Український часопис ветеринарних наук

Біоекологія та патогенність бактерій роду Proteus: літературний огляд

Ганна Володимирівна Козловська
Завантажити статтю
Анотація

В останні роки значно зросла роль бактерій роду Proteus у патології людини і тварин, спричинюючи гострі кишкові захворювання, ураження органів дихання, слуху, нервової та сечовивідної систем, а також сприяючи утворенню каменів у нирках і сечовому міхурі, післяопераційним ускладненням та нозокоміальним інфекціям. Втриманість деяких питань, таких як їхні властивості, взаємодія з мікробіоценозом, залишається предметом дискусій навіть при тривалому вивченні бактерій роду Proteus. Мета роботи – визначення перспективних напрямів подальшого вивчення мікроорганізмів роду Proteus. Було використано для аналізу інформацію в наукових першоджерелах про результати вивчення міроорганізмів роду Proteus. У статті викладені результати досліджень бактерій роду Proteus, виконаних вітчизняними та зарубіжними науковцями, щодо пізнання їх біоекології та потенційних факторів патогенності (адгезинів, токсинів, гемолізинів та ін.), охарактеризовано позитивну роль протеїв як біодеградантів шкідливих речовин  – біореаніматорів належної екології довкілля; обґрунтовано перспективні напрями подальшого дослідження бактерій роду Proteus, які сприятимуть розробці ефективної методології профілактики та лікування обумовлюваних ними захворювань, розробці раціональних технологій використання їх штамів – біореаніматорів забрудненого шкідливими речовинами довкілля. Подальше вивчення геномних властивостей бактерій роду Proteus сприятиме чіткому розумінню механізмів реалізації потенційних їх факторів патогенності, допоможе виявляти та розуміти суть процесів, що сприяють набуттю ними нових факторів патогенності, резистентності до лікарських засобів. Вивчення взаємодії їх із представниками кишкового мікробіоценозу людини і тварин дозволить встановити характер такого взаємовпливу, визначить доцільність, перспективи та раціональні напрями у створенні ефективних пробіотиків 

Ключові слова

властивості; роїння; патоген; симбіонт; біодеградація; перспективні напрями досліджень

ЦИТУВАТИ
Kozlovska, G. (2023). Bioecology and pathogenicity of Proteus bacteria: A literature review. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 14(4), 91-107. https://doi.org/10.31548/veterinary4.2023.91
Використані джерела

[1]  Aishpur, O.E., Sapon, N.V., Mushtuk, I.Yu., Zotsenko, I.A., & Sheremet, N.O. (2016). Sensitivity of bacteria of the genus Proteus to antibacterial drugs. Veterinary Biotechnology, 28, 13-20.

[2]  Akhter, S., Khan, R.A., & Ahmad, A. (2019). Biofilm formation and dispersal in Proteus mirabilis. Folia Microbiologica, 64(4), 503-514.

[3]  Al-Kubaisi, M.S., & Al-Deri, A.H. (2022). Isolation of Proteus spp. bacterial pathogens from raw minced meat in the Alkarkh area, Baghdad provelance. International Journal of Health Sciences, 6(S4), 4196-4204. doi: 10.53730/ijhs.v6nS4.9086.

[4]  Allison, C., Emödy, L., Coleman, N., & Hughes, C. (1994). The role of swarm cell differentiation and multicellular migration in the uropathogenicity of Proteus mirabilis. Journal of Infectious Diseases, 169(5), 1155-1158. doi: 10.1093/infdis/169.5.1155.

[5] Allison, C., Lai, H.C., Gygi, D., & Hughes, C. (1993). Cell differentiation of Proteus mirabilis is initiated by glutamine, a specific chemoattractant for swarming cells. Molecular Microbiology, 8(1), 53-60. doi: 10.1111/j.1365-2958.1993.tb01202.x.

