Начав выступать среди сеньорок (взрослых гимнасток), Мелитина сразу же вошла в число лучших гимнасток мира, став призёром уже на первых стартах. В 2009 году на дебютном для неё чемпионате мира в Миэ в пятнадцатилетнем возрасте она выиграла бронзовую медаль в упражнениях с обручем, «серебро» в командном первенстве (с Любовью Черкашиной и Светланой Рудаловой) и заняла четвёртую строчку в финале многоборья.