Характеристика влияния нейромедиаторных биогенных аминов на рост Yersinia pseudotuberculosis

Псарева Екатерина Константиновна; Андрюков Борис Георгиевич; Тимченко Нелли Федоровна

Е.К. Псарева, Б.Г. Андрюков, Н.Ф. Тимченко

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЕ НЕЙРОмЕДИАТОРНыХ БИОгЕННыХ АмИНОВ НА РОСТ YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», г. Владивосток

Класс биогенных аминов (БА) - это группа соединений, включающая в себя нейромедиаторы, катехоламины, шстогормоны, ферромоны, которые играют важную роль в нейроэндокринной системе человека и животных. Внимание многих исследователей привлекает влияние БА на микроорганизмы. Способность БА, стимулировать рост бактерий был впервые продемонстрирована в конце ХХ в. В последующих исследованиях было показано, что катехоламины вызывают структурные эффекты в микробных системах, в частности, модулируют агрегацию клеток в колониях, влияют на подвижность и вирулентность микроорганизмов, а также на скорость формирования микробных биоплёнок. Особый интерес представляет влияние БА на рост Yersinia pseudotuberculosis - возбудителя псевдотуберкулеза, занимающее ведущее место среди зоонозных природно-очаговых инфекций бактериальной этиологии. Целью настоящей работы явилось исследование действия нейромедиаторных БА дофамина и серотонина на рост Ypseudotuberculosis. Выявлен дозозависимый эффект влияния этих БА на рост и размножение иерсиний. При использовании высоких концентраций регистрировалось более выраженное влияние нейрогормона гипоталамуса катехоламина дофамина (80% при 0,1 М растворе), по сравнению с серотонином (25% при 0,01 М раствора).

Ключевые слова: Yersinia pseudotuberculosis, биогенные амины (БА), дофамин, серотонин. Цитировать: Псарева Е.К., Андрюков Б.Г., Тимченко Н.Ф. Характеристика влияния нейромедиаторных биогенных аминов на рост Yersinia pseudotuberculosis // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015. №2(60). С. 83-86. URL: https://yadi.sk/i798h4QgX_fPs6s

Введение

Класс биогенных аминов (БА) - это группа соединений, включающая в себя нейромедиаторы, ка-техоламины, гистогормоны, ферромоны, играющие важную роль в нейроэндокринной системе человека и животных. Проблема влияния БА и одной из их групп, катехоламинов (КА), на рост и биологические свойства микроорганизмов в течение длительного времени была и остается предметом исследования у нас в стране и за рубежом [1, 3, 12, 13].

Способность экзогенных БА субмиллимолярных концентрациях стимулировать рост бактерий был впервые продемонстрирована в конце ХХ в. В последующих исследованиях было показано, что катехола-мины вызывают структурные эффекты в микробных системах, в частности, модулируют агрегацию клеток в колониях, влияют на подвижность и вирулентность микроорганизмов, а также на скорость формирования микробных биоплёнок [5, 9, 11, 12, 15]. Выявлено, что добавление в систему роста серотонина оказывало стимулирующее воздействие на рост дрожжей Candida guilliermondii и бактерий Enterococcus faecalis [8], норадреналина - Escherichia coli и других энтеробактерий, дофамина и эпинефрина - E. coli, Salmonella enterica, Yersinia enterocolitica [13-15].

В начале XXI в. стресс, как основа целостного подхода в развитии и патогенезе инфекционного процесса лег в основу создания нового направления в науке микробной эндокринологии [12, 13]. Это междисциплинарное направление основано на по-

ложении, что микроорганизмы в процессе эволюции развили системы для использования БА в качестве сигналов окружающей среды для инициирования роста и патогенных свойств [13].

С этих позиций особый интерес представляет влияние БА на рост патогенных видов бактерий рода Yersinia, в частности, Yersinia pseudotuberculosis - возбудителя псевдотуберкулеза, занимающее ведущее место среди зоонозных природно-очаговых инфекций бактериальной этиологии. Этот микроорганизм широко распространен во внешней среде (почве, воде, объектах внешней среды), формирует при этом биопленки и поражает широкий круг животных и человека [4]. Мы не обнаружили работ о влиянии биогенных аминов на рост и размножение Y. pseudotuberculosis.

Цель исследования

Целью настоящей работы явилось исследование действия нейромедиаторных БА дофамина и серотонина на рост Yersinia pseudotuberculosis.

Материалы и методы

Объектом исследования был штамм Y pseudotuberculosis 512 серотип 01b, изолированный от больного (коллекция ФГБНУ НИИЭМ имени Г.П. Сомова)

Для культивирования микроорганизмов использовали жидкие и плотные среды: питательный агар и бульон pH 7,2-7,3 и дифференциально-диагностическую среду Серова [6].

