Научная статья на тему 'ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ К ДОКСИЦИКЛИНУ В ПРИСУТСТВИИ ЦИНКА АСПАРТАТА И ТРИПТОФАНА'

ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ К ДОКСИЦИКЛИНУ В ПРИСУТСТВИИ ЦИНКА АСПАРТАТА И ТРИПТОФАНА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
35
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
цинка аспартат / триптофан / доксициклин / планктонные формы / биопленки / zinc aspartate / tryptophan / doxycycline / planktonic forms / biofilms

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Артюх Татьяна Валерьевна, Шейбак Владимир Михайлович, Островская Оксана Борисовна

Цель. Оценить эффекты L-триптофана и цинка аспартата на антибактериальную активность доксициклина по отношению к клиническим штаммам S. aureus и S. haemolyticus в состоянии планктона и в составе биопленок. Методика. В ходе проведения исследования определяли минимальную ингибирующую концентрацию (МИК90) доксициклина и его комбинаций с триптофаном и цинка аспартатом по отношению к планктонным формам исследуемых штаммов S. aureus 2738 и S. haemolyticus 2642 на детекторе мутности суспензий DЕN-1 Biоsаn. Микробные биопленки культивировали в иммунологических планшетах в статических условиях. МИК препаратов по отношению к микроорганизмам определяли по восстановлению XTT на основе 1% резазурина. Визуализацию биопленок осуществляли с использованием трансмиссионной электронной микроскопии JЕM 1011 (JЕОL, Япония). Данные исследований обрабатывали средствами MS Еxсеl 2010, а также пакета для статистической обработки данных Stаtistiса 10, с использованием многофакторного дисперсионного анализа. Результаты. Добавление в среду культивирования триптофана и цинка аспартата в концентрациях 0,2-2000 мкг/мл повышает антибактериальную активность доксициклина в отношении планктонных форм S. aureus и S. haemolyticus p<0,05. Добавление в среду триптофана и цинка аспартата в рабочей концентрации 1000 мкг/мл в 2 раза повышает антибактериальную активность доксициклина в отношении биопленок S. aureus и S. haemolyticus in vitro. Заключение. Добавление триптофана и цинка аспартата повышает антибактериальный и антибиопленочный эффект доксициклина, что позволяет рассматривать их в качестве модуляторов антибактериальной активности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Артюх Татьяна Валерьевна, Шейбак Владимир Михайлович, Островская Оксана Борисовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGING THE SENSITIVITY OF GRAM-POSITIVE MICROORGANISMS TO DOXYCYCLINE IN THE PRESENCE OF ZINC ASPARTATE AND TRYPTOPHAN

Objective. To evaluate the effects of L-tryptophan and zinc aspartate on the antibacterial activity of doxycycline in relation to clinical strains of S. aureus and S. haemolyticus in the state of plankton and in biofilms. Methods. During the study, the minimum inhibitory concentration (MIC90) of doxycycline and its combinations with tryptophan and zinc aspartate were determined in relation to the planktonic forms of the studied strains S. aureus 2738 and S. haemolyticus 2642 on the turbidity detector of suspensions DEN-1 Biosap. Microbial biofilms were cultured in immunological tablets under static conditions. The MIC of drugs in relation to microorganisms was determined by the reduction of XT based on 1% resazurin. The biofilms were visualized using transmission electron microscopy JEM 1011 (JEOL, Japan). The research data were processed by means of MS Excel 2010, as well as a package for statistical data processing Statisticf 10, using multivariate analysis of variance. Results. The addition of tryptophan and zinc aspartate to the culture medium at concentrations of 0.22000 mcg/ml increases the antibacterial activity of doxycycline against planktonic forms of S. aureus and S. haemolyticus p<0.05. The addition of tryptophan and zinc aspartate to the medium at a working concentration of 1000 mcg/ml increases the antibacterial activity of doxycycline against S. aureus and S. haemolyticus biofilms in vitro by 2 times. Conclusions. The addition of tryptophan and zinc aspartate increases the antibacterial and antibiotic film effect of doxycycline, which allows them to be considered as modulators of antibacterial activity.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ К ДОКСИЦИКЛИНУ В ПРИСУТСТВИИ ЦИНКА АСПАРТАТА И ТРИПТОФАНА»

