Проліферація та біоплівкоутворення стафілококів in vitro під впливом безклітинних екстрактів пробіотичного походження

Автор(и)

  • O. V. Knysh State Institution “Mechnikov Institute of Microbiology and Immunology of National Academy of Medical Sciences of Ukraine”, Kharkiv, Ukraine,
  • O. Yu. Isaienko State Institution “Mechnikov Institute of Microbiology and Immunology of National Academy of Medical Sciences of Ukraine”, Kharkiv, Ukraine,
  • Ye. M. Babych State Institution “Mechnikov Institute of Microbiology and Immunology of National Academy of Medical Sciences of Ukraine”, Kharkiv, Ukraine,
  • M. M. Popov State Institution “Mechnikov Institute of Microbiology and Immunology of National Academy of Medical Sciences of Ukraine”, Kharkiv, Ukraine,

DOI:

https://doi.org/10.14739/2310-1210.2019.4.173350

Ключові слова:

безклітинні екстракти, проліферація, біоплівкоутворення, деривати пробіотиків, Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus reuteri, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis

Анотація

 

Мета роботи ‒ дослідити здатність безклітинних екстрактів, що містять деривати пробіотиків Bifidobacterium bifidum і Lactobacillus reuteri, впливати на проліферацію, біоплівкоутворення стафілококів in vitro, оцінити перспективність їхнього застосування для корекції мікроекологічних порушень та адʼювантної терапії стафілококових інфекцій.

Матеріали та методи. Безклітинні екстракти отримували з комерційних штамів B. bifidum і L. reuteri за розробленим авторами методом. Як тестові культури використовували референс-штам S. aureus AТСС 25923 і клінічний ізолят S. epidermidis. Проліферацію, біоплівкоутворення стафілококів досліджували спектрофотометричним методом, використовуючи мікропланшетний аналізатор «Lisa Scan EM» («Erba Lachema s.r.o.», Чеська Республіка).

Результати. Встановили, що ефект безклітинного екстракту на проліферацію та біоплівкоутворення залежить від виду екстракту й виду стафілокока. Серед 5 екстрактів, котрі дослідили, тільки один істотно пригнічує проліферацію та біоплівкоутворення обох видів стафілококів. Це безклітинний екстракт, що отриманий із культури L. reuteri, яка вирощена у власному дезінтеграті з додаванням гліцерину, глюкози. Проліферативна активність S. aureus чутлива до впливу похідних L. reuteri, а проліферативна активність S. epidermidis – до впливу похідних B. bifidum. Фільтрати дезінтегратів мають стимуляторну, а фільтрати культур – інгібіторну дію на проліферацію стафілококів. Біоплівкоутворення S. aureus суттєво пригнічується під дією дериватів B. bifidum і посилюється під впливом дериватів L. reuteri. Біоплівкоутворення S. epidermidis стимулюється дериватами біфідобактерій і не змінюється за наявності в ростовому середовищі дериватів лактобактерій.

Висновки. Результати свідчать про високий біорегуляторний потенціал безклітинних екстрактів пробіотичного походження та можливість створення на їхній основі препаратів для корекції мікроекологічних порушень. Вони також підтверджують перспективність методу одержання дериватів пробіотиків із бактеріотропною активністю шляхом керованого прекурсорами біосинтезу. Безклітинний екстракт, отриманий з культури L. reuteri, яка вирощена у власному дезінтеграті з додаванням гліцерину та глюкози, продемонстрував виражену протистафілококову активність in vitro. Після підтвердження ефективності in vivo він може бути рекомендований для адʼювантної терапії стафілококових інфекцій.

 

Посилання

Kornienko, M. A., Kopyltsov, V. N., Ilina, E. N., Shevlyagina, N. V., Didenko, L. V., Lyubasovskaya, L. A., & Priputnevich, T. V. (2016). Sposobnost' stafilokokkov razlichnykh vidov k obrazovaniyu bioplenok i ikh vozdejstvie na kletki cheloveka [The ability of various strains of Staphylococcus to create biofilms and their effect on cells of the human body]. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya, 34(1), 18–25. [in Russian].

Lister, J. L., & Horswill, A. R. (2014). Staphylococcus aureus biofilms: recent developments in biofilm dispersal. Frontiers In Cellular And Infection Microbiology, 4, 178. doi: 10.3389/fcimb.2014.00178

Kavanaugh, J., & Horswill, A. R. (2016). Impact of Environmental Cues on Staphylococcal Quorum Sensing and Biofilm Development. Journal of Biological Chemistry, 291(24), 12556–12564. doi: 10.1074/jbc.r116.722710

Paharik, A. E, & Horswill, A. R. (2016). The staphylococcal biofilm: adhesins, regulation, and host response. Microbiology Spectrum, 4(2). doi: 10.1128/microbiolspec.VMBF-0022-2015

Becker, K., Heilmann, C., & Peters, G. (2014). Coagulase-negative staphylococci. Clinical Microbiology Reviews, 27(4), 870–926. doi: 10.1128/cmr.00109-13

Otto, M. (2013). Staphylococcus epidermidis pathogenesis. Methods in Molecular Biology, 1106, 17–31. doi: 10.1007/978-1-62703-736-5_2

