CC BY
15
% 60 50 40 30 20 10 0
I II III IV
Рисунок 4. Распределение студентов по уровню тренированности сердца: 1 - отличная, 2 - хорошая, 3 - посредственная, 4 - плохая; I, II, III, IV группы студентов.
□ 1 □ 2
□ 3
□ 4
Проявление у студентов в состоянии относительного физиологического покоя симпатотонии указывает на снижение адаптивных возможностей организма в целом к текущим нагрузкам. В этом аспекте IV группа является наименее адаптированной, так как у 66,6% её студентов посредственный и плохой уровень тренированности сердца.
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:
1. У студентов арабского региона ЧСС, АДС, АДД высокая предрасположенность к артериальной ги-пертензии; ЧСС определяется симпатическим тонусом (р<0,05).
2. У студентов индийского региона АДС и ПД, ЧСС сократительная функция миокарда находится под доминирующим контролем (р<0,05) симпатического отдела ВНС.
3. У студентов африканского региона АДС находится под контролем симпатического отдела ВНС, определяющего предрасположенность к артериальной гипертензии, парасимпатической активностью модулирует ЧСС, определяя склонность к брадикар-дии.
4. У студентов латино-американской группы средние значения ЧСС обусловлены высоким уровнем сим-
патического тонуса, снижающего адаптивные возможности миокарда и организма к текущим нагрузкам.
Список литературы
1. Агаджанян, Н.А. Эколого-физиологические особенности адаптации организма студентов из различных климатогеографических регионов к условиям учебы и жизни в Москве в острый период адаптации / Н.А. Агаджанян [и др.] //Экология и здоровье: Материалы Сателлитного симпозиума ХХ съезда физиологов России. - М.: РУДН, 2007. -С. 1-3.
2. Апанасенко Г.Л. Попова Л.А. Медицинская валео-логия. Серия «Гиппократ». - Ростов н/Д.: Феникс, 2000. - С. 115-148.
3. Кошелев В.Б. Механизмы регуляции артериального давления / Избранные лекции по современной физиологии с приложением на DVD; под ред. М.А. Островского и А.Л. Зефирова. - Арт-Кафе, 2009. -С. 178-179.
4. Синяков А. Секреты бодрости и здоровья. - М.: ЗАО Изд-во ЭКСМО-Пресс, 1999. - 379-380.
5. Ткаченко Б.И. Системная гемодинамика / Избранные лекции по современной физиологии с приложением на DVD; под ред. М.А. Островского и А.Л. Зефирова. - Арт-Кафе, 2009. - С. 138-139.
ОБРАЗОВАНИЕ БИОПЛЕНОК БАКТЕРИЯМИ ESCHERICHIA COLI В ПРИСУТСТВИЕ ЭКСТРАКТОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ И АНТИБИОТИКОВ
Самойлова Зоя Юрьевна
Канд. биол. наук, научный сотрудник ЛФГМИЭГМ УрО РАН, г. Пермь
Музыка Надежда Геннадьевна Канд. биол. наук, старший научный сотрудник ЛФГМ ИЭГМ УрО РАН, г. Пермь
Смирнова Галина Васильевна Д. биол. наук, ведущий научный сотрудник ЛФГМ ИЭГМ УрО РАН, г. Пермь
Октябрьский Олег Николаевич Д. биол. наук, профессор, зав. лабораторией ЛФГМ ИЭГМ УрО РАН, г. Пермь
В естественных условиях бактерии образуют фиксированные сообщества - биоплёнки (БП), которые представляют собой скопления клеток, внедренных в синтезированный ими полимерный матрикс Г11- Благодаря этому, популяция бактерий усиливает свою защиту от неблагоприятных воздействий, в том числе от антибиотиков и факторов иммунной защиты макроорганизма Г2; 3]. Исследование особенностей жизнедеятельности бактерий в БП стало актуальным после того, как было обнаружено, что среди всех инфекционных поражений около 65-80% вызываются бактериями, формирующими биоплёнки. В этой связи, одним из перспективных направлений современной
микробиологии и медицины является исследование факторов, которые влияют на образование БП как патогенными микроорганизмами, так и теми, которые входят в состав нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека и животных. Жизнедеятельность последних вносит существенный вклад в поддержание здоровья макрохозяина, благодаря участию в переваривании пищи, деток-сикации ксенобиотиков, подавлению активности патогенных бактерий и т.д.