УДК 577.86:615.281.015.8:577.182.54 3.3.6 Фармакология, клиническая фармакология

DOI: 10.37903/vsgma.2023.1.5 EDN: CPUUVI

ИЗМЕНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ К ДОКСИЦИКЛИНУ В ПРИСУТСТВИИ ЦИНКА АСПАРТАТА И ТРИПТОФАНА © Артюх Т.В., Шейбак В.М., Островская О.Б.

Гродненский государственный медицинский университет, 230009, Республика Беларусь, Гродно, ул. Горького, 80

Резюме

Цель. Оценить эффекты L-триптофана и цинка аспартата на антибактериальную активность доксициклина по отношению к клиническим штаммам S. aureus и S. haemolyticus в состоянии планктона и в составе биопленок.

Методика. В ходе проведения исследования определяли минимальную ингибирующую концентрацию (МИК90) доксициклина и его комбинаций с триптофаном и цинка аспартатом по отношению к планктонным формам исследуемых штаммов S. aureus 2738 и S. haemolyticus 2642 на детекторе мутности суспензий DEN-1 В^ап. Микробные биопленки культивировали в иммунологических планшетах в статических условиях. МИК препаратов по отношению к микроорганизмам определяли по восстановлению XTT на основе 1% резазурина. Визуализацию биопленок осуществляли с использованием трансмиссионной электронной микроскопии JEM 1011 (JEOL, Япония). Данные исследований обрабатывали средствами MS Ехсе1 2010, а также пакета для статистической обработки данных Stаtistiса 10, с использованием многофакторного дисперсионного анализа.

Результаты. Добавление в среду культивирования триптофана и цинка аспартата в концентрациях 0,2-2000 мкг/мл повышает антибактериальную активность доксициклина в отношении планктонных форм S. aureus и S. haemolyticus p<0,05. Добавление в среду триптофана и цинка аспартата в рабочей концентрации 1000 мкг/мл в 2 раза повышает антибактериальную активность доксициклина в отношении биопленок S. aureus и S. haemolyticus in vitro.

Заключение. Добавление триптофана и цинка аспартата повышает антибактериальный и антибиопленочный эффект доксициклина, что позволяет рассматривать их в качестве модуляторов антибактериальной активности.

Ключевые слова: цинка аспартат, триптофан, доксициклин, планктонные формы, биопленки

CHANGING THE SENSITIVITY OF GRAM-POSITIVE MICROORGANISMS TO DOXYCYCLINE IN THE PRESENCE OF ZINC ASPARTATE AND TRYPTOPHAN Artyukh T.V., Sheibak V.M., Ostrovskaya O.B.

Grodno State Medical University, 80, Gorkogo St., 230009, Grodno, Republic of Belarus

Abstract

Objective. To evaluate the effects of L-tryptophan and zinc aspartate on the antibacterial activity of doxycycline in relation to clinical strains of S. aureus and S. haemolyticus in the state of plankton and in biofilms.

Methods. During the study, the minimum inhibitory concentration (MIC90) of doxycycline and its combinations with tryptophan and zinc aspartate were determined in relation to the planktonic forms of the studied strains S. aureus 2738 and S. haemolyticus 2642 on the turbidity detector of suspensions DEN-1 Biosap. Microbial biofilms were cultured in immunological tablets under static conditions. The MIC of drugs in relation to microorganisms was determined by the reduction of XT based on 1% resazurin. The biofilms were visualized using transmission electron microscopy JEM 1011 (JEOL, Japan). The research data were processed by means of MS Excel 2010, as well as a package for statistical data processing Statisticf 10, using multivariate analysis of variance.

Results. The addition of tryptophan and zinc aspartate to the culture medium at concentrations of 0.22000 mcg/ml increases the antibacterial activity of doxycycline against planktonic forms of S. aureus and S. haemolyticus p<0.05. The addition of tryptophan and zinc aspartate to the medium at a working concentration of 1000 mcg/ml increases the antibacterial activity of doxycycline against S. aureus and S. haemolyticus biofilms in vitro by 2 times.