Использованные нейромедиаторные БА: дофамин (dopamine hydrochloride, Мм 189,64) и серотонин (serotonin hydrochloride, Мм 212,68) производства компании Sigma, США.

Спектрофотометр - T70 UV/VIS Spectrometer PG Instruments Ltd, Англия.

Исследована динамика роста бактерий с помощью двух методов - бактериологического - подсчет числа колониеобразующих единиц (КОЕ/мл) и в жидкой среде - спектрофотометрического (СФМ) при длине волны 600 нм. Микроорганизмы предварительно выращивали на среде Серова при температуре 36-37°С в течение 18-24 ч. и затем при 20-22°С еще 18-24 ч. Типичные колонии бактерий пересевали на питательный агар, инкубировали посевы в течение 18-24 часов при температуре 20-22 С, использовали в работе. Вносили в пробы Y pseudotuberculosis в дозе 104 мк/мл.

Перед началом исследований готовили свежеприготовленные водные растворы БА. Затем их титровали в питательном бульоне. Дофамин использован в концентрациях 10-12 моль/л, 10-10 моль/л, 10-8 моль/л, 10-6 моль/л и 10-4 моль/л при определении КОЕ/мл. В опытах по изучению влияния дофамина на рост бактерий методом СФМ использовали более высокие концентрации: 10-12 моль/л, 10-10 моль/л, 10-8 моль/л, 10-6 моль/л, 10-4 моль /л, 10-3 моль/л, 10-2 моль/л и 10-1 моль/л.

При исследовании влияния серотонина на накопление биомассы Y. pseudotuberculosis с помощью СФМ использовали концентрации этого амина в бактериальной суспензии: 10-5 моль/л, 10-4 моль/л, 10-3 моль/л, 10-2 моль/л.

Контролем для опытных исследований являлся питательный бульон с Y pseudotuberculosis (исходная концентрация 104 мк/мл.) и без добавления биогенных аминов.

Культивировали посевы при температуре 37°С в течение 18-20 ч. Кинетику роста оценивали через 1, 2, 3, 4, 5 часов. Статистическую обработку результатов проводили на базе метода медианы и критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney U-test) [1]

Результаты и обсуждение

Экспоненциальная (логарифмическая) фаза роста характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток. [7, 10]. Поскольку этот процесс имеет место в начальные часы роста бактерий, он часто используется для выявления действия биологически активных веществ на рост микроорганизмов [3, 13, 15]. Скорость деления во время экспоненциальной фазы зависит от вида бактерий, а также от температуры и среды роста [9,11,12].

В данном исследовании приведены результаты, полученные в период экспоненциального роста бактерий псевдотуберкулеза (4-5 ч) при 37°С в питательном бульоне.

По результатам, полученным методом подсчета колониеобразующих единиц Y pseudotuberculosis, было отмечено, что дофамин стимулировал рост бактерий, причем максимальный эффект, по отношению к контрольному измерению (без добавления дофамина), соответствовал по медиане 40%-ной стимуляции и достигался при концентрации 10-8 моль/л (рис. 1).

Рис. 2. Влияние дофамина на накопление биомассы Y. pseudotuberculosis (спектрофотометрический метод)

При исследовании влияния серотонина на накопление биомассы Y pseudotuberculosis с помощью спектрофотометрического метода, выявлено, что этот нейромедиатор стимулировал рост бактерий в меньшей степени, чем дофамин, 25%-ная стимуляция роста достигалась при концентрации 10-2 моль/л (0,01М раствор) (рис 3).

Актуальность и важность исследования связана с одной из важнейших проблем современной микробиологии - изучением механизмов межсистемной коммуникации у микроорганизмов, в частности, QS - quorum sensing (системы плотностно-зависимой

н о 150 - ♦

Л а я Е S к Ч f. 100 ♦

щ g & afi 3 Е 50

10 10 "1с 10"s 10"s 10'4

Концентрация дофамина, моль/л

Рис. 1. Влияние дофамина на накопление биомассы Y. pseudotuberculosis (метод подсчета колониеобразующих единиц)

При исследовании влияния дофамина на рост Y. pseudotuberculosis с помощью спектрофотометриче-ского метода (рис. 2) установлено, что дофамин так же стимулировал рост бактерий, но максимальный эффект, по отношению к контрольному измерению (без добавления дофамина), соответствовал уже ~ 80%-ной стимуляции и достигался при концентрации 10-1 моль/л (0,1М раствор).