[6] Al-Sudani, S.K.S., & Abdul-Kareem, I.Q (2023). Molecular detection of virulence genes produced by proteus isolated from pet birds and human. Acta Biomedica, 94(2), article number e2023069. doi: 10.23750/abm.v94i2.15467.

[7] Armbruster, C.E., Mobley, H.L., & Pearson, M.M. (2018). Pathogenesis of Proteus mirabilis infection. EcoSal Plus, 8(1). doi: 10.1128/ecosalplus.ESP-0009-2017.

[8] Bartges, J.W., Osborne, C.A., Felice, L.J., Unger, L.K., & Chen, M. (1995). Influence of allopurinol and two diets on 24-hour urinary excretions of uric acid, xanthine, and ammonia by healthy dogs. American Journal of Veterinary Research, 56(5), 595-599.

[9] Beltrão, E.M.B., de Oliveira, É.M., Scavuzz, A.M.L., Firmo, E.F., & Lopes, A.K.S. (2022). Virulence factors of Proteus mirabilis clinical isolates carrying blaKPC-2 and blaNDM-1 and first report blaOXA-10 in Brazil. Journal of Infection and Chemotherapy, 28(3), 363-372. doi: 10.1016/j.jiac.2021.11.001.

[10] Beynon, L.M., Dumanski, D.J., McLean, R.J.C., MacLean, L.L., Richards, J.C., & Perry, M.B. (1992). Capsule structure of Proteus mirabilis (ATCC 49565). Journal of Bacteriology, 174(7), 2172-2177. doi: 10.1128/jb.174.7.2172-2177.1992.

[11] Bezugla, V.A. (1975). Biology of Proteus bacteria isolated from pig slaughter products in the Ukrainian SSR, and measures to ensure the production of Proteus-free pork. Science: Kyiv.

[12] Bijlsma, I.G.W., van Dijk, L., Kusters, J.G., & Gaastra, W. (1995). Nucleotide sequence of two fimbrial major subunit genes, pmpA and ucaA from canine-uropathogenic Proteus mirabilis strains. Microbiology, 141,1349-1357. doi: 10.1099/13500872-141-6-1349.

[13] Bittar, F., Keita, M.B., Lagier, J.-C., Peeters, M., Delaporte, E., & Raoult, D. (2014). Gorilla gorilla gorilla gut: A potential reservoir of pathogenic bacteria as revealed using culturomics and molecular tools. Scientific Reports, 4, article number 7174. doi: 10.1038/srep07174.

[14] Bozhko, M.G. (2012). Lecithinase activity of microbes capable of swarming (on the example of Proteus bacteria). Veterinary Medicine, 96, 97-99.

[15] Braun, V., & Focareta, T. (1991). Pore-forming bacterial protein hemolysins (cytolysins). Critical Reviews in Microbiology, 18(2), 115-158. doi: 10.3109/10408419109113511.

[16] Brenner, D., Krieg, N., Staley, J., & Garity, G.M. (Eds.). (2005). Bergey's manual of systematic bacteriology. New York: Springer.

[17] Broll, V., Perin, A.P., Lopes, F.C., Martinelli, A.H., Moyetta, N.R., Fruttero, L.L., Grahl, M.V.C., Uberti, A.F., Demartini, D.R., Ligabue-Braun, R., & Carlini, C.R. (2021). Non-enzymatic properties of Proteus mirabilis urease subunits. Process Biochemistry, 110, 263-274. doi: 10.1016/j.procbio.2021.08.023.

[18] Drzewiecka, D. (2016). Significance and roles of Proteus spp. bacteria in natural environments. Microbial Ecology, 72(4), 741-758. doi: 10.1007/s00248-015-0720-6.

[19] Esipov, S.E., & Shapiro, J.A. (1998). Kinetic model of Proteus mirabilis swarm colony development. Journal of Mathematical Biology, 36, 249-268.

[20] Foght, J., April, T., Biggar, K., & Aislabie, J. (2001). Bioremediation of DDT-contaminated soils: A review. Bioremediation Journal, 5(3), 225-246. doi: 10.1080/20018891079302.