Conclusions. The addition of tryptophan and zinc aspartate increases the antibacterial and antibiotic film effect of doxycycline, which allows them to be considered as modulators of antibacterial activity.

Keywords: zinc aspartate, tryptophan, doxycycline, planktonic forms, biofilms

Введение

На сегодняшний день одной из наиболее острых проблем в области медицины является повышение резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам. Лечение антибиотиками прочно заняло одно из ведущих мест в комплексном лечении заболеваний, основным этиологическим фактором которых являются патогенные и условно патогенные микроорганизмы. Последствием масштабного применения антибиотиков стало появление возбудителей болезней, обладающих мультирезистентностью [10]. Результаты исследований механизмов резистентности микроорганизмов все чаще указывают на микробные биопленки, как на важнейший аспект формирования устойчивости бактерий к факторам иммунной защиты, ультрафиолету, дегидрации, вирусам, а также к антибактериальным препаратам [1]. Биопленки (Biofilms) - это микробные сообщества, окруженные защитным экзополисахаридным матриксом. 97% бактерий в естественных условиях существуют в составе биопленок. По данным CDC (Centers for Diesease Control), Атланта, в 80% заболеваний бактериальной этиологии речь идет о биопленочных микробных инфекциях: тканевых и ассоциированных с медицинскими устройствами, которые с трудом поддаются лечению. Поэтому рецидивирующую бактериальную инфекцию следует рассматривать как биопленочную инфекцию - полимикробный синдром, характеризующийся значительным увеличением анаэробной нагрузки, с возможным доминирующим патогенным штаммом [3].

О широком распространении биопленок стало известно в 2000-2010 годах, в то время, как изолированные (планктонные) формы микроорганизмов были открыты в 1676 году. В результате информационного пробела большинство накопленных знаний о свойствах микроорганизмов относятся к их планктонным формам. Допустимые значения минимальных подавляющих концентраций (МПК) антибиотиков по 3-м мировым системам глобального мониторинга резистентности также определяются по отношению к изолированным формам микроорганизмов. Отсутствие данных о минимальных биопленкоподавляющих концентрациях (МБПК) в инструкциях по применению антибактериальных средств связано с тем, что для ингибирования микроорганизмов в составе биопленки по исследованиям in vitro требуются до 100 раз большие дозы антибактериальных препаратов по сравнению с их планктонными аналогами [1]. Это переводит антибиотики в неэффективные препараты для лечения биопленочных инфекций по причине токсичности.

Антибиотикорезистентность устанавливается на основании МПК, которые в свою очередь являются лишь точками вероятности успеха лечения, независимо от задействованных механизмов резистентности [10]. Существование в составе биопленок является основным механизмом выживания микроорганизмов в неблагоприятных условиях. Таким образом воздействие на микроорганизмы антибиотиками, которые эффективные лишь в отношении изолированных форм, способствует распространению антибиотикорезистентности, а также хронизации и рецидивированию инфекционных процессов. Вышесказанное диктует необходимость поиска средств, усиливающих антибактериальный эффект широко используемых антибиотиков в отношении микроорганизмов в составе биопленок.

В качестве средств, способных повышать активность антибиотиков в исследованиях in vitro рассматриваются биологически активные вещества (БАВ), являющихся природными соединениями и обладающих минимальной токсичностью для макроорганизма [9].

В литературе отсутствуют данные о возможном участии аминокислот в разрушении биопленки в синергизме с антибиотиками. Между тем, БАВ способны оказывать подавляющее действие на

жизнедеятельность бактерий как самостоятельные вещества (антимикробные препараты), а также в качестве адъювантов при антибактериальной терапии. Данные эффекты могут заключаться в детергентном воздействии БАВ на структурные элементы капсулы и/или цитоплазматической мембраны, либо другие функциональные компоненты бактериальных клеток [8]. В настоящее время D-аминокислоты, рассматриваются как составляющие элементы бактериальной клеточной стенки, что отражает их контроль над различными формами существования микроорганизмов (планктонными и биопленочными) [7].

