medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-6-605-611fxhcqtmedlit-3202Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSКультурально-морфологические и биохимические свойства индикаторных культур Salmonellа typhimurium, используемых в тесте Эймса, и их применимость для оценки качества тест-системыCultural, morphological and biochemical properties of Salmonella typhimurium indicator bacteria used in the Ames test and their applicability for the assessment of the test system qualityhttps://orcid.org/0000-0003-4748-8771ЕгороваОльга ВалерьевнаEgorovaOlga V.

Канд. биол. наук, вед. науч. сотр. отд. генетической токсикологии, ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Мытищи.

e-mail: egorovaov@fferisman.ru

MD, PhD, senior researcher of the department of genetic toxicology, Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing, Mytishchi, 141014, Russian Federation.

e-mail: egorovaov@fferisman.ru

egorovaov@fferisman.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3376-0677МихеевПавел В.MikheevPavel V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9955-7447ТрухинаГалина М.TrukhinaGalina M.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9122-9465ИлюшинаНаталья А.IlyushinaNataliya A.noemail@neicon.ruФБУН «Федеральный научный центр гигиены имени Ф.Ф. Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаFederal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing2023310720231026605611Copyright © Егорова О.В., Михеев П.В., Трухина Г.М., Илюшина Н.А., 20232023Егорова О.В., Михеев П.В., Трухина Г.М., Илюшина Н.А.Egorova O.V., Mikheev P.V., Trukhina G.M., Ilyushina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/3202Введение

Введение. Тест Эймса нашёл широкое применение для изучения мутагенности химических веществ. Ввиду внедрения системы менеджмента качества в деятельность испытательных центров для совершенствования оценки качества штаммов в тест-системе Salmonella/микросомы изучены культурально-морфологические и биохимические свойства индикаторных культур и дана оценка их применимости как дополнительных характеристик качества тест-штаммов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучение культурально-морфологических характеристик штаммов S. typhimurium проводили с использованием ряда коммерческих сред. Биохимические свойства культур S. typhimurium определяли с помощью анализатора Vitek-2.

Результаты

Результаты. Исследования показали, что процедура подтверждения эталонных свойств индикаторных культур наряду с оценкой спонтанного уровня мутирования и генетических характеристик (-his фенотип, наличие либо отсутствие R-фактора, rfa- и ∆uvrB-мутации) может быть расширена за счёт периодической оценки биохимических свойств. Индикаторные культуры имеют большинство биохимических признаков бактерий сероварианта Sallmonella typhimurium. Атипичными признаками по отношению к штамму дикого типа являются отрицательная реакция в тесте на выделение сероводорода, позитивная тирозинариламидазная активность, способность утилизировать 5-кето-D-глюконат, неустойчивая альфа-галактозидазная активность. Дифференциально-диагностические среды, используемые для поддержания культур сальмонелл дикого типа, не являются универсальными для роста штаммов тест-системы Salmonella/микросомы. При выборе сред для оценки цитотоксичности, выживаемости или стерильности необходимо руководствоваться ростовыми характеристиками бактерий тест-системы Salmonella/микросомы: способность к росту на селективных средах уменьшается в ряду: агар Эндо-ГРМ > SS-агар > висмут-сульфит агар > агар Плоскирева-ГРМ.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением культурально-морфологических и биохимических характеристик культур S. typhimurium, но не Escherichia coli.

Заключение

Заключение. Описанные культурально-морфологические признаки тест-штаммов на разных средах могут быть использованы при оценке цитотоксичности, выживаемости при выполнении исследований согласно руководству ОЭСР № 471. Применение дополнительных биохимических маркёров аутентичности и морфологических свойств индикаторных штаммов будет способствовать обеспечению качества исследований с помощью теста Эймса при консервации, воспроизводстве и использовании в рутинных исследованиях культур.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов (на русском и английском языках).

Участие авторов

Участие авторов: Егорова О.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста; Михеев П.В. — сбор и обработка материала; Трухина Г.М. — обработка материала; редактирование текста; Илюшина Н.А. — анализ материалов, написание текста. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 23.03.2023 / Принята к печати: 07.06.2023 / Опубликована: 30.07.2023

Introduction

Introduction. The Ames test has been widely used to study the mutagenicity of chemicals. In view of the implementation of a quality management system in the test facilities, the cultural, morphological and biochemical properties of strains used in the Salmonella/microsome test system were studied. An assessment of their applicability as additional characteristics of quality of the tester strain was made.

Materials and methods

Materials and methods. The study of cultural and morphological characteristics of S. typhimurium strains was carried out using the commercial media. The biochemical properties of S. typhimurium cultures were evaluated using a Vitek-2 system.