[21] Gahlot, D.K., Taheri, N., & MacIntyre, S. (2022). Diversity in genetic regulation of bacterial fimbriae assembled by the chaperone usher pathway. International Journal of Molecular Sciences, 24(1), article number 161. doi: 10.3390/ijms24010161.

[22] Ge, S., Dong, X., Zhou, J., & Ge, S. (2013). Comparative evaluations on bio-treatment of hexavalent chromate by resting cells of Pseudochrobactrum sp. and Proteus sp. in wastewater. Journal of Environmental Management, 126, 7-12. doi: 10.1016/j.jenvman.2013.04.011.

[23] Girlich, D., Bonnin, R.A., Dortet, L., & Naas, T. (2020). Genetics of acquired antibiotic resistance genes in Proteus spp. Frontiers in Microbiology, 11, article number 256. doi: 10.3389/fmicb.2020.00256.

[24] Gong, Z., Shi, X., Bai, F., He, X., Zhang, H., Li, Y., Wan, Y., Lin, Y., Qiu, Y., Chen, Q., Hu, Q., & Cao, H. (2019). Characterization of a novel diarrheagenic strain of Proteus mirabilis associated with food poisoning in China. Frontiers in Microbiology, 10, article number 2810. doi: 10.3389/fmicb.2019.02810.

[25] Gygi, D., Rahman, M.M., Lai, H.-C., Carlson, R., Guard-Petter, J., & Hughes, C. (1995). A cell-surface polysaccharide that facilitates rapid population migration by differentiated swarm cell of Proteus mirabilis. Molecular Microbiology, 17(6), 1167-1175. doi: 10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_17061167.x.

[26] Hačene, H., Rafa, F., Chebhouni, N., Boutaiba, S., Bhatnagar, T., Baratti, J.C., & Ollivier, B. (2004). Biodiversity of prokaryotic microflora in El Golea Salt Lake, Algerian Sahara. Journal of Arid Environments, 58(3), 273-284. doi: 10.1016/j.jaridenv.2003.08.006.

[27] Hamilton, A.L., Kamm, A.M., Ng, S.C., & Morrisond, M. (2018). Proteus spp. as putative gastrointestinal pathogens. Clinical Microbiology Reviews, 31(3), article number e00085-17. doi: 10.1128/CMR.00085-17.

[28] Ibrahim, M.L., Ijah, U.J.J., Manga, S.B., Bilbis, L.S., & Umar, S. (2013). Production and partial characterization of biosurfactant produced by crude oil degrading bacteria. International Biodeterioration & Biodegradation, 81, 28-34. doi: 10.1016/j.ibiod.2012.11.012.

[29] Kaca, W., Mara, M., & Ocenaskova, J. (1996). Inhibition of mouse liver cytochrome P-450 by gram-negative bacteria lipopolysaccharides. Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis, 44(1), 39-44.

[30] Knirel, Y.A., Perepelov, A.V., Kondakova, A.N., Senchenkova, S.N., Sidorczyk, Z., Rozalski, A., & Kaca, W. (2011). Structure and serology of O-antigens as the basis for classification of Proteus strains. Innate Immunity, 17(1), 70-96. doi: 10.1177/1753425909360668.

[31] Kotełko, K., Kaca, W., Ro´z˙alski, A., & Deka, M. (1983). Some biological features of Proteus bacilli. 2. Haemolytic activities of Proteus mirabilis and Proteus vulgaris strains. Acta Microbiologica Polonica, 32(4), 345-351.

[32] Kozlovska, G.V., Danylenko, S.G., Postoi, V.V., & Panasenko, G.A. (2022). Isolation of microorganisms of the genus Proteus from meat raw materials and food products. In International scientific conference “Single health – 2022”(pp. 270-271). Kyiv: National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.

