Внеклеточные везикулы бактерий – медиаторы межклеточной коммуникации: практические приложения и инновационные технологии (обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Внеклеточные везикулы (ВВ), секретируемые клетками бактерий, в фокусе внимания исследователей. Они обогащены биоактивными молекулами, опосредуют межклеточную коммуникацию микро- и макроорганизмов, участвуют в адаптации бактерий к стрессовым условиям, репрограммировании клеток-мишеней, модуляции иммунореактивности у высших организмов, изменении структуры микробных сообществ и экосистем. Уникальные свойства бактериальных внеклеточных везикул (БВВ) открывают широкие перспективы их практического применения – в клинической медицине, сельском хозяйстве, биотехнологии и экологии в качестве диагностических маркеров, вакцин, новых биопрепаратов и средств их доставки. Однако для реализации практических приложений необходимо решить ряд проблем. Настоящий обзор сосредоточен на проблеме неоднозначной роли БВВ в регуляции живых систем, безопасности БВВ и подходам к ее решению, связанным с инновационными технологиями.

Об авторах

В. М. Чернов

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение
“Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: muzaleksei@mail.ru
Россия, 420111, Казань

А. А. Музыкантов

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение
“Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: muzaleksei@mail.ru
Россия, 420111, Казань

Н. Б. Баранова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение
“Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: muzaleksei@mail.ru
Россия, 420111, Казань

О. А. Чернова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение
“Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: muzaleksei@mail.ru
Россия, 420111, Казань