Бактериальный пептидогликан, важный функциональный элемент в биосинтезе стенки бактериальной клетки, содержит в себе аминокислотные составляющие (триптофан). Кроме того, экзогенные аминокислоты, такие как метионин, триптофан и фенилаланин, при включении в бактериальный пептидогликан заменяют L-аланин в положении 1 и D-аланин в положении 4 и 5 в концевом положении, что приводит к гибели бактерий [8]. Один из возможных механизмов действия аминокислот и АМП (антимикробных препаратов) на биопленки заключается в том, что аминокислоты диспергируют микробную биопленку, высвобождая сидячие клетки, тем самым обеспечивая антибиотику более эффективное проникновение и уничтожение микроорганизмов. Бактерии связаны с биопленкой через волокна целлюлозы, встроенные в пептидогликан клеточной стенки. Было обнаружено, что аминокислоты предотвращают образование биопленок у Staphylococcus aureus и Streptococcus mutans. Включение аминокислот в пептидогликан (во время его биосинтеза) нарушает связь между микроволокнами и микробными клетками [6].

Изучение бактериостатических эффектов биологически активных веществ по отношению к широкому спектру бактериальных патогенов и механизмов их реализации имеет первостепенное значение, с помощью которого можно повышать активность антибактериальной терапии.

Цель исследования - оценить эффекты L- триптофана и цинка аспартата на антибактериальную активность доксициклина по отношению к клиническим штаммам S. aureus и S. haemolyticus в состоянии планктона и в составе биопленок.

Методика

Все эксперименты выполнялись в соответствии с методическими указаниями МУК 4.2.1890-04 для применения в микробиологических лабораториях. Интерпретацию исследований выполняли в соответствии с клиническими рекомендациями определения чувствительности микроорганизмов (версия 2018-03), основанном на стандарте, предложенном Европейским комитетом по определению чувствительности к антибиотикам (EUCAST) EDef 7.2. Используемые в исследовании штаммы были изолированы у пациентов с клиническими признаками вагинита УЗ «Гродненская университетская клиника». Идентификация и типирование микроорганизмов производилось на микробиологическом анализаторе Vitek 2 Compact фирмы «BioMerieux».

Для приготовления рабочего раствора воздействующих веществ использовали доксициклин в капсулах по 100 мг ОАО «Борисовский завод медицинских препаратов». По воздействию на планктонные формы исследованы 4 варианта десятикратных разведений: 1 - доксициклин в концентрации (1000 - 0,1 мкг/мл); 2 - доксициклин (1000 - 0,1 мкг/мл) и триптофан (2000 - 0,2 мкг/мл); 3 - доксициклин (1000 - 0,1 мкг/мл) и цинка аспартат (2000 - 0,2 мкг/мл); 4 -доксициклин (1000 - 0,1 мкг/мл) и смесь триптофана (2000 - 0.2 мкг/мл) и цинка аспартата (2000 -0.2 мкг/мл). МПК90 доксициклина и его комбинаций с триптофаном и цинка аспартатом по отношению к планктонным формам микроорганизмов S. aureus 2738 и S. haemolyticus 2642 определяли методом серийных разведений в бульоне [5].

Использовали суточную культуру S. aureus и S. haemolyticus выращенную на скошенном мясопептонном агаре в концентрации 1.5 x 108 колониеобразующих единиц (КОЕ)/мл ед. (0,5 ед. МакФарланда) в стерильном физиологическом растворе хлорида натрия. Концентрацию микробных тел контролировали измерением оптической плотности растворов по шкале MсFаrlаnd на детекторе мутности суспензий DEN-1 Biоsаn до и после инкубации 35±10С, 24 часа. Затем проводили посев из пробирок на мясопептонный агар в чашки Петри для регистрации минимальной бактерицидной концентрации и оценки возможной нежелательной мутности исследуемых соединений. Экспозиция 24 ч. при 35±10С.