[33] Kroemer, S., Garh, F.E., Galland, D., Petit, J.-L., Woehrle, F., & Boulouis, H.J. (2014). Antibiotic susceptibility of bacteria isolated from infections in cats and dogs throughout Europe (2002-2009). Comparative Immunology, Microbiology and Infectious Diseases, 37(2), 97-108. doi: 10.1016/j.cimid.2013.10.001.

[34] Kumar, R., Swaminathan, T.R., Kumar, R.G., Dharmaratnam, A., Basheer, V.S., & Jena, J.K. (2015). Mass mortality in ornamental fish, Cyprinus carpio koi caused by a bacterial pathogen, Proteus hauseri. Acta Tropica, 149, 128-134. doi: 10.1016/j.actatropica.2015.05.022.

[35] Liu, L., Dong, Z., Ai, S., Chen, S., Dong, M., Li, Q., Zhou, Z., Liu, H., Zhong, Z., Ma, X., Hu, Y., Ren, Z., Fu, H., Shu, G., Qiu, X., & Peng, G. (2023). Virulence-related factors and antimicrobial resistance in Proteus mirabilis isolated from domestic and stray dogs. Frontiers in Microbiology, 4, article number 1141418. doi: 10.3389/fmicb.2023.1141418.

[36] Loomes, L.M., Senior, B.W., & Kerr, M.A. (1992). Proteinases of Proteus spp.: Purification, properties, and detection in urine of infected patients. Infection and Immunity, 60(6), 2267-2273. doi: 10.1128/iai.60.6.2267-2273.1992.

[37] Lu, H., Wang, X., Zhang, K., Lu, Y., Zhou, L., & Li, G. (2014). Identification and nematicidal activity of bacteria isolated from cow dung. Annals of Microbiology, 64, 407-411. doi: 10.1007/s13213-013-0660-7.

[38] Luzzaro, F., Mezzatesta, M., Mugnaioli, C., & Amicosante, G. (2006). Trends in production of extended S pectrum β- Lactamases among enterobacteria of medical interest: Report of the second italian nationwide survey. Journal of Clinical Microbiology, 44(5), 1659-1664. doi: 10.1128/JCM.44.5.1659-1664.2006.

[39] Massad, G., Fulkerson, J.F., Watson, D.C., & Mobley, H.L.T. (1996). Proteus mirabilis ambient-temperature fimbriae: Cloning and nucleotide sequence of the atf gene cluster. Retrieved from https://journals.asm.org/doi/10.1128/iai.64.10.4390-4395.1996.

[40] Meyer, W., Kacza, J., Schnapper, A., Verspohl, J., Hornickel, I., & Seeger, J. (2010). A first report on the microbial colonization of the equine oesophagus. Annals of Anatomy, 192(1), 42-51. doi: 10.1016/j.aanat.2009.10.004.

[41] Olajide, P.O., & Ogbeifun, L.B. (2010). Hydrocarbon biodegrading potentials of a Proteus vulgaris strain isolated from fish samples. American Journal of Applied Sciences, 7(7), 922-928. doi: 10.3844/ajassp.2010.922.928.

[42] Palusiak, A. (2016). Classification of Proteus penneri lipopolysaccharides into core region serotypes. Medical Microbiology and Immunology, 205, 615-624. doi: 10.1007/s00430-016-0468-8.

[43] Peerbooms, P.G.M., Verweij, A.M.J.J., & MacLaren, D.M. (1984). Vero cell invasiveness of Proteus mirabilis. Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6365782/.

[44] Pellegrino, R., Scavone, P., Umpiérrez, A., Maskell, D., & Zunino P. (2013). Proteus mirabilis uroepithelial cell adhesin (UCA) fimbria plays a role in the colonization of the urinary tract. Pathogens and Disease, 67(2), 104-107. doi: 10.1111/2049-632X.12027.

