CC BY
97
УДК: 60:579.8.06
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА БАКТЕРИОЦИНОВ ШТАММАМИ BACILLUS ENDOPHETICUS И BACILLUS LICHENIFORMIS И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СТАБИЛЬНОСТИ
М.И. Зимина1*, А.Ю. Просеков2, С.А. Сухих1, О.О. Бабич2, С.Ю. Носкова1
1 ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»», 650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, 47
2 ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»», 650043, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6
*е-тай: mariia.zimina@list.ru
Дата поступления в редакцию: 21.09.2016 Дата принятия в печать: 24.10.2016
Бактериоцины являются веществами белковой природы, обладающими антимикробными свойствами. За счет широкого спектра антагонистической активности, свойственной для бактериоцинов некоторых штаммов микроорганизмов, они имеют потенциал для применения в составе антибактериальных препаратов. Из-за широкого распространения проблемы антибио-тикорезистентности многих бактериальных штаммов, вызывающих заболевания человека, изучение бактериоцинов является особенно актуальным, так как они могут представлять альтернативу антибиотикам. Несмотря на популярность проведения исследований по изучению свойств бактериоцинов в последние годы, многие бактериоцины еще не изучены и данное направление исследований является актуальным. Таким образом, целью исследований являлось определение оптимальных условий культивирования штаммов Bacillus endopheticus и Bacillus licheniformis, являющихся продуцентами бактериоцинов, для повышения эффективности их синтеза, а также изучение стабильности бактериоцинов, что позволит использовать их для разработки лекарственных препаратов. Определили оптимальные условия культивирования штаммов Bacillus endopheticus и Bacillus licheniformis. Для этого исследовали прирост биомассы исследуемых штаммов при температурах от 25 до 37 °С и активной кислотности среды от 6,5 до 8,0. Выявили, что оптимальной для роста штаммов является температура 30 °С и pH 6,5. Исследовали чувствительность бактериоцинов к воздействию температуры и pH, бактериоцины оказались стабильны при нейтральной кислотности среды и температуре, не превышающей 80 °С. Антагонистическую активность бактериоцинов, выдержанных при разных температурах и pH, по отношению к тест-культуре Escherichia coli определяли диско-диффузионным методом. Полученные результаты исследований представляют ценность для разработки лекарственных препаратов нового поколения на основе бактериоцинов.
Бактериоцины, оптимальные условия культивирования, стабильность, антагонистическая активность
Введение
Впервые антагонистическая активность у бактерий была обнаружена Пастером и Хобертом [1]. Уже тогда были изучены возможности по использованию непатогенных бактерий для лечения дифтерии и сибирской язвы. Позднее объектом исследований стали метаболиты, продуцируемые бактериями. Ученые открыли, что ряд веществ, продуцируемых бактериальными штаммами, обладают ингибирующей активностью. К ним отнесли антибиотики, бактериофаги, бактериоцины и ферменты. Изначально бактериоцины относили к группе коа-лицинов, для которых свойственным является: узкий спектр антагонистической активности преимущественно по отношению к родственным видам; летальная природа биосинтеза бактериоцинов, приводящая к гибели клетки; способность адсорбироваться на специфичных рецепторах клетки. Так, долгое время отсутствовала информация, позволяющая дать точное определение бактериоцинам, и они не были выделены в отдельную группу с собственной классификацией [2].
В дальнейшем стало уделяться пристальное внимание изучению бактериоцинов. В настоящее время изучено множество представителей бакте-
риоцинов и приведено несколько классификаций этих веществ, которые могут варьироваться в зависимости от вида штамма-продуцента, также описаны структуры, киллерные свойства и механизмы литического действия бактериоцинов.
Итак, бактериоцины - это группа гетерогенных антибиотикоподобных веществ белковой природы, которые продуцируются многими бактериальными штаммами и проявляют бактерицидное действие по отношению к представителям филогенетически близких видов, но при этом некоторые виды бакте-риоцинов обладают более широким спектром действия [3].