Биопленки выращивали в системе иммунологических планшетов в статических условиях 5 суток, при 35±10С, время экспозиции 24 ч. по адаптированной методике, описанной Caiazza и O'Toole, для микропланшетов Qu et al., 2016. В каждую лунку вносили по 100 мкл питательного бульона Мюллера-Хинтона, 20 мкл взвеси микроорганизмов и медные сеточки для формирования биопленки и последующей просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Медные сеточки диаметром 3,5 мм, покрывали формваровой плёнкой [2].

Использовали суточную культуру микроорганизмов в концентрации 0,5 ед. МкФ. Ежедневно производили удаление планктонных форм: извлекали бульон, промывали лунки фосфатным буферным раствором (рН 7,2-7,4) затем вносили свежую питательную среду и продолжали инкубировать, а также делали отбор сеточек для исследования ультраструктуры биопленки с помощью электронного микроскопа JEM 1011 (JEOL, Япония) при ускоряющем напряжении 80 KV. Для изучения активности препаратов на микроорганизмы в составе биопленки на 4-е сутки после промывки поставили двойные разведения доксициклина и его комбинаций с триптофаном и цинка аспартатом: 1 - доксициклин в двойных разведениях (5000-600 мкг/мл); 2 - доксициклин в двойных разведениях (5000-600 мкг/мл) + триптофан 1000 мкг/мл; 3 - доксициклин в двойных разведениях (5000-600 мкг/мл) + цинка аспартат 1000 мкг/мл (Macia et al., 2014). Через 24 часа каждую лунку промывали буферным раствором. Производили отбор 10 препаратов-сеточек, для каждого образца и делали по 10 фотографий в последовательно случайном поле зрения электронного микроскопа. После забора сеточек, вносили свежую питательную среду и 1% раствор резазурина, регистрировали МИК. Для определения МИК исследуемых веществ на микроорганизмы в составе биопленки применяли модификацию метода определения метаболической активности биопленок с использованием анализа восстановления XTT (2,3-бис (2-метокси-4-нитро-5-сульфофенил) -5- [карбонил (фениламино)] - 2Н-гидроксид тетразолия) на основе 1% резазурина (Alamar Blue) по методике, описанной Pierce et al.

Величины МИК воздействующих веществ по отношению к планктонным формам и микроорганизмам в составе биопленок выражали в мкг/мл. Показатели бактериального роста выражали в ед. МкФ (при необходимости результаты могут быть переведены в КОЕ). Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Excel 2010 и Statistica 10 с использованием многофакторного дисперсионного анализа. Различия между сравниваемыми параметрами считали достоверными при p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Эффекты присутствия триптофана и цинка аспартата на чувствительность планктонных форм S. aureus и S. haemolyticus к доксициклину представлены на рис. 1 и 2.

Доксициклин ингибирует рост планктонной формы S. aureus в концентрациях 1000-100 мкг/мл. При снижении концентрации до 10-0,1 мкг/мл наблюдается обратный эффект, стимуляция роста бактериальной культуры (до 3,0 ед. МкФ) (9*108 КОЕ) (р<0,05) при контроле 1,9 ед. МкФ. Триптофан и цинка аспартат оказывают модулирующее действие на чувствительность к доксициклину, во всех исследуемых концентрациях (рис. 1).

Наиболее значимые различия в эффектах присутствия триптофана и цинка аспартата на чувствительность S. aureus наблюдаются при воздействии доксициклина 1 мкг/мл и БАВ 2 мкг/мл (рис.1). S. aureus проявляет наибольшую чувствительность в данной концентрации к доксициклину в присутствии цинка аспартата, мутность бактериальной культуры 0,54 [0.44; 0.54] ед. МкФ или 1,5*108 КОЕ/мл (р<0,05) в сравнении с контролем 1,9 ед.; к доксициклину в присутствии триптофана 1,62 [0.52; 0.72] ед. МкФ или 4.5*108 КОЕ/мл (р<0,05) в сравнении с контролем 1.9 ед. МкФ.; к доксициклину в присутствии смеси триптофана и цинка аспартата 1,86 [1,76; 1,96] ед. МкФ или 5*108 КОЕ/мл (р<0,05) в сравнении с контролем 1,9 ед. МкФ; в присутствии доксициклина рост S. aureus составил 3,02 [2,92; 3,12] ед. МкФ или 9*108 КОЕ/мл (р<0,05) в сравнении с контролем 1,9 ед. МкФ (рис.1). Самой эффективной среди 4-х комбинаций препаратов в концентрации доксициклин/БАВ 1/2 мкг/мл является доксициклин с цинка аспартатом, в сравнении с доксициклином данная комбинация эффективнее на 83%; комбинация с триптофаном увеличивает эффективность доксициклина по отношению к S. aureus на 47%; комбинация со смесью триптофана и цинка аспартата на 39% (рис. 1)