Одним из возможных путей попадания как патогенных, так и непатогенных бактерий в организм человека и животных является желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). Бактерии могут проникать в кровоток, выводиться наружу
или прикрепляться к стенкам кишечника, образуя БП. Интерес представляет поиск веществ, препятствующих адгезии патогенных бактерий, но при этом не оказывающих токсическое действие на нормальную микрофлору. В этом отношении перспективны полифенолы (ПФ) и полифе-нолсодержащие биосубстраты. Они представляют собой обширный класс вторичных метаболитов растений, обладающих антиоксидантной активностью (АОА). Предполагается, что в этом качестве ПФ, поступающие в организм, главным образом, в составе овощей и фруктов, участвуют в предотвращении патологий, связанных прямо или косвенно с окислительным стрессом (сердечно-сосудистые заболевания, канцерогенез, воспалительные процессы)
[4].
В последние годы происходит существенный пересмотр взглядов на механизм действия ПФ в организме человека и животных. Накоплены данные, указывающие на то, что концентрации ПФ в организме человека слишком малы, чтобы оказывать прямое антиоксидантное действие
[5]. Было выдвинуто предположение о том, что основной сайт антиоксидантного действия ПФ находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), где, с одной стороны, концентрация ПФ достаточно высока для их прямого антиок-сидантного действия, а, с другой - происходит постоянная продукция активных форм кислорода (АФК) [6]. Было также обнаружено, что ПФ могут снижать способность патогенов к адгезии к стенкам кишечника [7]. Однако механизм наблюдаемых эффектов мало изучен. В сложившейся ситуации следует ожидать сосредоточения усилий исследователей на изучении действия ПФ на активность кишечной микрофлоры и последствий этого действия на здоровье макрохозяина.
Ранее нами были изучены антиоксидантные свойства полифенолов растительного происхождения и экстрактов растений, широко используемых в народной и официальной медицине и в качестве сырья для производства биологически активных добавок. Было обнаружено, что ПФ и содержащие их экстракты растений могут повышать АОА кишечных бактерий [8; 9]. Нами было показано, что в основе этого явления лежит способность ПФ модулировать экспрессию генов, ответственных за адаптацию к окислительному стрессу, за счет продукции малых доз перекиси водорода [10].
В последние годы показано, что ряд антибиотиков оказывают токсическое действие на бактерии, не только посредством воздействия на специфические мишени, но и неспецифически, индуцируя окислительный стресс [11; 12].
Ранее в нашей группе было показано, что полифенол кверцетин и ряд растительных экстрактов защищали клетки планктонных культур Escherichia coli от токсического действия антибиотика фторхинолонового ряда ци-профлоксацина. Также была выявлена связь между за щитными эффектами кверцетина и экспрессией антиокси-дантных генов [13]. Полученные результаты свидетельствовали, с одной стороны, о положительном влиянии полифенолов на активность нормальной микрофлоры человека, с другой, указывали на потенциальную опасность снижения токсического действия антибиотиков при лечении инфекционных заболеваний за счет активации ан-тиоксидантных систем патогенных микроорганизмов.
В совокупности, приведенные выше данные, указывают на возможность повышения устойчивости микрофлоры к действию антибиотиков в присутствие редокс-ак-тивных биосубстратов.
Целью настоящего исследования явилось изучение механизмов влияния полифенолов (ПФ) и экстрактов растений на биоплёнкообразование (БПО) кишечными бактериями в присутствие антибиотиков.
Из 18 испытанных экстрактов растений чёрный чай, A. uva ursi, V. vitis-idaea, T. cordata, B. pendula и Z. mays стимулировали как валовое биопленкообразование (ВБПО), так и удельное биопленкообразование (УБПО). Три экстракта (чёрный чай, A. uva ursi, V. vitis-idaea) отличались высоким содержанием полифенолов, значительной радикал-связывающей активностью и способностью продуцировать H2O2 с большой скоростью. В тех же условиях экстракты A. millefolium, U. dioica и L. japonica оказывали ингибирующее действие на образование биоплёнок.