% роста биомассы от контроля н- н- ю (Л О СП о э о о о о 1 ■ 1 1 1 ♦ ♦ ♦

Концентрация дофамина, моль/л

140

н о 120 ♦

л 8 га = О к ^ Я 100 80 ♦ ♦ ♦

1- X 60

£ 40

a 20

де

10~2 10~5 10"* Концентрация дофамина, моль/л Ю"5

Рис. 3. Влияние серотонина на накопление биомассы Y. pseudotuberculosis (спектрофотометрический метод)

коммуникации у микроорганизмов). Так, у грамо-трицательных микроорганизмов в качестве QS были выделены сигнальные вещества (аутоиндукторы), напоминающие по структуре КА, действующих в качестве нейромедиаторов и гормонов, которые распространены в живой природе и широко представлены у растений, животных и человека [9, 11].

В настоящее время общепризнано, что БА в живых системах играют роль маркерами стресса. Так, бактерии, попадая в организм человека или животного, испытывает постоянный стресс, преодолевая защитные барьеры организма-хозяина. Выработка собственных аминоподобных биологически активных веществ является возможным триггером реализации патогенных свойств микроорганизмов [11-13].

Полученные результаты показывают, что Y. pseudotuberculosis, как и другие грамотрицательные микроорганизмы, способны распознавать и реагировать на стрессорные гормоны человеческого организма (организма-хозяина). Следовательно, нейромедиаторы в развитии инфекционного процесса выступают в качестве сигнальных молекул, которые, с одной стороны, запускают стрессорные реакции организма, а с другой - являются триггерами для ускоренного размножения микроорганизма-патогена. Последующие исследования влияния БА на рост и Y. pseudotuberculosis будет связан с исследованием влияния других КА: норадре-налина и адреналина, а также влияния нейромедиато-ров на вирулентность возбудителя.

Таким образом, изучение межвидовых эндокринных связей обеспечивает создание платформы для изучения механизмов, обеспечивающих взаимодействие между микроорганизмами и человеком при развитии инфекционного процесса.

Выводы.

1. Нейромедиаторные БА серотонин и дофамин при добавлении в жидкую питательную среду оказывают стимулирующее влияние на рост Y pseudotuberculosis при температуре 36-37°С по сравнению с контролем.

2. Выявлен дозозависимый эффект влияния БА на рост и размножение Y. pseudotuberculosis. При использовании высоких концентраций регистриро-

валось более выраженное стимулирующее влияние (80% рост) дофамина (0,1 М раствор), по сравнению с серотонином (25% рост в 0,01 М растворе).

3. Статистически значимый рост числа колоние-образующих единиц и показателей спектрофотоме-трии обнаружен на ранних этапах развития популяции Y. pseudotuberculosis (экспоненциальная фаза роста).

ЛИТЕРАТУРА

1. Андрюков Б.Г., Тимченко Н.Ф. Базовые методы описательной статистики в микробиологических исследованиях // Профилактическая и клиническая медицина, 2012. №4(45). С. 104-7.

2. Андрюков Б.Г. Псевдотуберкулез как объект системного анализа // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2013. № 4(53). С. 4-5.

3. Анучин А.М., Чувелев Д.И., Кировская Т.А., Оле-скин А.В. Действие нейромедиаторных моноаминов на ростовые характеристики Escherichia coli К-12 // Микробиология. 2008. № 6(77). С. 1-8.

4. Кагарлицкий Г.О., Кировская Т.А., Оле скин А.В. Действие нейромедиаторных аминов на рост и дыхание микроорганизмов. М.: Биологический факультет МГУ, 2003. С. 13-17.

5. Олескин А.В., Кировская Т.А., Ботвинко И.В., Лысак Л.В. Действие серотонина (5-окситриптамина) на рост и дифференциацию микроорганизмов // Микробиология, 1998. №3(67). С. 306-11.

6. Сомов Г.П., Бузолева Л.С. Адаптация патогенных бактерий к абиотическим факторам окружающей среды. Владивосток, 2004. 167 с.

7. Страховская М.Г., Иванова Е.В., Фрайкин Г.Я. Стимулирующее влияние серотонина на рост дрожжей Candida guilliermondii и бактерий Streptococcus faecalis // Микробиология, 1993. №2(62). С.46-49.

8. Филиппова С.Н., Сургучева Н.А., Касаикина О.Т., Круговов Д.А., Гальченко В.Ф. Индукция роста и стабилизация популяционного состава Saccharopolyspora erythraea соединениями из группы катехоламинов // Микробиология, 2010. №2(79). С. 213-8.