комоина1щя*концент£ацн1. мкг/мл; МНК средние: р<0 05 Еертны. столбцы равны 0.9^ доверительных интервалов

3,5

3,0

2,5

2,0

H

S 1,5

С

Ш 1,0

0,5

0.0

0,5

ii h

2 20 200 2000 концентрация, мкг/мл

: кэмоинациа

Dox : комбинация

Dox—Тгр ; шыбинация

Dox-i-ZA : комбинация Dox-KTrp-ZA

Рис. 1. График зависимости роста S. aureus от комбинаций препаратов и их концентраций

На рост планктонной формы S. haemolyticus доксициклин проявляет ингибирующий эффект в концентрации 100 мкг/мл (таб. 1). Наиболее значимые эффекты БАВ также наблюдается в концентрации 2 мкг/мл. S. haemolyticus проявляет наибольшую чувствительность в данной концентрации к доксициклину в присутствии смеси триптофана и цинка, мутность бактериальной культуры 0,76 ед. [0,70; 0,80] ед. МкФ (р<0,05) в сравнении с контролем 2,33 [2,20; 2,46] ед. МкФ; на втором месте по эффективности комбинация доксициклин + смесь триптофана и цинка аспартата 0,88 [0,80; 0,90] ед. МкФ (р<0,05) в сравнении с контролем 2,33 ед. МкФ; в присутствии цинка аспартата, мутность бактериальной культуры 1,20 [0,44; 0,54] ед. МкФ (р<0,05) в сравнении с контролем 2,33 ед. МкФ; в присутствии доксициклина рост составил 1,38 [1,30; 1.40] ед. МкФ (р<0,05) в сравнении с контролем 2,33 ед. МкФ (рис. 2).

Рис. 2. График зависимости роста S. haemolyticus от комбинаций препаратов и их концентраций

Наиболее выраженный антибактериальный эффект триптофана и цинка аспартата по отношению к S. haemolyticus наблюдается в комбинации доксициклина со смесью триптофана и цинка аспартата в концентрации 2 мкг/мл. является. В сравнении с доксициклином данная комбинация эффективнее на 45%; комбинация с триптофаном увеличивает эффективность доксициклина на 37%; комбинация с цинка аспартатом увеличивает эффективность доксициклина на 14% (рис. 2). Эффекты присутствия триптофана, цинка аспартата, а также смеси (триптофан+ цинка аспартат) на чувствительность S. aureus и S. haemolyticus в составе моно- и микст-биопленок отражены на рисс. 3 и 4, в табл. 1.

Электронно-микроскопическое изучение микроорганизмов: S. aureus 2738 и S. haemolyticus 2642 показало, что они способны образовывать биопленки (рис. 3).

Рис. 2. Образцы 5-дневных биоплёнок; А - монобиопленка S. aureus + доксициклин 600 мкг/мл; Мерный отрезок равен 1 мкм; B - монобиопленка S. aureus + доксициклин 600 мкг/мл + триптофан 1000 мкг/мл; Мерный отрезок равен 2 мкм