Выявлена обратная корреляция между содержанием полифенолов в испытуемых экстрактах и их влиянием на экспрессию гена rpoS (r = -0,80), принимающего участие в регуляции БПО у E. coli. Способность экстрактов продуцировать H2O2 была связана с содержанием полифенолов (r = 0,89). Полученные результаты указывают на важную роль прооксидантных свойств экстрактов растений в стимулировании БПО. Следует обратить особое внимание на то, что в ходе выполнения НИР использовались относительно малые дозы экстрактов. Вероятно, при аутооксислении экстрактов в среде накапливаются дозы пероксида, необходимые для запуска каскада реакций, приводящих к образованию биоплёнок [14].
Нами показано, что предобработка экстрактами оказывает стимулирующее влияние на УБПО в присутствие антибиотиков. Богатые полифенолами экстракты чёрного чая, V. vitis-idaea, A. uva ursi повышали БПО при действии ципрофлоксацина, стрептомицина и цефотак-сима. В этих же условиях экстракты A. millefolium, U. dioica, и L. japonica снижали БПО.
Следует отметить, что использованные антибиотики широко применяются в современной лечебной практике, и полученные нами сведения представляют большой практический интерес для клинической медицины. С одной стороны, способность малых доз экстрактов некоторых лекарственных растений стимулировать БПО следует принимать во внимание при лечении хронических инфекционных заболеваний, ассоциирующихся с биопленками. С другой стороны, целый ряд экстрактов растений может служить источником агентов, способствующих разрушению биопленок.
Исследование выполнено при поддержке грантами РФФИ №13-04-00706, РФФИ-Урал а №96039, РФФИ-Урал №14-04-96031.
Список литературы:
1. Karatan E., Watnick P. Signals, regulatory networks, and materials that build and break bacterial bio-films//Microbiol. Mol. Biol. Rev. - 2009. - V. 73 - P. 310-347.
2. Mah T.F., O'Toole G.A. Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents// Trends Microbiol. -2001. - V. 9 - P. 34-39.
3. Lewis K. Riddle of biofilm resistance//Antimicrob. Agents Chemother. - 2001. - V.45 -P. 999-1007.
4. Crozier A, Jaganath I.B., Clifford M.N. Dietary phe-nolics: chemistry, bioavailability and effects on health// Nat. Prod. Rep. - 2009. - V. 26 - P. 10011043.
5. Koltover V.K. Bioantioxidants: the systems reliability standpoint//Toxicol. Ind. Health. - 2009. - V. 25 - P. 295-299.
6. Halliwell B., Rafter J., Jenner A. Health promotion by flavonoids, tocopherols, tocotrienols, and other phenols: direct or indirect effects? Antioxidants or not?//Am. J. Clin. Nutr. - 2005. - V. 81(suppl.) - P. 268S-276S.
7. Parkar S.G. Stevenson D.E., Skinner M.A. The potential influence of fruit polyphenols on colonic microflora //Int. J. Food Microbiol. - 2008. - V. 124 - P. 295-298.
8. Assessment of antioxidant activity of plant extracts using microbial test systems/ O. Oktyabrsky, G. Vyso-china, N. Muzyka, Z. Samoilova, T. Kukushkina, G. Smirnova//J. Appl. Microbiol. - 2009. - V. 106. - P. 1175-1183.
9. Evaluation of antioxidant properties of medicinal plants using microbial test systems/ G.V. Smirnova, G.I. Vysochina, N.G. Muzyka, Z.Y. Samoylova, T.A. Kukushkina, O.N. Oktyabrsky// World J. Microbiol. Bio-technol. - 2010. - V. 26 - P. 2269-2276.
10. Influence of polyphenols on Escherichia coli resistance to oxidative stress / G.V. Smirnova, Z.Y. Samoylova, N.G. Muzyka, O.N. Oktyabrsky//Free Radic. Biol. Med. - 2009. - V. 46 - P. 759-768.
11. A common mechanism of cellular death induced by bactericidal antibiotics/ M.A. Kohanski, D.J. Dwyer, B. Hayete, C.A. Lawrence, J.J. Collins//Cell.- 2007.- V. 130 - P. 797-810.
12. Wang X., Zhao X. Contribution of oxidative damage to antimicrobial lethality//Antimicrob. Agents Chemother. - 2009. - V. 53 - P. 1395-1402.