Results

Results. Studies have shown that the procedure of marker verification for confirming the reference properties of tester strains, in addition to evaluation of the spontaneous mutation level and phenotypic characteristics (-his phenotype, the presence or absence of the R-factor plasmids, rfa- and ∆uvrB mutations), can be extended by periodically assessing their biochemical properties. Most of the biochemical characteristics of bacteria of the Salmonella typhimurium serovar are inherent for tester strains. Compared to the wild-type bacteria аtypical features of tester strains are a negative reaction in the hydrogen sulfide production test, positive activity of tyrosine arylamidase, the ability to utilize 5-keto-D-gluconate, unstable activity of alpha-galactosidase. Differential selective media used to maintain wild-type Salmonella cultures are not universal for the growth of strains of the Salmonella/microsome test system. When choosing media for cytotoxicity, survival, or sterility assessment, it is necessary to take into consideration the growth characteristics of the Salmonella tester strains on different media: the ability to grow on selective media decreases in the series of Endo-agar > Salmonella Shigella -agar > Bismuth-sulfite agar > Ploskirev’s agar.

Limitations

Limitations. The research is limited to the study of cultural, morphological and biochemical characteristics of S. typhimurium, but not Escherichia coli.

Conclusion

Conclusion. The described cultural and morphological properties of tested strains on different media can be used to assess cytotoxicity/survival of treated cultures performing studies according to OECD 471. The use of additional biochemical markers of authenticity and morphological properties of tester strains will help to ensure the quality of studies using the Ames test in the processes of conservation, reproduction, and routine testing.

Compliance with ethical standards. The study does not need the approval of the biomedical ethics committee or other documents.

Contribution

Contribution: Egorova O.V. — the concept and design of the study, the collection and processing of material, writing the text; Mikheev P.V. — collection and processing of material; Ilyushina N.A. — analysis of materials, writing the text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: March 23, 2023 / Accepted: June 7, 2023 / Published: July 30, 2023