Очевидно образование электронноплотных структур с обильным количеством клеток, адгезированных к поверхности формваровой пленки и друг к другу. Кокки в биопленке объединены рыхлым внеклеточным веществом (полисахаридные фибриллы и внеклеточная ДНК). Признаками образования истинной биопленки в отличие от колоний микроорганизмов на агаре является наличие внеклеточного матрикса, а также адгезия - образование биопленки (обратимая и необратимая стадии) [3]. Данные признаки обнаруживаются и при микроскопии моделей биопленок (рис. 3). Морфологические исследования показывают, что образцы биопленок, которые культивировали с доксициклином в присутствии 1000 мкг/мл БАВ (2, 3 препараты) имеют признаки более обширного разрушения по сравнению с биопленками, подвергшимися воздействию только доксициклина. Доксициклин в присутствии триптофана и цинка аспартата вызывал выраженную деградацию биопленки, деформацию бактериальных клеток, отсутствие клеток в стации деления и исчезновение экзополисахаридного матрикса.

XTT тест выявил следующие закономерности: МИК доксициклина для биопленок S. aureus, S. haemolyticus 1200 мкг/мл; МИК доксициклина с триптофаном 1000 мкг/мл < 600 мкг/мл; МИК доксициклина с цинка аспартатом 1000 мкг/мл < 600 мкг/мл; МИК доксициклина в присутствии смеси триптофана 1000 мкг/мл и цинка аспартата 1000 мкг/мл < 600 мкг/мл. Комбинация доксициклина с триптофаном, цинка аспартатом, смесью триптофана и цинка аспартата 1000 мкг/мл в 2 раза повышает чувствительность S. aureus, S. haemolyticus в составе биопленок (рис. 4, табл. 1).

Результаты данного исследования показывают, что БАВ (триптофан и цинка аспартат) напрямую или через адьювантный эффект повышают активность доксициклина по отношению к планктонным и их биопленочным формам S. aureus и S. haemolyticus. Степень повышения чувствительности к доксициклину зависит от вида микроорганизма, его формы существования (планктонная или биопленочная), комбинации БАВ (триптофан, цинка аспартат, смесь) и концентрации БАВ. Также необходимо отметить отсутствие синергетических эффектов триптофана и цинка аспартата (комбинация 4) в повышении эффективности антибактериального эффекта доксициклина по отношению к планктонной форме S. aureus и его вероятное наличие по отношению к планктонной форме S. haemolyticus

наличие роста в лунке при ,

О.бмг/мл доксифклин^'' |р С V

Рис. 4. XTT анализ в модификации с 1% резазурином при экспозиции 3 часа Таблица 1. Эффект добавления БАВ (1000 мкг/мл) на чувствительность к доксициклину S. aureus,

S. haemolyticus в составе биопленок при экспозиции 60 минут

Состав биопленки Контроль (м/о без препаратов) 1. Dox 1200/600 мкг/мл 2. Dox+Тгр 1200/600 мкг/мл 3. Dox+ZA 1200/600 мкг/мл 4. Dox+Tp+ZA 1200/600 мкг/мл

N 3 3 3 3 3

S.aureus Р С*/Р# С*/С* С*/С* С*/С*

S.haemolyticus Р С*/Р# С*/С* С*/С* С*/С*

S.aureus + S.haemolyticus Р С*/Р# С*/С* С*/С* С*/С*

Примечание: Р - розовый цвет; С - синий цвет; достоверные изменения в сравнении с контролем (*); с группой 2, 3, 4 мкг/мл (#)

Установленные закономерности могут быть использованы в качестве теоретической основы для разработки способов повышения эффективности АМП в терапии бактериальных инфекций, биопленочных инфекций (непосредственно тканевых и опосредованных инфекций, связанных с колонизацией патогенов на поверхности медицинских устройств и катетеров). А также для более четкого понимания функционирования и роли микробных биопленок в течении инфекционных процессов.

Выводы

1. Исследуемые клинические изоляты: S. aureus 2738 и S. haemolyticus 2642 способны образовывать биопленки.

2. Триптофан и цинка аспартат в концентрации 2 мкг/мл повышают антимикробную активность доксициклина по отношению к планктонным формам S. aureus и S. haemolyticus.

3. Триптофан и цинка аспартат в концентрации 1000 мкг/мл по результатам изображений ПЭМ и ХТТ анализа способствуют разрушению биопленок S. aureus и S. haemolyticus.