Благодаря результатам многочисленных исследований, посвященных изучению природы бакте-риоцинов, подробно описаны механизмы их действия, придающие им уникальность как одним из самых эффективных природных ингибиторов, что даже позволяет им конкурировать с антибиотиками.
Механизмы действия бактериоцинов разнообразны, и по мере изучения открываются новые способы влияния бактериоцинов на клетки. Выделяют три основных способа направленного действия бак-терицинов против бактериальных клеток. К перво-
му относят образование каналов в цитоплазматиче-ской мембране, через которые выходят ионы К+, Н+ [4, 5]. Это является причиной нарушения мембранного потенциала клетки, способствует ухудшению способности клетки поглощать питательные вещества и нарушению всех биохимических процессов, происходящих в клетке.
Ко второму способу относят способность бакте-риоцинов вызывать нуклеазную деградацию нуклеиновых кислот клетки. Молекулярный механизм нуклеазной деградации заключается в образовании одно- и двуцепочечных разрывов ДНК [6], блокировании включения тиамина в молекулу нуклеиновой кислоты, а также ингибировании синтеза ДНК [7]. Кроме разрушения клеточной ДНК, бактерио-цины способны вызывать полное ингибирование липидного синтеза бактерий [8].
Следующий способ направленного действия бактериоцинов проявляется в нарушении белкового синтеза клетки, что происходит за счет специфического расщепления рибосомальной 16S РНК. Так, некоторые виды бактериоцинов вызывают нарушение синтеза тРНК и клеточных ферментов [9, 10].
К одному из механизмов действия бактериоци-нов на бактеральные клетки относится нарушение синтеза муреина, что, в свою очередь, приводит к разрушению клеточной стенки и вызывает лизис бактерий или образование сферопластов.
После обнаружения способности бактериоцинов к направленному подавлению развития некоторых патогенных штаммов проводилось их изучение для лечения инфекционных заболеваний [11]. Несмотря на данные исследования, большее внимание уделялось изучению антибиотиков и потенциал бакте-риоцинов не был достаточно раскрыт. Стремительное развитие антибиотиков, их широкое разнообразие и популярность использования привели к резкому увеличению антибиотикорезистентных штаммов. Это является серьезной проблемой для современного общества, приводит к появлению новых инфекций, не поддающихся лечению, и к отсутствию возможности лечить уже существующие заболевания.
Все это возрождает заинтересованность в изучении бактериоцинов в качестве альтернативы антибиотикам. На сегодняшний день активно ведутся разработки препаратов на основе бактериоцинов. Один из препаратов для местного применения, применяющийся в медицинской практике и содержащий бактериоцины, называется пиолизин [12]. Делаются даже попытки использования бактерио-цинов для влияния на полирезистентные штаммы микроорганизмов [13]. Некоторые работы показали эффективность действия некоторых видов бакте-риоцинов на рост опухолевых клеток [14].
Для повышения эффективности действия бакте-риоцинов и устранения некоторых недостатков в их применении ведутся разработки генетически модифицированных бактериоцинов [15].
Все вышеперечисленные факторы делают изучение бактериоцинов перспективным направлением современной науки и открывают множество перспектив для их применения.
Целью данного исследования является определение оптимальных условий культивирования штаммов Bacillus endopheticus и Bacillus licheni-formis для повышения эффективности синтеза бактериоцинов данными штаммами, а также определение стабильности продуцируемых бактериоцинов.
Объекты и методы исследований
Объектами исследований являлись штаммы Bacillus endopheticus, Bacillus licheniformis, выделенные с поверхности помидора и болгарского перца. Видовую принадлежность штаммов определяли методом секвенирования по гену 16S РНК.