13. Smirnova G., Samoilova Z., Muzyka N., Oktyabrsky O. Influence of plant polyphenols and medicinal plant extracts on antibiotic susceptibility of Escherichia coli// J. Appl. Microbiol. - 2012. - V.113 - P.192-199.
14. Kaplan J. B. Antibiotic-induced biofilm formation//Int. J. Artif. Organs - 2011. - V. 34 - P. 737-751.
СТРУКТУРНАЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ГЕНОМА НЕЙТРОФИЛОВ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ОБРАЗОВАНИЯ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ СЕТЕЙ
Артюхов Валерий Григорьевич
Профессор, доктор биологических наук, кафедра биофизики и биотехнологии ВГУ,г.Воронеж
Колтаков Игорь Александрович Доцент, кандидат биологических наук, кафедра биофизики и биотехнологии ВГУ,г.Воронеж
Шилова Елена Васильевна Аспирант, кафедра биофизики и биотехнологии ВГУ,г.Воронеж
Шилов Сергей Владимирович Аспирант, кафедра биофизики и биотехнологии ВГУ,г.Воронеж
Одним из важнейших механизмов иммунной защиты является образование нейтрофильными гранулоци-тами внеклеточных ловушек. Этот процесс представляет собой деконденсацию хроматина с последующим выходом из клетки при стимулировании различными факторами (в частности, ^в, ФМА, латекс, микроорганизмы) [1]. Этот процесс получил название «нетоз»[6]. В состав нейтрофильных внеклеточных ловушек входит ДНК нейтрофилов, гистоны, содержимое специфических гранул нейтрофилов. Данная система позволяет эффективно адсорбировать на своей поверхности микроорганизмы и уничтожать их [1]. В то же время многочисленные иссле-дования[2-5, 7-9] показывают, что нейтрофильные внеклеточные ловушки (НВЛ) участвуют в развитии большого числа заболеваний иммунной и аутоиммунной этиологии. Знания о механизмах нетоза могут быть использованы при лечении патологических состояний различного характера.
Нами были проведены исследования, направленные на изучение изменений в структуре генома нейтрофи-лов в процессе образования внеклеточных ловушек. (ВЛ) В ходе исследований выделение нейтрофилов из гепаринизированной донорской крови осуществляли методом седиментации на двойном градиенте плотности фи-колл-урографина (р1=1,119г/см3, р2=1,077г/см3). Жизнеспособность нейтрофилов определяли в тесте с трипановым синим. В работе использовались суспензии клеток с жизнеспособностью не менее 95%. Облучение нейтрофилов проводили в термостатируемой (20±1 С) кювете полусферической формы (площадь облучаемой поверхности составила 10-3м2 ) при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки типа ММ-3М
светом ртутно-кварцевой лампы ДРТ-400 через светофильтр УФС-1 с полосой пропускания в области 240-390 нм. В работе использовали дозы облучения 151, 453, 906 и 1359 Дж/м2.Инициацию образования нейтрофильных внеклеточных ловушек полиморфно-ядерными лейкоцитами запускали, инкубируя суспензию клеток с латексом в течение 30 мин. при 1=37 °С.Нами была использована концентрация активатора 5 • 109 частиц/мл, что соответствовало соотношению латекс:клетки - 20:1. Выделение нуклеиновых кислот проводили с помощью комплекта для выделения ДНК из клинического материала «ДНК ПРОБА-ГС».
Электрофоретическое разделение её макромалекул осуществляли в 1% агарозном геле.
На первом этапе проводились исследования, направленные на выявление изменений морфологии нейтрофильных гранулоцитов в процессе нетоза. Было установлено, что в контрольных образцах клеточных суспензий ДНК не выделялась во внеклеточную среду. При стимулировании клеток к образованию внеклеточных ловушек латексом происходило выделение в инкубационную среду нуклеиновых кислот, которые двигались в геле одним фронтом, смещаясь от точки нанесения на 2 мм, что соответствует высокомолекулярной ДНК (рис.1). Не наблюдалось ни характерной для апоптоза «апоптотиче-ской лестницы», ни наблюдаемой при некрозе размытой дорожки. Таким образом, мы показали, что при стимуляции нейтрофилов частицами латекса происходит образование именно нейтрофильных внеклеточных ловушек.