9. Belay T., Sonnenfeld G. Differential effects of catecholamines on in vitro growth of pathogenic bacteria. Life Sci. 2002; 71(4): 447-56.

10. Freestone P. Communication between Bacteria and Their Hosts. Scientifica, 2013, vol. 3, article ID 361073.

11. Kinney K.S., Austin C.E., Morton D.S., Sonnenfeld G. Catecholamine enhancement ofAeromonas hydrophila growth. Microb Pathog. 1999; 26: 85-91.

12. Lesouhaitier O., Veron W., Chapalain A. et al. Gram-negative bacterial sensors for eukaryotic signal molecules. Sensors (Basel), 2009; 9(9): 6967-90.

13. Lyte M. Microbial endocrinology and infectious disease in the 21st century. Trends Microbiol., 2004; 12(1): 14-20.

14. Lyte M., Freestone P.P., Neal C.P., Olson B.A., Haigh R.D., Bayston R., Williams P.H. Stimulation

of Staphylococcus epidermidis growth and biofilm formation by catecholamine inotropes. Lancet, 2003. 361: 130-5

15. Freestone P.P., Haigh R.D., Lyte M. Blockade of catecholamine-induced growth by adrenergic and dopaminergic receptor antagonists in Escherichia coli O157:H7, Salmonella enterica and Yersinia enterocolitica. BMC Microbiol. 2007; 269(2): 221-8.

E.K. Psareva, B.G. Andryukov, N.F. Timchenko

THE CHARACTERISTIC OF INFLUENCE OF BIOGENIC AMINES ON GROWTH YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS

Federal State Budget Scientific Institution «Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology, G. P. Somova», Vladivostok, Russia.

The class of biogenic amine (BA) - a group of compounds includes neurotransmitters catecholamines histohormones, pheromones, which play an important role in neuroendocrine system of humans and animals. Attracted the attention of many researchers on the impact of BA microorganisms. BA ability to stimulate the growth of bacteria was first demonstrated in the late twentieth century. Subsequent studies have shown that catecholamines cause structural effects in microbial systems, in particular, modulate the aggregation of cells into colonies affect the mobility and virulence of microorganisms, as well as on the rate of microbial biofilm formation. Of particular interest is the impact of asthma on the growth of Yersinia pseudotuberculosis - pathogen pseudotuberculosis, which occupies a leading position among zoonotic natural focal infections of bacterial etiology. The aim of this work was to study the action of neurotransmitters dopamine and serotonin BA on the growth of Y. pseudotuberculosis. Revealed a dose-dependent effect of these BA on the growth and reproduction of Yersinia. At higher concentrations detected more pronounced effect of catecholamine hypothalamic neurohormone dopamine (80% at 0.1 M solution), as compared to serotonin (25% of 0.01 M solution).

Keywords: Yersinia pseudotuberculosis, biogenic amines (BA), dopamine, serotonin.

Citation: Psareva E.K., Andryukov B.G., Timchenko N.F. The characteristic of influence of biogenic amines on growth Yersiniapseudotubermlosis. Health. Medical ecology. Science. 2015; 2(60): 83-86. URL: https://yadi.sk/i/98h4QgX_fPs6s

Сведения об авторах

Псарева Екатерина Константиновна - младший научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и микробиологии НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова, телефоны: 8(423)-246-78-14, 89046281858; 690078, г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1; e-mail: [email protected];

Андрюков Борис Георгиевич - доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и микробиологии НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова, телефоны: 8(423)-246-78-14, 89242304647; 690078, г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1; e-mail: [email protected];

Тимченко Нэлли Федоровна - доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии и микробиологии НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова, тел./факс: 8(423) 244-14-38; 690078, г. Владивосток, ул. Сельская, д. 1; e-mail: [email protected].

Н.А. Терентьева12, Н.Ф. Тимченко2, Л.А. Балабанова13, В.А Голотин1, А.А. Белик13, И.Ю. Бакунина1, Л.В. Диденко4, В.А. Рассказов1

влияние ферментов на формирование бактериальных биопленок

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Владивосток;

2 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова» г. Владивосток;

3 Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток;

4 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва

До конца прошлого столетия микробиология развивалась главным образом на основе исследований чистых культур микроорганизмов. Именно благодаря исследованиям чистых культур сформировалось

Характеристика влияния нейромедиаторных биогенных аминов на рост Yersinia pseudotuberculosis Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

The characteristic of influence of biogenic amines on growth Yersinia pseudotuberсulosis

Текст научной работы на тему «Характеристика влияния нейромедиаторных биогенных аминов на рост Yersinia pseudotuberculosis»