CC BY
37
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ЭКСТРАКТА ПОДОРОЖНИКА В ГУАРОВОЙ КАМЕДИ НА ПРИМЕРЕ ESCHERICHIA COLI
1 2 3
Батлуцкая И.В. , Сиротин А.А. , Линник Е.Н. , Нгуен Тхи Чук Маи4 Email: [email protected]
1Батлуцкая Ирина Витальевна - доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой; 2Сиротин Александр Андреевич - кандидат биологических наук, профессор; 3Линник Екатерина Николаевна - студент;
4Нгуен Тхи Чук Маи - студент, кафедра биотехнологии и микробиологии, Белгородский государственный национальный исследовательский университет,
г. Белгород
Аннотация: возникновение резистентности среди важнейших бактериальных патогенов признано одной из основных угроз здоровью населения во всем мире. В работе исследована антибактериальная активность наноструктурированного экстракта подорожника большого (Plantago major) в гуаровой камеди на примере грамотрицательной бактерии Escherichia coli с целью определения перспективности его использования в качестве антимикробного средства природного происхождения с повышенной эффективностью, биодоступностью и пролонгированным действием. Ключевые слова: Escherichia coli, Plantago major, наноструктурирование, гуаровая камедь, диско-диффузный метод, антибактериальная активность, разностный метод статистики.
STUDY OF ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF NANOSTRUCTURED PLANTAIN EXTRACT IN GUAR GUM ON THE EXAMPLE OF
ESCHERICHIA COLI Batlutskaya I.V.1, Sirotin A.A.2, Linnik E.N.3, Nguyen Thi Truk Mai4
1Batlutskaya Irina Vitalievna - Doctor of Biological Sciences, Associate Professor,
Head of Department; 2Sirotin Alexander Andreevich - PhD in Biology, Full Professor; 3Linnik Ekaterina Nikolaevna - Student; 4Nguyen Thi Truk Mai - Student, DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY AND MICROBIOLOGY, BELGOROD NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY, BELGOROD
Abstract: the emergence of resistance among the most important bacterial pathogens is globally recognized as one of the main threats to public health. The work investigated the antibacterial activity of nanostructured plantain extract (Plantago major) in guar gum, using the example of the gram-negative bacterium Escherichia coli to determine the prospects for its use as an antimicrobial agent of natural origin with increased efficiency, bioavailability and prolonged action.
Keywords: Escherichia coli, Plantago major, nanostructuring, guar gum, disco-diffusion method, antibacterial activity, difference statistical method.
УДК 579.61
Антибиотикорезистентность определена Всемирной организацией здравоохранения как глобальная проблема [1]. Одним из путей преодоления лекарственной устойчивости выступает разработка и внедрение в практику новых противомикробных средств [2].
Источником таких средств могут стать лекарственные растения. Поэтому Всемирная организация здравоохранения и ряд других международных и государственных организаций объединяют свои усилия по реализации потенциала биологической активности соединений растительного происхождения [3].
Применение растений рода подорожник в медицине (Plantago L.) упоминается ещё в трудах древнегреческих, римских и древнеарабских авторов [4]. Наиболее часто встречаемым видом из рода Plantago L. , практически космополитом, является Plantago major (подорожник большой) [5]. Это многолетнее травянистое поликарпическое растение, рудеральный сорняк, расселяющийся при помощи человека. Может противостоять воздействию копытных животных и произрастать на сильно сбитых местах [6]. Распространён повсеместно, кроме Крайнего Севера и пустынной зоны.
Широкое применение подорожника большого в медицине обусловлено выраженным лечебным и профилактическим действием его препаратов, отсутствием побочных эффектов, а также относительной дешевизной и доступностью лекарственного растительного сырья [7].
Перспективным способом повышения активности лекарственных препаратов является их модификация молекулярными методами, в том числе и создание наноконструкций, приводящее к повышению антибактериальных свойств структуры [8]. Размер капсул, содержащих биологически активные соединения, имеет существенное значение для их физиологической активности в организме. На примере многих лекарственных веществ было показано, что уменьшение размеров частиц приводит к изменению биодоступности и эффективности [9].