мутагенностьтест ЭймсаSalmonellа typhimuriumбиохимические маркёрыкультурально-морфологические свойстваmutagenicitythe Ames testSalmonella typhimuriumbiochemical markerscultural and morphological characteristicReferencesЧугунова Е.О., Татарникова Н.А., Прохорова Т.С. Разработка ускоренного способа и конструирование питательной среды для выделения сальмонелл из пищевых продуктов. Пермь: Прокростъ; 2017.Chugunova E.O., Tatarnikova N.A., Prokhorova T.S. Development of an Accelerated Method and Construction of a Nutrient Medium for the Isolation of Salmonella from Foods [Razrabotka uskorennogo sposoba i konstruirovanie pitatel’noy sredy dlya vydeleniya sal’monell iz pishchevykh produktov]. Perm’: Prokrost”; 2017. (in Russian)Ames B.N. The detection of chemical mutagens with enteric bacteria. In: Hollaender A., ed. Chemical Mutagens. Boston: Springer; 1971: 267–82. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8966-2_9Ames B.N. The detection of chemical mutagens with enteric bacteria. In: Hollaender A., ed. Chemical Mutagens. Boston: Springer; 1971: 267–82. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8966-2_9Zeiger E. The test that changed the world: The Ames test and the regulation of chemicals. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 841: 43–8. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.05.007Zeiger E. The test that changed the world: The Ames test and the regulation of chemicals. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 841: 43–8. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.05.007OECD Library. Test 471: 2020, IDT. Bacterial reverse mutation test. Available at: https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-471-bacterial-reverse-mutation-test_9789264071247-enOECD Library. Test 471: 2020, IDT. Bacterial reverse mutation test. Available at: https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-471-bacterial-reverse-mutation-test_9789264071247-enMaron D.M., Ames B.N. Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutat. Res. 1983; 113(3-4): 173–215. https://doi.org/10.1016/0165-1161(83)90010-9Maron D.M., Ames B.N. Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutat. Res. 1983; 113(3-4): 173–215. https://doi.org/10.1016/0165-1161(83)90010-9Vijay U., Gupta S., Mathur P., Suravajhala P., Bhatnagar P. Microbial mutagenicity assay: Ames test. Bio. Protoc. 2018; 8(6): e2763. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.2763Vijay U., Gupta S., Mathur P., Suravajhala P., Bhatnagar P. Microbial mutagenicity assay: Ames test. Bio. Protoc. 2018; 8(6): e2763. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.2763Zeiger E. Bacterial mutation assays. Methods Mol. Biol. 2013; 1044: 3–26. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-529-3_1Zeiger E. Bacterial mutation assays. Methods Mol. Biol. 2013; 1044: 3–26. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-529-3_1Escobar P.A., Kemper R.A., Tarca J., Nicolette J., Kenyon M., Glowienke S., et al. Bacterial mutagenicity screening in the pharmaceutical industry. Mutat. Res. 2013; 752(2): 99–118. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2012.12.002Escobar P.A., Kemper R.A., Tarca J., Nicolette J., Kenyon M., Glowienke S., et al. Bacterial mutagenicity screening in the pharmaceutical industry. Mutat. Res. 2013; 752(2): 99–118. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2012.12.002Mortelmans K. A perspective on the development of the Ames Salmonella/mammalian-microsome mutagenicity assay. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 841: 14–6. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.04.004Mortelmans K. A perspective on the development of the Ames Salmonella/mammalian-microsome mutagenicity assay. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 841: 14–6. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.04.004Schoeny R., Cross K.P., DeMarini D.M., Elespuru R., Hakura A., Levy D.D., et al. Revisiting the bacterial mutagenicity assays: Report by a workgroup of the International Workshops on Genotoxicity Testing (IWGT). Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2020; 849: 503137. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2020.503137Schoeny R., Cross K.P., DeMarini D.M., Elespuru R., Hakura A., Levy D.D., et al. Revisiting the bacterial mutagenicity assays: Report by a workgroup of the International Workshops on Genotoxicity Testing (IWGT). Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2020; 849: 503137. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2020.503137Егорова О.В. К процедуре подтверждения компетентности лаборатории, проводящей исследования на мутагенность с использованием теста Эймса. Токсикологический вестник. 2021; 29(4): 4–13. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2021-29-4-4-13 https://elibrary.ru/dpghdxEgorova O.V. To the procedure of confirmation of the laboratory’s competence in performing mutagenicity assessment using the Ames test. Toksikologicheskiy vestnik. 2021; 29(4): 4–13. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2021-29-4-4-13 https://elibrary.ru/dpghdx (in Russian)Levy D.D., Hakura A., Elespuru R.K., Escobar P.A., Kato M., Lott J., et al. Demonstrating laboratory proficiency in bacterial mutagenicity assays for regulatory submission. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 848: 403075. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.07.005Levy D.D., Hakura A., Elespuru R.K., Escobar P.A., Kato M., Lott J., et al. Demonstrating laboratory proficiency in bacterial mutagenicity assays for regulatory submission. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 848: 403075. