Культурально-морфологические и биохимические свойства индикаторных культур Salmonellа typhimurium, используемых в тесте Эймса, и их применимость для оценки качества тест-системы

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

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

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

1. Чугунова Е.О., Татарникова Н.А., Прохорова Т.С. Разработка ускоренного способа и конструирование питательной среды для выделения сальмонелл из пищевых продуктов. Пермь: Прокростъ; 2017.

2. 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_9

3. Zeiger 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.2019.05.007

4. OECD 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-en

5. Maron 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)90010-9

6. Vijay 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.2763

7. Zeiger E. Bacterial mutation assays. Methods Mol. Biol. 2013; 1044: 3–26. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-529-3_1

8. Escobar 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.2012.12.002

9. Mortelmans 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.2019.04.004

10. Schoeny 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.2020.503137

11. Егорова 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/dpghdx

12. 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.2019.07.005

13. 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.

14. 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)00064-6

15. Андрусевич 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/gxlrwd

16. 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.2860080509

17. Speck 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)90310-3

18. Павлова И.Б., Зуев В.С. Биохимические свойства сальмонелл при обитании их в водной среде. Ветеринарная патология. 2007; (1): 81–5.

19. 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.1174301

20. Begüm 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/10.1595/205651320X15923194903811

21. Bausch 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.180.14.3704-3710.1998

22. 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.

23. 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)00239-1

24. Matsumura 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