Целью данного исследования явилось изучение антибактериальной активности наноструктурированных экстрактов подорожника большого (Plantago major) различной концентрации на примере кишечной палочки.
В данном эксперименте мы использовали чистый сухой экстракт подорожника большого (Plantago major), а также его экстракты, наноструктурированные в гуаровой камеди с соотношением «ядро-оболочка» 1:1, «ядро-оболочка» 1:2 и с соотношением «ядро-оболочка» 1:3 [8, 9].
Изучение чувствительности микроорганизмов на примере E. coli к экстрактам подорожника в нативной форме, а также в гуаровой камеди проводили диско-диффузным методом, который основан на способности исследуемого вещества диффундировать в питательную среду с пропитанного им бумажного диска [10].
Посев исследуемой бактериальной культуры E. coli на питательную среду ГМФ осуществляли методом газона, который заключается в следующем: микробиологическим дозатором над пламенем горелки нанесли 100 мкл жидкой культуры E. coli на поверхность среды и тщательно распределили жидкость по всей поверхности чашки стерильным шпателем.
На аналитических весах взвешивали 0,05 г сухого порошка каждого экстракта подорожника: чистого, а также наноструктурированных в гуаровой камеди с соотношением «ядро-оболочка» 1:1, «ядро-оболочка» 1:2, «ядро-оболочка» 1:3. Далее разбавляли каждую взвесь в пробирке с 10 мл подготовленной стерилизованной воды. Концентрация растворов экстрактов составляла 0,5%.
Микробиологическим дозатором отбирали 30 мкл каждого подготовленного раствора экстракта подорожника и наносили на стерильные бумажные диски диаметром 10 мм. После этого диски размещали на поверхности среды, засеянной культурой E. coli, стерильным пинцетом на одинаковом расстоянии друг от друга (по четыре диска на каждую чашку Петри). Повторность - три чашки на каждый
исследуемый образец экстракта подорожника. Затем чашки ставили в термостат вверх дном и инкубировали посев при 37 °С в течение 24 ч.
По радиусу зон ингибирования роста бактерий E. coli вокруг бумажных дисков судили об их чувствительности к исследуемым экстрактам подорожника.
В проведенном эксперименте определяли достоверность различий антибактериальной активности с помощью критерия Стьюдента (t). Для статистической обработки полученных цифровых данных мы применили разностный метод, основанный на определении среднего арифметического разностей между показателями вариантов [11].
Антибиотическая активность нативного и наноструктуированных экстрактов подорожника различной концентрации оценивалась по усредненным данным зон ингибирования E.coli вокруг бумажных дисков (табл. 1).
Таблица 1. Обработка разностным методом данных, полученных при вычислении зон ингибирования E. coli, как показатель биологической активности экстрактов подорожника в чистой и наноструктурированной форме (мм)
Соотношение Усреднённые радиусы зон ингибирования, X™ (мм) Ошибка разности, Sd Критерий Стьюдента фактический, td
Чистый (1) 12,111
1:1 (2) 12,944 Sd 0.2) = 0,428 td (1-2) = 1,946
1:2 (3) 11,861 Sd (1-3) = 0,271 td (1-3) = 0,922
1:3 (4) 11,778 Sd (1-4) = 0,313 td (1-4) = 1,064
В ходе статистической обработки усредненных зон подавления роста бактерий E. coli было выявлено, что антибактериальная активность наноструктурированного экстракта подорожника в гуаровой камеди с соотношением «ядро-оболочка» 1:1 характеризуется статистически незначимым повышением относительно чистого вещества, так как критерий Стьюдента фактический составляет 1,946, что практически соответствует табличному значению, а именно tst = 2,01, при уровне значимости р < 0,05. Таким образом, данный вариант практически существенно повышает эффективность экстракта по сравнению с чистым.
Статистический анализ различия усредненных зон подавления роста E. coli показал, что различие антибактериальной активности наноструктурированного экстракта подорожника в гуаровой камеди с соотношением «ядро-оболочка» 1:2 относительно чистого вещества статистически незначимо, так как критерий Стьюдента фактический составляет 0,922, что меньше табличного значения при уровне значимости р < 0,05, а именно tst = 2,01.