Goetz, C., Tremblay, Y., Lamarche, D., Blondeau, A., Gaudreau, A., Labrie, J., et al. (2017). Coagulase-negative staphylococci species affect biofilm formation of other coagulase-negative and coagulase-positive staphylococci. Journal of Dairy Science, 100(8), 6454–6464. doi: 10.3168/jds.2017-12629

Orr, M., Donaldson, G., Severin, G., Wang, J., Sintim, H., Waters, C., et al. (2015). Oligoribonuclease is the primary degradative enzyme for pGpG in Pseudomonas aeruginosa that is required for cyclic-di-GMP turnover. Proceedings of The National Academy of Sciences, 112(36), E5048–E5057. doi: 10.1073/pnas.1507245112

Korobov, V. P., Lemkina, L. M., & Polyudova, T. V. (2015). Destrukciya bioplenok koagulazonegativnykh stafilokokkov pod dejstviem bakterial'nykh kationnykh peptidov [Destruction biofilms of coagulase-negative staphylococci by bacterial cationic peptides]. Vestnik Permskogo universiteta. Seriya: Biologiya, 3, 233–239. [in Russian].

Rybalchenko, O. V., Bondarenko, V. M., & Orlova, O. G. (2013). Struktura i funktsii bakterial'nykh bioplenok simbioticheskikh i uslovno-patogennykh bakterij [Structure and functions of bacterial biofilms of symbiotic and opportunistic bacteria]. Verhnevolzhskij medicinskij zhurnal, 11(4), 37–42. [in Russian].

Terenteva, N. A., Timchenko, N. F., & Rasskazov, V. A. (2014). Issledovanie vliyaniya biologicheski aktivnykh veschestv na formirovanie bakterial'nykh bioplenok [Study of biological active substances on the bacterial biofilm formation]. Zdorov'e. Medicinskaya e'kologiya. Nauka, 3(57). 54–55. [in Russian].

Vuotto, C., Longo, F., & Donelli, G. (2014). Probiotics to counteract biofilm-associated infections: promising and conflicting data. International Journal of Oral Science, 6(4), 189–194. doi: 10.1038/ijos.2014.52

Markov, A. A., Timokhina, T. Kh., Perunova, N. B., & Paromova, Ya. I. (2018). Vozmozhnost' primeneniya e'kzometabolitov Bifidobacterium bifidum v travmatologii i ortopedii dlya predotvrascheniya pervichnoj kontaminacii i bioplenkoobrazovaniya na poverkhnosti implantatov s sinteticheskim bioaktivnym kalcij-fosfatnym mineral'nym pokryitiem [The possibility of using bifidobacterium bifidum exometabolites in traumatology and orthopedics to prevent primary contamination and biofilm formation on the surface of implants with synthetic bioactive calcium-phosphate mineral coating]. Medicinskij al'manakh, 3(54), 128–130. doi: 10.21145/2499-9954-2018-3-128-130 [in Russian].

Knysh, O. V., Isaienko, O. Yu., Babych, Ye. M., Polianska, V. P., Zachepylo, S. V., Kompaniiets, A. M., Horbach, T. V. (2018). Patent Ukrainy 122859. МПК C12N 1/20, A61K 35/74, C12R 1/25. Sposib oderzhannia biolohichno aktyvnykh deryvativ bakterii probiotychnykh shtamiv [Patent of Ukraine 122859, МПК C12N 1/20, A61K 35/74, C12R 1/25. Method for obtaining biologically active derivatives of probiotic strains bacteria]. Biuleten, 2. [in Ukrainian].

Stepanović, S., Vuković, D., Hola, V., Bonaventura, G., Djukić, S., Ćirković, I., & Ruzicka, F. (2007). Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. APMIS, 115(8), 891–899. doi: 10.1111/j.1600-0463.2007.apm_630.x

In Lee, S., Barancelli, G., de Camargo, T. M., Corassin, C. H., Rosim, R. E., da Cruz, A., et al. (2017). Biofilm-producing ability of Listeria monocytogenes isolates from Brazilian cheese processing plants. Food Research International, 91, 88–91. doi: 10.1016/j.foodres.2016.11.039

Gladysheva, I. V. (2014). Antagonisticheskaya aktivnost' korinebakterij [Antagonistic activity of corynebacteria]. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta, 13(174), 16–19. [in Russian].

Lindquist, J. A., & Mertens, P. R. (2018). Cold shock proteins: from cellular mechanisms to pathophysiology and disease. Cell Communication and Signaling, 16(1), 63. doi: 10.1186/s12964-018-0274-6

Melo, T. A., dos Santos, T. F., de Almeida, M. E., Junior, L. A., G. F., Andrade, E. F., Rezende, R. P., et al. (2016). Inhibition of Staphylococcus aureus biofilm by Lactobacillus isolated from fine cocoa. BMC microbiology, 16, 250. doi: 10.1186/s12866-016-0871-8

Ahn, K. B., Baik, J. E., Yun, C-H., & Han, S. H. (2018). Lipoteichoic acid inhibits Staphylococcus aureus biofilm formation. Frontiers In Microbiology, 9, 327. doi: 10.3389/fmicb.2018.00327

Spinler, J. K., Auchtung, J., Brown, A., Boonma, P., Oezguen, N., Ross, C. L., et al. (2017). Next-generation probiotics targeting Clostridium difficile through precursor-directed antimicrobial biosynthesis. Infection And Immunity, 85(10). doi: 10.1128/iai.00303-17

##submission.downloads##

Номер

Розділ

Оригінальні дослідження