Литература (references)

1. Артюх Т. В. Особенности резистентности клинических изолятов E.coli и C.albicans образующих биопленку // Вестник Витебского Государственного Медицинского Университета. - 2021. - Т. 20, № 1. -С. 46-54. [Artjuh T.V. Vestnik Vitebskogo Gosudarstvennogo Medicinskogo Universiteta. Vitebsk State Medical University Bulletin. - 2021. - V.20, N1. - P. 46-54. (in Russian)]

2. Головин С.Н., Титова С.В., Симонова И.Р. Способ получения образцов биоплёнок холерных вибрионов для исследования методом трансмиссионной электронной микроскопии // Патент РФ на изобретение №218.016.7736 Опубликовано 02.08.2018. Бюллетень №22. [Golovin C.N., Titova S.V., Simonova I.R. Sposob poluchenija obrazcov biopljonok holernyh vibrionov dlja issledovanija metodom transmissionnoj jelektronnoj mikroskopii. Method for obtaining samples of biofilms of Vibrio cholerae for study by transmission electron microscopy // Patent of Russian Federation N218.016.7736. Publication 02.08.2018. Bulletin N22. (in Russian)]

3. Каркимбаева Г.А. Биопленка, как один из факторов высокой вирулентности микроорганизмов, выделенных из системы корневых каналов у детей // Вестник Казахского Национального Медицинского Университета. - 2014. - №2. - С. 153-157. [Karkimbaeva G.A. Vestnik Kazahskogo Nacional'nogo Medicinskogo Universiteta. Bulletin of the Kazakh National Medical University. - 2021. - N2. - P. 153-157. (in Russian)]

4. Марданова А.М. Биопленки: основные принципы организации и методы исследования. - Казань: Инстит. фунд. мед. и биол., 2016. - 44 с. [Mardanova A.M. Bioplenki: osnovnye principy organizacii i metody issledovanija. Biofilms: basic principles of organization and research methods. - Kazan: Institute. fund. med. and biol., 2016. - 44 p. (in Russian)]

5. Тапальский Д.В., Бильский И.А. Определение чувствительности к антибиотикам методом микроразведений в бульоне: модификация, доступная для всех // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия - 2017. - Т. 20, № 1. - С. 62-67. [Tapal'skij D.V., Bil'skij I.A. "Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterapija". Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterapija . -2017. - Vol. 20, N1. - P. 62-67. (in Russian)]

6. Chen D. et al. Characteristics and influencing factors of amyloid fibers in S. mutans biofilm // AMB Express. -2019. - Vol. 9, N1. - P. 1145-1156.

7. Chen Х. Influence of biofilm growth age, media, antibiotic concentration and exposure time on Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilm removal in vitro // BMC Microbiology. 19.12.21. URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7444035/.

8. Idrees M. Multimodal Role of Amino Acids in Microbial Control and Drug Development // Antibiotics. 21.12.21. URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7345125/.

9. Gallego-Hernandez A.L. et al. Upregulation of virulence genes promotes Vibrio cholerae biofilm hyperinfectivity // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2020. -V. 117, N20 - P. 11010-11017.

10. Teresa G.G. Antibiotic resistance: Time of synthesis in a post-genomic age // Computational and Structural Biotechnology Journal. - 2021. - V.19. - P. 3110-3124.

Информация об авторах

Артюх Татьяна Валерьевна - магистр медицинских наук, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии им. С.И. Гельберга, Гродненский Государственный Медицинский Университет. E-mail: taniaartsiukh@gmail .com

Шейбак Владимир Михайлович - доктор медицинских наук, профессор кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии им. С.И. Гельберга, Гродненский Государственный Медицинский Университет. E-mail: vsheibak@gmail.com

Островская Оксана Борисовна - кандидат медицинских наук, доцент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии им. С.И. Гельберга, старший научный сотрудник группы морфологии с электронной микроскопией научно-исследовательской лаборатории, Гродненский Государственный Медицинский Университет. E-mail: Astrowskaja@gmail.com

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.