Список литературы

  1. Woith E., Fuhrmann G., Melzig M.F. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 22. P. 5695.https://doi.org/10.3390/ijms20225695
  2. Bishop D., Work E.J.B.J. // Biochem. J. 1965. V. 96. № 2. P. 567–576. https://doi.org/10.1042/bj0960567
  3. Knox K., Cullen J., Work E.J.B.J. // Biochem. J. 1967. V. 103. № 1. P. 192–201. https://doi.org/10.1042/bj1030192
  4. Bladen H.A., Waters J.F. // J. Bacteriol. 1963. V. 86. № 6. P. 1339–1344. https://doi.org/10.1128/jb.86.6.1339-1344.1963
  5. Avila-Calderón E.D., Ruiz-Palma M.D.S., Aguilera-Arreola M.G., Velázquez-Guadarrama N., Ruiz E.A., Gomez-Lunar Z., et al. // Front Microbiol. 2021. V. 12. P. 557902. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.557902
  6. Briaud P., Carroll R.K. // Infect. Immun. 2020. V. 88. e00433-20. https://doi.org/10.1128/IAI.00433-20
  7. Tarashi S., Zamani M.S., Omrani M.D., Fateh A., Moshiri A., Saedisomeolia A. et al. // J. Immunol. Res. 2022. V. 2022. P. 8092170. https://doi.org/10.1155/2022/8092170
  8. Xie J., Li Q., Haesebrouck F., Van Hoecke L., Vandenbroucke R.E. // Trends Biotechnol. 2022. V. 40. №. 10. P. 1173–1194 https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.03.005
  9. Chernov V.M., Mouzykantov A.A., Baranova N.B., Medvedeva E.S., Grygorieva T.Y., Trushin M.V. et al. // J. Proteomics. 2014. V. 110. P. 117–28. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2014.07.020
  10. Gaurivaud P., Ganter S., Villard A., Manso-Silvan L., Chevret D., Boulé C. et al. // PLoS One. 2018. V. 13. № 11. e0208160. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208160
  11. de Souza L.F.L., Campbell G., Arthuso G.G.S., Gonzaga N.F., Alexandrino C.R., Assao V.S. et al. // Braz. J. Microbiol. 2022. V. 53. № 2. P. 1081–1084. https://doi.org/10.1007/s42770-022-00726-0
  12. Razin S., Hayflick L. // Biologicals. 2010. V. 38. № 2. P. 183–190. https://doi.org/10.1016/j.biologicals.2009.11.008
  13. Toyofuku M., Nomura N., Eberl L. // Nat. Rev. Microbiol. 2019. V. 17. №. 1. P. 13–24. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0112-2
  14. Mozaheb N., Mingeot-Leclercq M.-P. // Front. Microbiol. 2020. V. 11. P. 600221. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.600221
  15. Potter M., Hanson C., Anderson A.J., Vargis E., Britt D.W. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 21289. https://doi.org/10.1038/s41598-020-78357-4
  16. Stanton B.A. // Genes (Basel). 2021. V. 12. № 7. P. 1010. https://doi.org/10.3390/genes12071010
  17. Koeppen K., Hampton T.H., Jarek M., Scharfe M., Gerber S.A., Mielcarz D.W. et al. // PLoS Pathog. 2016. V. 12. № 6. e1005672. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005672
  18. Pita T., Feliciano J.R., Leitão J.H. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 24. P. 9634. https://doi.org/10.3390/ijms21249634
  19. Schatz D., Schleyer G., Saltvedt M.R., Sandaa R.A., Feldmesser E., Vardi A. // ISME J. 2021. V. 15. № 12. P. 3714–3721. https://doi.org/10.1038/s41396-021-01018-5
  20. Majdalani N., Vanderpool C.K., Gottesman S. // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2005. V. 40. P. 93–113. https://doi.org/10.1080/10409230590918702
  21. Kumar P., Anaya J., Mudunuri S.B., Dutta A. // BMC Biol. 2014. V. 12. P. 78. https://doi.org/10.1186/s12915-014-0078-0
  22. Chen X., Sim S., Wurtmann E.J., Feke A., Wolin S.L. // RNA. 2014. V. 20. № 11. P. 1715–1724. https://doi.org/10.1261/rna.047241.114
  23. Diallo I., Provost P. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 5. P. 1627. https://doi.org/10.3390/ijms21051627
  24. Zhang H., Zhang Y., Song Z., Li R., Ruan H., Liu Q. et al. // Int. J. Med. Microbiol. 2020. V. 310. № 1. P. 151356. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2019.151356
  25. Музыкантов А.А., Рожина Э.В., Фахруллин Р.Ф., Гомзикова М.О., Золотых М.А., Чернова О.А. и др. // Acta Naturae. 2021. Т. 13. № 4. С. 82–88. https://doi.org/10.32607/actanaturae.11506
  26. Cecil J.D., O’Brien-Simpson N.M., Lenzo J.C., Holden J.A., Chen Y.Y., Singleton W. et al. // PLoS One. 2016. V. 11. № 4. e0151967. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0151967
  27. Sahr T., Escoll P., Rusniok C., Bui S., Pehau–Arnaudet G., Lavieu G. et al. // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 762. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28454-x
  28. Turner L., Bitto N.J., Steer D.L., Lo C., D’Costa K., Ramm G. et al. // Front. Immunol. 2018. V. 9. P. 1466. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.01466
  29. Gottesman S., Storz G. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011. V. 3. a003798. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a003798
  30. Haning K., Cho S.H., Contreras L.M. // Front. Cell Infect. Microbiol. 2014. V. 4. P. 96. https://doi.org/10.3389/fcimb.2014.00096
  31. Острик А.А., Ажикина Т.Л., Салина Е.Г. // Успехи биологической химии. 2021. Т. 61. С. 229–252. https://doi.org/10.31857/S0555109920040121