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.07.005Hamel A., Roy M., Proudlock R. The bacterial reverse mutation test. Chapter 4. In: Proudlock R., ed. Genetic Toxicology Testing. A Laboratory Manual. Academic Press; 2016: 79–138.Hamel A., Roy M., Proudlock R. The bacterial reverse mutation test. Chapter 4. In: Proudlock R., ed. Genetic Toxicology Testing. A Laboratory Manual. Academic Press; 2016: 79–138.Mortelmans K., Zeiger E. The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay. Mutat. Res. 2000; 455(1–2): 29–60. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(00)00064-6Mortelmans K., Zeiger E. The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay. Mutat. Res. 2000; 455(1–2): 29–60. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(00)00064-6Андрусевич А.С., Тяпша Ю.И., Дубаневич О.В., Стрельченя И.И. Биохимические свойства музейных штаммов Salmonella dublin, Salmonella cholerae suis, Salmonella typhimurium. Эпизоотология, иммунобиология, фармакология и санитария. 2020; (1): 39–44. https://elibrary.ru/gxlrwdAndrusevich A.S., Tyapsha Yu.I., Dubanevich O.V., Strel’chenya I.I. Biochemical properties of museum strains Salmonella Dublin, Salmonella cholerae suis, Salmonella typhimurium. Epizootologiya, immunobiologiya, farmakologiya i sanitariya. 2020; (1): 39–44. https://elibrary.ru/gxlrwd (in Russian)Busch D.B., Archer J., Amos E.A., Hatcher J.F., Bryan G.T. A protocol for the combined biochemical and serological identification of the Ames mutagen tester strains as Salmonella typhimurium. Environ. Mutagen. 1986; 8(5): 741–51. https://doi.org/10.1002/em.2860080509Busch D.B., Archer J., Amos E.A., Hatcher J.F., Bryan G.T. A protocol for the combined biochemical and serological identification of the Ames mutagen tester strains as Salmonella typhimurium. Environ. Mutagen. 1986; 8(5): 741–51. https://doi.org/10.1002/em.2860080509Speck W.T., Ellner P.D., Rosenkranz H.S. Mutagenicity testing with Salmonella typhimurium strains. I. Unusual phenotypes of the tester strains. Mutat. Res. 1975; 28(1): 27–30. https://doi.org/10.1016/0027-5107(75)90310-3Speck W.T., Ellner P.D., Rosenkranz H.S. Mutagenicity testing with Salmonella typhimurium strains. I. Unusual phenotypes of the tester strains. Mutat. Res. 1975; 28(1): 27–30. https://doi.org/10.1016/0027-5107(75)90310-3Павлова И.Б., Зуев В.С. Биохимические свойства сальмонелл при обитании их в водной среде. Ветеринарная патология. 2007; (1): 81–5.Pavlova I.B., Zuev V.S. Biochemical properties of Salmonella living in the aquatic environment. Veterinarnaya patologiya. 2007; (1): 81–5. (in Russian)Tan C.S., Pasculescu A., Lim W.A., Pawson T., Bader G.D., Linding R. Positive selection of tyrosine loss in metazoan evolution. Science. 2009; 325(5948): 1686–8. https://doi.org/10.1126/science.1174301Tan C.S., Pasculescu A., Lim W.A., Pawson T., Bader G.D., Linding R. Positive selection of tyrosine loss in metazoan evolution. Science. 2009; 325(5948): 1686–8. https://doi.org/10.1126/science.1174301Begüm Ç., Doğruöz G.N. The biotechnological potentials of bacteria isolated from Parsık cave, Turkey: Measuring the enzyme profiles, antibiotic resistance and antimicrobial activity in bacteria. Johnson Matthey Technol. Rev. 2020; 64(4): 396–406. https://doi.org/10.1595/205651320X15923194903811Begüm Ç., Doğruöz G.N. The biotechnological potentials of bacteria isolated from Parsık cave, Turkey: Measuring the enzyme profiles, antibiotic resistance and antimicrobial activity in bacteria. Johnson Matthey Technol. Rev. 2020; 64(4): 396–406. https://doi.org/10.1595/205651320X15923194903811Bausch C., Peekhaus N., Utz C., Blais T., Murray E., Lowary T., Conway T. Sequence analysis of the GntII (subsidiary) system for gluconate metabolism reveals a novel pathway for L-idonic acid catabolism in Escherichia coli. J Bacteriol. 1998; 180(14): 3704–10. https://doi.org/10.1128/JB.180.14.3704-3710.1998Bausch C., Peekhaus N., Utz C., Blais T., Murray E., Lowary T., Conway T. Sequence analysis of the GntII (subsidiary) system for gluconate metabolism reveals a novel pathway for L-idonic acid catabolism in Escherichia coli. J Bacteriol. 1998; 180(14): 3704–10. https://doi.org/10.1128/JB.180.14.3704-3710.1998Irai A.S., Ezawa K.U., Wamura M.S., Tsushima T.M., Imura T.S. Effect of glucose on the mutagenic sensitivity of Salmonella typhimurium tester strains. Mutat. Res. Environ. Mutagen. Relat. Subj. 1978; 54(2): 253–4.Irai A.S., Ezawa K.U., Wamura M.S., Tsushima T.M., Imura T.S. Effect of glucose on the mutagenic sensitivity of Salmonella typhimurium tester strains. Mutat. Res. Environ. Mutagen. Relat. Subj. 1978; 54(2): 253–4.Porwollik S., Wong R.M., Sims S.H., Schaaper R.M., DeMarini D.M., McClelland M. The ∆uvrB mutations in the Ames strains of Salmonella span 15 to 119 genes. Mutat. Res. 2001; 483(1–2): 1–11. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(01)00239-1Porwollik S., Wong R.M., Sims S.H., Schaaper R.M., DeMarini D.M., McClelland M. The ∆uvrB mutations in the Ames strains of Salmonella span 15 to 119 genes. Mutat. Res. 2001; 483(1–2): 1–11. https://doi.org/10.1016/s0027-5107(01)00239-1Matsumura S., Ito Y., Morita O., Honda H. Genome resequencing analysis of Salmonella typhimurium LT-2 strains TA98 and TA100 for the establishment of a next-generation sequencing-based mutagenicity assay. J. Appl. Toxicol. 2017; 37(9): 1125–8. https://doi.org/10.1002/jat.3463Matsumura S., Ito Y., Morita O., Honda H. Genome resequencing analysis of Salmonella typhimurium LT-2 strains TA98 and TA100 for the establishment of a next-generation sequencing-based mutagenicity assay. J. Appl. Toxicol. 2017; 37(9): 1125–8. https://doi.org/10.1002/jat.3463

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