие возбудителей, сочетанных инфкций при комплексной коморбидности (теоретические и практические вопросы). Инфекционные болезни. 2021;5(11):737–43 doi: 10.32364/2587-6821-2021-5-11-737-743Shkarin VV, Saperkin NV. Interaction of pathogens, combined infections in complex comorbidity (theoretical and practical issues). Infectious Diseases. 2021;5(11):737–43. doi: 10.32364/2587-6821-2021-5-11-737-743 (In Russ.).Kado CL, Liu ST. Rapid procedure for detection and isolation of large and small plasmids. J.Bacteriology 1981;145(3):1365–73.Kado CL, Liu ST. Rapid procedure for detection and isolation of large and small plasmids. J.Bacteriology 1981;145(3):1365–73.Белов А.Б., Огарков П.И. Эколого-эпидемиологическая систематика инфекционных болезней. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2009;(6):49–54.Belov AB, Ogarkov PI. Ecological and epidemiological systematics of infectious diseases. Epidemiology and Infectious Diseases. 2009;(6): 49–54 (In Russ.).Калина Г.П., Трухина Г.М., Гришин Т.Д. Многомерность ниш в законе Гаузе применительно к прокариотам и метод пространственного разделения конкурирующих ассоциаций. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1989;10:10–7.Kalina GP, Truhina GM, Grishin TD. The multidimensional character of the niches in Gause›s law applicable to prokaryotes and the methods for the spatial separation of competing associates. Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 1989;10:10–7 (In Russ.).

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