  32. Stork M., Di Lorenzo M., Welch T.J., Crosa J.H. // J. Bacteriol. 2007. V. 189. № 9. P. 3479–88. https://doi.org/10.1128/JB.00619-06
  33. Michaux C., Verneuil N., Hartke A., Giard J.C. // Microbiol. 2014. V. 160. P. 1007–1019. https://doi.org/10.1099/mic.0.076208-0
  34. Beisel C.L., Storz G. // Mol. Cell. 2011. V. 41. P. 286–297. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2010.12.027
  35. Stubbendieck R.M., Vargas–Bautista C., Straight P.D. // Front. Microbiol. 2016. V. 7. P. 1234. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01234
  36. Ñahui Palomino R.A., Vanpouille C., Costantini P.E., Margolis L. // PLOS Pathogens. 2021. V. 17. № 5. e1009508. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009508
  37. Uddin M.J., Dawan J., Jeon G., Yu T., He X., Ahn J. // Microorganisms. 2020. V. 8. № 5. P. 670. https://doi.org/10.3390/microorganisms8050670
  38. Koeppen K., Nymon A., Barnaby R., Bashor L., Li Z., Hampton T.H. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2021. V. 118. № 28. e2105370118. https://doi.org/10.1073/pnas.2105370118
  39. Muraca M., Putignani L., Fierabracci A., Teti A., Perilongo G. // Discov. Med. 2015. V. 19. № 106. P. 343–348.
  40. Brameyer S., Plener L., Müller A., Klingl A., Wanner G., Jung K. // J. Bacteriol. 2018. V. 200. № 15. e00740-17. https://doi.org/10.1128/JB.00740-17
  41. Lee J., Lee E.Y., Kim S.H., Kim D.K., Park K.S., Kim K.P. et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2013. V. 57. № 6. P. 2589–2595. https://doi.org/10.1128/AAC.00522-12
  42. Schaar V., Uddback I., Nordstrom T., Riesbeck K. // J. Antimicrob. Chemother. 2014. V. 69. № 1. P. 117–120. https://doi.org/10.1093/jac/dkt307
  43. Toyofuku M., Morinaga K., Hashimoto Y., Uhl J., Shimamura H., Inaba H. et al. // ISME J. 2017. V. 11. P. 1504–1509. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.13
  44. Rueter C., Bielaszewska M. // Front. Cell Infect. Microbiol. 2020. V. 10. P. 91. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00091
  45. Zhao Z., Wang L., Miao J., Zhang Z., Ruan J., Xu L. et al. // Sci. Total Environ. 2022. V. 806. P. 151403. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151403
  46. Ahmadi Badi S., Moshiri A., Fateh A., Rahimi Jamnani F., Sarshar M., Vaziri F. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 1610. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01610
  47. Mjelle R., Aass K.R., Sjursen W., Hofsli E., Sætrom P. // iScience. 2020. V. 23. № 5. P. 101131. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101131
  48. Rivera J., Cordero R.J., Nakouzi A.S., Frases S., Nicola A., Casadevall A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. № 44. P. 19002-7. https://doi.org/10.1073/pnas.1008843107
  49. Zingl F.G., Thapa H.B., Scharf M., Kohl P., Müller A.M., Schild S. // mBio. 2021. V. 12. № 3. e0053421. https://doi.org/10.1128/mBio.00534-21
  50. Kuipers M.E., Hokke C.H., Smits H.H., Nolte-'t Hoen E.N.M. // Front. Microbiol. 2018. V. 12. № 9. P. 2182. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02182
  51. Chang X., Wang S.L., Zhao S.B., Shi Y.H., Pan P., Gu L. et al. // Mediators Inflamm. 2020. V. 2020. P. 1945832. https://doi.org/10.1155/2020/1945832
  52. Hua Y., Wang J., Huang M., Huang Y., Zhang R., Bu F. et al. // Emerg. Microbes Infect. 2022. V. 11. №1. P. 1281–1292. https://doi.org/10.1080/22221751.2022.2065935
  53. Sjöström A.E., Sandblad L., Uhlin B.E., Wai S.N. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 15329. https://doi.org/10.1038/srep15329
  54. Chernov V.M., Chernova O.A., Mouzykantov A.A., Medvedeva E.S., Baranova N.B., Malygina T.Y. et al. // FEMS Microbiol. Lett. 2018. V. 365. № 18. https://doi.org/10.1093/femsle/fny185
  55. Marsh J.W., Hayward R.J., Shetty A.C., Mahurkar A., Humphrys M.S., Myers G.S.A. // Brief. Bioinform. 2018. V. 19. № 6. P. 1115–1129. https://doi.org/10.1093/bib/bbx043
  56. Tulkens J., Vergauwen G., Van Deun J., Geeurickx E., Dhondt B., Lippens L. et al. // Gut. 2020. V. 69. № 1. P. 191–193. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317726
  57. Bhattarai Y. // Neurogastroenterol. Motil. 2018. V. 30. № 6. e13366. https://doi.org/10.1111/nmo.13366
  58. Diallo I., Ho J., Lambert M., Benmoussa A., Husseini Z., Lalaouna D. et al. // PLoS Pathog. 2022. V. 18. № 9. e1010827. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1010827
  59. Yaghoubfar R., Behrouzi A., Ashrafian F., Shahryari A., Moradi H.R., Choopani S. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 22119. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79171-8
  60. Cuesta C.M., Guerri C., Ureña J., Pascual M. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 8. P. 4235. https://doi.org/10.3390/ijms22084235
  61. Rodrigues M., Fan J., Lyon C., Wan M., Hu Y. // Theranostics. 2018. V. 8. № 10. P. 2709–2721. https://doi.org/10.7150/thno.20576