В исследовании были использованы следующие реактивы: мясной экстракт, пептон сухой ферментативный, сухой питательный агар (ООО «Лаб-Биомед», Россия); ацетат натрия, дигидрофосфат калия, дигидрофосфат натрия, хлорид натрия, гид-роксид натрия (ООО «РеаХим», Россия); уксусная кислота и борная кислота, лимонная кислота (ООО «Компонент-Реактив», Россия); соляная кислота (ООО «Компонент-Реактив», Россия); трис (Applichem, США).
На первом этапе исследований осуществляли подбор оптимальных условий для культивирования штаммов. Культивирование штаммов осуществляли в жидкой питательной среде МПБ следующего состава, г/л: мясной экстракт - 12; хлорид натрия - 6; пептон сухой ферментативный - 12. Культивирование штаммов вели при температурах 25, 30, 37 °С и pH 6,0, 6,5, 8,0 в течение 24 ч. Через определенные промежутки времени по оптической плотности культуральной жидкости определяли концентрацию биомассы в мг/см3 по калибровочной кривой.
Антимикробную активность бактериоцинов штаммов рода Bacillus определяли диско-диффузионным методом с измерением зоны подавления роста тест-культуры в мм, в качестве тест-культуры использовали штамм Escherichia coli 1753. Выделение бактериоцинов осуществляли по следующей методике. Культивирование штаммов проводили в жидкой питательной среде МПБ в течение 18 ч при температуре (30±2) °С и pH 6,5. Клетки отделяли от культуральной жидкости центрифугированием в течение 30 мин при 4200 об/мин. Осаждение бактериоцинов проводили сульфатом аммония до 90 % от насыщающей концентрации. Разделение осадка и культуральной жидкости осуществляли центрифугированием при 4200 об/мин в течение 40 мин. Осадок растворяли в 20 ммоль ацетатном буфере рН 5,0. Отделяли нерастворимый осадок центрифугированием в течение 30 мин при 4200 об/мин. Затем осадок ещё раз промывали в 20 ммоль ацетатном буфере рН 5,0 и повторно отделяли центрифугированием [16]. Осадок отбрасывали, а полученный в результате двух промывок осадка препарат использовали для определения антимикробной активности.
Для изучения свойств бактериоцинов проводили исследование их стабильности под действием температуры и активной кислотности среды.
Для изучения влияния температуры на стабильность бактериоцинов препараты бактериоцинов
выдерживали при температурах от 20 до 100 °С в течение 30 мин. Для исследования влияния рН к выделенным бактериоцинам прибавляли следующие буферы: цитратный (рН 2,0 и 3,0), ацетатный (рН 4,0 и 5,0), фосфатный (рН 6,0 и 7,0), Tris-буфер и боратный буфер (рН 9,0 и 10,0) и выдерживали при 0 °С в течение суток.
о
"й
-а
о
ä S о s ю
я
Л &
(D
я и о
К
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
Результаты и их обсуждение
Для определения температуры, оптимальной для культивирования штаммов и наработки бакте-риоцинов, проводили исследования зависимости прироста биомассы от температуры. Температуру варьировали от 25 до 37 °С. Результаты представлены на рис. 1-3.
1
Рис. 1. Влияние температуры (25±2) °С на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endophеticus; 2 - Bacillus licheniformis
Анализируя данные, приведенные на рис. 1, сделали заключение, что при культивировании штаммов микроорганизмов при температуре (25±2) °С у штамма Bacillus endophеticus наблюдалась макси-
мальная концентрация биомассы, ее значение составило 3,36 мг/см3. Для штамма Bacillus licheniformis наибольшая концентрация биомассы составила
2,9 мг/см
3
4,0
3 3м /с г/ S 3,5
ы с с а ма о и б 3,0
2,5
аци тр н е ц н 2,0 1,5
о К 1,0
i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Продолжительность, ч
Рис. 2. Влияние температуры (30±2) °С на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endophеticus; 2 - Bacillus licheniformis
При анализе данных, представленных на рис. 2, сделали заключение, что при осуществлении культивирования при температуре (30±2) °С меньший прирост биомассы наблюдался у штамма Bacillus licheniformis, максимальная концентрация которого достигла значения 3,51 мг/см3. У штамма Bacillus endophеticus максимальная концентрация биомассы составила 3,68 мг/см3 при культивировании в течение 18 ч, затем при продолжении культивирования
наблюдалось незначительное уменьшение концентрации.