[45] Prystupa, A., Kędziora, A., Kiedrowska, M., Domachowska, A., Bugla-Płoskońska, G., & Heczko, P.B. (2017). Proteus spp. – opportunistic pathogens: Characterization, virulence factors and antibiotic resistance profile. Polish Journal of Microbiology, 66(4), 407-420.

[46] Rau, N., Mishra, V., Sharma, M., Das, M.K., Ahaluwaliam K., & Sharma, R.S. (2009). Evaluation of functional diversity in Rhizobacterial taxa of a wild grass (Saccharum ravennae) colonizing abandoned fly ash dumps in Delhi urban ecosystem. Soil Biology and Biochemistry, 41(4), 813-821. doi: 10.1016/j.soilbio.2009.01.02.

[47] Rietschel, E.T., & Brade, H. (1992). Bacterial endotoxins. Scientific American, 267(2), 54-61. doi: 10.1038/scientificamerican0892-54.

[48] Rozalski, A., Bartodziejska, B., Wykrota, M., Serwecin´ska, L., Łukomski, S., & Kotełko, K. (1993). Characterization of hemolytic activity of Proteus penneri. Medycyna Dos´wiadcralna i Mikrobiologia, 45(1), 79-83.

[49] Rózalski, A., Kwil, I., Torzewska, A., Baranowska, M., & Staczek, P. (2007). Proteus bacilli: Features and virulence factors. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 61, 204-219.

[50] Sadovsky, V.Ya. (1997). The role of representatives of the Enterobacteriaceae family in the etiology of gastrointestinal diseases in newborn calves. National Agrarian University: Kyiv.

[51] Schaffer, J.N,  Norsworthy, A.N.,  Sun, T-T.,  & Pearson, M.M. (2016). Proteus mirabilis fimbriae- and urease-dependent clusters assemble in an extracellular niche to initiate bladder stone formation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 113(16), 4494-4499. doi: 10.1073/pnas.1601720113.

[52] Senior, B.W., Loomes, L.M., & Kerr, M.A. (1991). Microbial IgA proteases and virulence. Reviews in Medical Microbiology, 2(4), 200-207.

[53] Sidorczyk, Z., Za¨hringer, U., & Rietschel, E.T. (1983). Chemical structure of the lipid A component of the lipopolisacharide of Proteus mirabilis Remutant. European Journal of Biochemistry, 137(1-2), 15-22. doi: 10.1111/j.1432-1033.1983.tb07789.x.

[54] Silverblatt, F.J., & Ofek, I. (1978). Effects of pili on susceptibility of Proteus mirabilis to phagocytosis and on adherence to bladder cells. In Infections of the urinary tract (49-59). Chicago: University of Chicago Press.

[55] Skibytsky, V.G. (1993). Rotavirus infection of cattle. Kyiv: Ukr INTEI.

[56] Tabatabaei, A., Ahmadi, K., Shabestari, A.N., Khosravi, N., & Badamchi, A. (2021)..Virulence genes and antimicrobial resistance pattern in Proteus mirabilis strains isolated from patients attended with urinary infections to Tertiary Hospitals, in Iran. African Health Sciences, 21(4), 1677-1684. doi: 10.4314/ahs.v21i4.22.

[57] Vozianov, S.O., Koval, D.V., Rudenko, A.V., & Zheltovska, N.I. (2016). Determining the dependence of kidney stone formation processes on the biological properties of opportunistic microorganisms found in urine. Urology, 20(4), 8-14.

[58] Wray, S.K., Hull, S.I., Cook, R.G., Barrish, J., & Hull, R.A. (1986). Identification and characterization of a uroepithelial cell adhesion from a uropathogenic isolate of Proteus mirabilis. Infection and Immunity, 54(1), 43-49. doi: 10.1128/iai.54.1.43-49.1986.

[59] Yakubu, D.E., Old, D.C., & Senior, B.W. (1989). The haemagglutinins and fimbriae of Proteus penneri. Journal of Medical Microbiology, 30(4), 279-284. doi: 10.1099/00222615-30-4-279.