Наноструктурированный экстракт подорожника в гуаровой камеди с соотношением «ядро-оболочка» 1:3 и чистый экстракт подорожника характеризуются статистически незначимым различием антибактериальной активности действующего вещества. Критерий Стьюдента фактический составляет 1,064, что меньше табличного значения при уровне значимости р < 0,05, а именно tst = 2,01. Анализ цифровых данных показал, что все вариации наноструктурированных экстрактов подорожника в гуаровой камеди проявляют антибиотическую активность, различие которой со свойствами чистого экстракта несущественно.
Таким образом, исследование антибактериальной активности наноструктурированных экстрактов подорожника в гуаровой камеди на примере Е.тИ диско-диффузным методом показало, что при наноконструировании эффективность действующего вещества несколько увеличивается, так как содержание сухого чистого экстракта подорожника в нанокапсулах различно: 1:1
(50%), 1:2 (33%), 1:3 (25%). Несмотря на уменьшение количества действующего
вещества, нанокапсулы проявляют активность практически на том же уровне, что
и чистый экстракт.
Список литературы /References
1. Фролова А.В. Комплексный подход к преодолению антибиотикорезистентности // Вюник проблем бюлогп i медицини, 2013. № 2. С. 231-232.
2. Косинец А.Н. Антибиотикорезистентность. Новые возможности антибактериального воздействия / А.Н. Косинец, А. В. Фролова, В.П. Булавкин, В.К. Окулич // Вестник ВГМУ, 2014. № 2. С. 70-77.
3. Немерешина О.Н. Изучение биологически активных веществ и антимикробной активности листьев подорожника ланцетного Plantago lanceolata / О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев, Т.Л. Малкова // Башкирский химический журнал, 2014. № 4. Т. 21. С. 133-142.
4. Самылина И.А. Подорожник большой / И.А. Самылина, А.А. Сорокина, Н.В. Пятигорская // Фарматека, 2010. № 2. С. 100-101.
5. Османова Г.О. Онтогенетическая структура ценопопуляций Plantago major L., Plantago media L., Plantago lanceolata L., произрастающих в одном сообществе // Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2009. № 1. С. 155-159.
6. Чудновская Г.В. Ресурсы подорожника большого (Plantago major L.) // Вестник КрасГАУ, 2016. № 3. С. 3-8.
7. Немерешина О.Н. Биологически активные вещества подорожника большого (Plantago major L.) степной зоны / О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев, Т.Л. Малкова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2018. № 3 (71). Ч. 1. С. 113-117.
8. Кролевец А.А. Исследование антибактериальной активности наноконструированного азотнокислого серебра в №-карбоксиметилцеллюлозе и геллановой камеди на примере Staphylococcus aureus / А.А. Кролевец, А.А. Сиротин, Н.С. Ляховченко, В.Ю. Сенченков, А.Ю. Молдаванова,
A.И. Нечаева // Наука и инновации в XXI веке: актуальные вопросы, открытия и достижения: сборник статей XIV Международной научно-практической конференции. Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2019. С. 23-31.
9. Кролевец А.А. Молекулярная архитектура наноструктурированного сухого экстракта топинамбура / А.А. Кролевец, Н.И. Мячикова, А.С. Халикова,
B.С. Андреенков // Научный результат. Технологии бизнеса и сервиса, 2016. № 4 (10). С. 45-52.
10. Сиротин А.А. Наноструктурированные цефалоспориновые антибиотики: свойства и биологическая активность / А.А. Сиротин, А.А. Кролевец, М.Ф. Трифонова, В.В. Клюева, А.А. Горлова, Н.С. Савинова // Известия международной академии аграрного образования. СПб: Известия международной академии аграрного образования, 2017. № 32. С. 121-125.
11. Шарафутдинова Н.Х. Статистические методы в медицине и здравоохранении: учебное пособие. Уфа: ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России, 2018. 131 с.