Графики, приведенные на рис. 3, свидетельствуют о том, что при температуре культивирования (37±2) °С максимальные значения концентрации биомассы исследуемых штаммов соответствуют следующим значениям: Bacillus licheniformis - 3,15; Bacillus endophеticus - 3,36 мг/см3. Таким образом, максимальное накопление биомассы при температу-
2
1
ре культивирования (37±2) °С обнаружили у штамма Bacillus endopheticus, минимальное - у штамма Bacillus licheniformis.
Дальнейшие исследования направлены на изучение влияния активной кислотности среды
на прирост биомассы. Исследования проводили при следующих значениях активной кислотности: 6,0; 6,5; 8,0. Культивирование проводили при температуре (30±2) °С в течение 24 ч. Результаты представлены на рис. 4-6.
о
"й
-а
о о Л
S о s ю
(D
Я
и
о «
4 6 8 10 12 14 Продолжительность, ч
16 18 20 22
Рис. 3. Влияние температуры (37±2) °С на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endopheticus; 2 - Bacillus licheniformis
о u
-a
о о Л
S о s ю
& и
<D
я и о
Ы
X
-|-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-10 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Продолжительность, ч
Рис. 4. Влияние pH 6,0 на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endopheticus; 2 - Bacillus licheniformis
По данным, приведенным на рис. 4, сделали заключение, что при осуществлении культивирования штаммов микроорганизмов при температуре (30±2) °С и активной кислотности среды 6,0 максимальную интенсивность прироста биомассы наблюдали у штамма Bacillus endopheticus, при этом концентрация биомассы составила 3,75 мг/см3, у штамма Bacillus licheniformis концентрация биомассы составила 3,5 мг/см3.
По данным, отраженным на рис. 5, можно сделать заключение о том, что при исследовании прироста биомассы при pH 6,5 штамм микроорганизмов
Bacillus licheniformis показал наименьший прирост биомассы с соответствующей концентрацией 3,78 мг/см3. Для штамма Bacillus endopheticus максимальное значение концентрации биомассы составило 4,23 мг/см3.
Проведя анализ данных, приведенных на рис. 6, сделали вывод, что максимальные концентрации биомассы исследуемых штаммов соответствовали следующим значениям: Bacillus licheniformis -2,9 мг/см3; Bacillus endopheticus - 3,2 мг/см3. Из вышесказанного следует, что штамм Bacillus licheni-formis проявил наименьшую интенсивность роста.
1
2
2
1
2
з
о о cd
5 о s ю те
s ^
cd
6
X
CD tf
X о
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Продолжительность, ч
Рис. 5. Влияние pH 6,5 на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endophßticus; 2 - Bacillus licheniformis
2
о
Л
с с
cd
S
о
и
Ю
те
и х
cd тр
н е X н о
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Продолжительность, ч
Рис. 6. Влияние pH 8,0 на концентрацию биомассы исследуемых штаммов: 1 - Bacillus endophßticus; 2 - Bacillus licheniformis
При исследовании влияния температуры и pH на стабильность бактериоцинов определяли антагонистическую активность выделенных бакте-
риоцинов по отношению к тест-культуре E. ^li. Исследование проводили при температурах от 20 до 100 °С. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Зависимость зон ингибирования от температуры
Штамм микроорганизмов Температура, °С
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Bacillus endophyticus 12 12 12 12 12 11 9 - -
Bacillus licheniformis 13 13 13 13 13 13 10 - -
По результатам проведенного исследования обнаружили, что бактериоцины штамма Bacillus en-dopheticus стали терять свою активность при температуре 70 °С. У бактериоцинов штамма Bacillus licheniformis наблюдалось уменьшение антагонистической активности при температуре 80 °С. Полная потеря антагонистической активности у бактериоцинов исследуемых штаммов наблюдалась при температурах 90 и 100 °С, что свидетельствует об отсутствии стабильности бактериоцинов при этих температурах.