  62. Vdovikova S., Gilfillan S., Wang S., Dongre M., Wai S.N., Hurtado A. // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 7434. https://doi.org/10.1038/s41598-018-25308-9
  63. O'Donoghue E.J., Krachler A.M. // Cell. Microbiol. 2016. V. 18. № 11. P. 1508–1517. https://doi.org/10.1111/cmi.12655
  64. Lebeer S., Vanderleyden J., De Keersmaecker S.C. // Nat. Rev. Microbiol. 2010. V. 8. № 3. P. 171–84. https://doi.org/10.1038/nrmicro2297
  65. Díaz–Garrido N., Badia J., Baldomà L. // J. Extracell. Vesicles. 2021. V. 10. № 13. e12161. https://doi.org/10.1002/jev2.12161
  66. Wegh C.A.M., Geerlings S.Y., Knol J., Roeselers G., Belzer C. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 19. P. 4673. https://doi.org/10.3390/ijms20194673
  67. Molina–Tijeras J.A., Gálvez J., Rodríguez–Cabezas M.E. // Nutrients. 2019. V. 11. № 5. P. 1038. https://doi.org/10.3390/nu11051038
  68. Li M., Zhou H., Yang C., Wu Y., Zhou X., Liu H., Wang Y. // J. Control. Release. 2020. V. 323. P. 253–268. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.04.031
  69. Gilmore W.J., Johnston E.L., Zavan L., Bitto N.J., Kaparakis–Liaskos M. // Mol. Immunol. 2021. V. 134. P. 72–85. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2021.02.027
  70. Nanou A., Zeune L.L., Bidard F.C., Pierga J.Y., Terstappen L.W.M.M. // Breast Cancer Res. 2020. V. 22. № 1. P. 86. https://doi.org/10.1186/s13058-020-01323-5
  71. Kim O.Y., Dinh N.T., Park H.T., Choi S.J., Hong K., Gho Y.S. // Biomaterials. 2017. V. 113. P. 68–79. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.10.037
  72. Li Y., Wu J., Qiu X., Dong S., He J., Liu J. et al. // Bioact. Mater. 2022. V. 20. P. 548–560. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.05.037
  73. Chen Q., Bai H., Wu W., Huang G., Li Y., Wu M. et al. // Nano Lett. 2020. V. 20. № 1. P. 11–21. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02182
  74. Bachmann M.F., Jennings G.T. // Nat. Rev. Immunol. 2010. V. 10. № 11. P. 787–796. https://doi.org/10.1038/nri2868
  75. Huang W., Zhang Q., Li W., Chen Y., Shu C., Li Q. et al. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1379. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01379
  76. Macia L., Nanan R., Hosseini-Beheshti E., Grau G.E. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 21. № 1. P. 107. https://doi.org/10.3390/ijms21010107
  77. Sierra G.V., Campa H.C., Varcacel N.M., Garcia I.L., Izquierdo P.L., Sotolongo P.F. et al. // NIPH. Ann. 1991. V. 14. P. 195–210.
  78. Micoli F, MacLennan C.A. // Semin. Immunol. 2020. V. 50. P. 101433. https://doi.org/10.1016/j.smim.2020.101433
  79. Koeberling O., Delany I., Granoff D.M. // Clin. Vaccine Immunol. 2011. V. 18. № 5. P. 736–42. https://doi.org/10.1128/CVI.00542-10
  80. Peeters C.C., Rümke H.C., Sundermann L.C., Rouppe van der Voort E.M., Meulenbelt J., et al // Vaccine. 1996. V. 14. № 10. P. 1009–1015. https://doi.org/10.1016/0264-410x(96)00001-1
  81. Benne N., van Duijn J., Kuiper J., Jiskoot W., Slütter B. // J. Control. Release. 2016. V. 234. P. 124–134. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.05.033
  82. Camacho A.I., Irache J.M., de Souza J., Sánchez–Gómez S., Gamazo C. // Vaccine. 2013. V. 31. № 32. P. 3288–3294. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2013.05.020
  83. Hu C.M., Fang R.H., Luk B.T., Zhang L. // Nat. Nanotechnol. 2013. V. 8. № 12. P. 933–938. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.254
  84. Dehaini D., Wei X., Fang R.H., Masson S., Angsantikul P., Luk B.T. et al. // Adv. Mater. 2017. V. 29. № 16. . https://doi.org/10.1002/adma.201606209
  85. Wang D., Dong H., Li M., Cao Y., Yang F., Zhang K., etDai W., Wang C., Zhang X. // ACS Nano. 2018. V. 12. № 6. P. 5241–5252. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b08355
  86. Ricci V., Carcione D., Messina S., Colombo G.I., D’Alessandra Y. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 23. P. 8959. https://doi.org/10.3390/ijms21238959
  87. Hamady M., Knight R. // Genome Res. 2009. V. 19. № 7. P. 1141–1152. https://doi.org/10.1101/gr.085464.108
  88. Dauros–Singorenko P., Blenkiron C., Phillips A., Swift S. // FEMS Microbiol. Lett. 2018. V. 365. № 5. fny023. https://doi.org/10.1093/femsle/fny023
  89. Poupet C., Chassard C., Nivoliez A., Bornes S. // Front. Nutr. 2020. V. 7. P. 135. https://doi.org/10.3389/fnut.2020.00135
  90. Baenas N., Wagner A.E. // Genes Nutr. 2019. V. 14. P. 14. https://doi.org/10.1186/s12263-019-0641-y
  91. George D.T., Behm C.A., Hall D.H., Mathesius U., Rug M., Nguyen K.C. et al. // PLoS One. 2014. V. 9. № 9. :e106085. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0106085

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (881KB)
Метаданные
3.

Скачать (2MB)
Метаданные
4.

Скачать (662KB)
Метаданные
5.

Скачать (202KB)
Метаданные

© В.М. Чернов, А.А. Музыкантов, Н.Б. Баранова, О.А. Чернова, 2023