Для определения стабильности бактериоцинов при различных значениях pH исследовали их способность сохранять антимикробные свойства при pH от 2,0 до 10,0.
Для проведения исследования бактериоцины выдерживали в буферах с разной активной кислотностью, использовали следующие виды буферов: цит-ратный, ацетатный, фосфатный, боратный и трис-буфер. Результаты исследований представлены в табл. 2.
Таблица 2
Зависимость зон ингибирования от рН
Штамм микроорганизмов pH
2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Bacillus endopheticus - - - 9 10 12 8 - -
Bacillus licheniformis - - - 10 12 13 11 - -
Анализируя полученные данные, сделали вывод о том, что бактериоцины штаммов Bacillus en-dophеticus и Bacillus licheniformis не проявили ин-гибирующей активности при pH от 2,0 до 4,0. По мере повышения pH активность бактериоцинов росла и достигла максимального предела при pH 7,0. В кислой среде бактериоцины стали терять свою активность: при pH 8,0 их активность начала уменьшаться, а при pH 9,0 и 10,0 наблюдалось ее полное отсутствие. Максимальная антимикробная активность бактериоцинов, продуцируемых штаммами Bacillus endophеticus и Bacillus licheniformis, наблюдалась при pH 7,0.
Выводы
При исследовании оптимальной температуры культивирования штаммов Bacillus endophеticus и Bacillus licheniformis выявили, что наименьший прирост биомассы у исследуемых штаммов микроорганизмов обнаружен при температуре культивирования (25±2) и (37±2) °С. Наибольший прирост биомассы наблюдался при температуре культивирования (30±2) °С. Таким образом, сделали вывод о том, что данная температура являлась оптимальной для культивирования штаммов.
При определении оптимальной активной кислотности среды сделали выводы о том, что при pH 6,0 и pH 8,0 у исследуемых штаммов наблюдалась достаточно низкая интенсивность роста, что подтверждалось низкими значениями концентрации биомассы. При проведении культивирования штаммов при pH 6,5 наблюдалась наибольшая концентрация биомассы, что также говорит о наиболее интенсивном росте штаммов микроорганизмов. В
связи с вышесказанным pH 6,5 являлось оптимальным для осуществления культивирования штаммов Bacillus endophеticus и Bacillus licheniformis.
В связи с тем, что в промежутке от 0 до 18 ч происходил основной прирост биомассы, приняли решение проводить культивирование штаммов в дальнейшем в течение 18 ч.
При изучении чувствительности бактериоцинов к воздействию температуры и pH бактериоцины проявили наибольшую стабильность при нейтральной кислотности среды, в кислой среде бактерио-цины потеряли свои антимикробные свойства. Бактериоцины штаммов Bacillus endophеticus и Bacillus licheniformis сохраняли свою стабильность при температурах, не превышающих 80 °С. При температуре 80 °С наблюдалась незначительная потеря их активности, и под воздействием температур 90 и 100 °С активность отсутствовала.
Определение оптимальных условий культивирования штаммов-продуцентов бактериоцинов позволило определить условия, в которых наблюдается максимальный прирост биомассы и, следовательно, максимальный синтез бактерио-цинов. Изучение чувствительности бактериоци-нов к действию температур и pH позволило получить информацию об их стабильности. Полученные результаты исследований представляют ценность и могут быть использованы для разработки лекарственных препаратов нового поколения на основе бактериоцинов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, договор № 3/16 от 14.03.2016 г.
Список литературы
1. Charbon et septicemia / L. Pasteur, J. F. Joubert // Soc. Biol. Paris. - 1877. - Vol. 85. - P. 101-115.
2. Bacteriocins of Gram-Positive Bacteria / J. R. Tagg, A. S. Dajani, W. L.Wannamaker // Bacteuological reviews. -1976. - P. 722-756.
3. Study of biocompatibility and antitumor activity of lactic acid bacteria isolated from the human gastrointestinal tract / A.Y. Prosekov, L.S. Dyshlyuk, I.S. Milentieva, S.A. Sukhikh, O.O. Babich, S.A. Ivanova, V.A. Pavsky, M.V. Shishin, L.V. Matsko-va // International Journal of Pharmacy and Technology. - 2016. - Vol. 8, № 2. - P. 13647-13661.
4. The pyocins of Pseudomonas aeruginosa / Y. Michel-Briand, C. Bayss // Biochimie. - 2002. - Vol. 5. - P. 499-510.
5. Colicin crystal structures: pathways and mechanisms for colicin insertion into membranes / S.D. Zakharova, W.A. Cramer // Biochim. Biophys. Acta. - 2002. - Vol. 2. - P. 333-346.
6. Importation of nuclease colicins into E.coli cells: endoproteolytic cleavage and its prevention by the immunity protein / M. Zamaroczy, R.H. Buckingham // Biochimie. - 2002. - Vol. 5. - P. 423-432.
7. Evidence for the role of DNA strand passage in the mechanism of action of microcin B17 on DNA gyrase / O.A. Pierrat, A. Maxwell // Biochemistry. - 2005. - Vol. 11. - P. 4204-4215.
8. Molecular structures and functions of pyocins S1 and S2 in Pseudomonas aeruginosa / Y. Sano, H. Matsui, M. Koba-yashi, M. Kageyama // J. Bacteriol. - 1993. - Vol. 10. - P. 2907-2916.
9. The modes of action of colicins E5 and D, and related cytotoxic tRNases / H. Masaki, T. Ogawa // Biochimie. - 2002. -Vol. 5. - P. 433-438.
10. Ton-dependent colicins and microcins: modular design and evolution / V. Braun, S.I. Patzer, K. Hantke // Biochimie. -2002. - Vol. 5. - P. 365-380.
11. Treatment of experimental Escherichia coli infection in mice with colicine V / H.W. Smith, M.B. Huggins // J. Med. Microbiol. - 1977. - Vol. 4. - P. 479-482.
12. Гольдина, О.А. Мазь пиолизин - эффективное средство монотерапии в широкой дерматологии / О.А. Гольдина, Ю.В. Горбачевский // Поликлиника. - 2010. - № 2. - C. 104-109.
13. A predicted S-type pyocin shows a bactericidal activity against clinical Pseudomonas aeruginosa isolates through membrane damage / H. Ling, N. Saeidi, B.H. Rasouliha, M.W. Chang // FEBS Lett. - 2010. - 584. - Vol. 15. - P. 3354-3358
14. Antineoplastic properties of bacteriocins: revisiting potential active agents / G. Cornut, C. Fortin, D. Soulières // Am. J. Clin. Oncol. - 2008. - Vol. 4. - P. 399-404.
15. Genetically engineered bacteriocins and their potential as the next generation of antimicrobials / O. Gillor, L.M. Nigro, M.A. Riley // Cur. Pharm. Des. - 2005. - Vol. 8. - P. 1067-1075.
16. Луценко, Н.Г. Начала биохимии: курс лекций / Н.Г. Луценко; РХТУ им. Д.И. Менделеева. - М.: МАЙК «Наука/Интерпериодика», 2002. - 124.
DETERMINATION OF OPTIMUM CULTIVATION CONDITIONS FOR SYNTHESIS OF BACTERIOCINS WITH BACILLUS ENDOPHYTICUS AND BACILLUS LICHENIFORMIS STRAINS AND THEIR STABILITY INVESTIGATION
M.I. Zimina1*, A.Yu. Prosekov2, S.A. Sukhikh1, O.O. Babich2, S.Yu. Noskova1
1 Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University), 47, Boulevard Stroiteley, Kemerovo, 650056, Russia
2 Kemerovo State University 6, Krasnaya Street, Kemerovo, 650043, Russia
*e-mail: mariia.zimina@list.ru
Received: 21.09.2016 Accepted: 24.10.2016
Bacteriocins are substances of protein nature which have antimicrobial properties. Due to the wide spectrum of antagonistic activity which bacteriocins of some microorganisms have, they have the potential for being used as components of antibacterial drugs. Due to the widespread problem of antibiotic resistance of many bacterial strains that cause human diseases, the studying of bacteriocins is particularly relevant as they may be an alternative to antibiotics. Despite the popularity of researches devoted to the study of bacteriocins properties in recent years, many bacteriocins have not been discovered yet and this field of research is relevant. Thus the aim our research is determination of the optimum conditions for cultivation of Bacillus endopheticus and Bacillus licheniformis strains producing bacteriocins for increasing the efficiency of their synthesis, and studying the stability of bacteriocins. Optimum conditions for cultivation of Bacillus endopheticus and Bacillus licheniformis strains have been determined. They are the temperatures from 25 to 37 °C and the acidity of the medium from 6.5 to 8.0. The maximum growth of strains is observed at the temperature of 30 °C and pH 6.5. The influence of temperature and pH on bacteriocins sensitivity has been studied. Bacteriocins are proved to be stable at a neutral pH and a temperature not higher than 80 °C. Antagonistic activity of bacteriocins subjected to different temperatures and pH towards Escherichia coli strain has been determined using a disk diffusion method. The research results are valuable for the development of novel medicinal preparations based on bacteriocins.
Bacteriocins, the optimum condition of cultivation, stability, antagonistic activity
References
1. Pasteur L. and Joubert J.F. Charbon et septicemia. Soc. Biol. Paris., 1877, vol. 85, pp. 101-115.
2. Tagg J.R., Dajani A.S., and Wannamaker W.L. Bacteriocins of Gram-Positive Bacteria. Bacteuological reviews, 1976, pp. 722-756
3. Prosekov A.Yu., Dyshlyuk L.S., Milentieva I.S., et al. Study of biocompatibility and antitumor activity of lactic acid bacteria isolated from the human gastrointestinal tract. International Journal of Pharmacy and Technology, 2016, vol. 8, no. 2, pp. 13647-13661.
4. Michel-Briand Y. and Bayss C. The pyocins ofPseudomonas aeruginosa. Biochimie, 2002, vol. 5, pp. 499-510.
5. Zakharova S.D. and Cramer W.A. Colicin crystal structures: pathways and mechanisms for colicin insertion into membranes. Biochim. Biophys. Acta, 2002, vol. 2, pp. 333-346.
6. Zamaroczy M. and Buckingham R.H. Importation of nuclease colicins into E.coli cells: endoproteolytic cleavage and its prevention by the immunity protein. Biochimie, 2002, vol. 5, pp. 423-432.
7. Pierrat O.A. and Maxwell A. Evidence for the role of DNA strand passage in the mechanism of action of microcin B17 on DNA gyrase. Biochemistry, 2005, vol. 11, pp. 4204-4215.
8. Sano Y., Matsui H., Kobayashi M., and Kageyama M. Molecular structures and functions of pyocins S1 and S2 in Pseudomonas aeruginosa. J. Bacteriol., 1993, vol. 10, pp. 2907-2916.
9. Masaki H. and Ogawa T. The modes of action of colicins E5 and D, and related cytotoxic tRNases. Biochimie, 2002, vol. 5, pp. 433-438.
10. Braun V., Patzer S.I., and Hantke K. Ton-dependent colicins and microcins: modular design and evolution. Biochimie, 2002, vol. 5, pp. 365-380.
11. Smith H.W. and Huggins M.B. Treatment of experimental Escherichia coli infection in mice with colicine V. J. Med. Microbiol., 1977, vol. 4, pp. 479-482.
12. Gol'dina O.A. and Gorbachevskiy Yu.V. Maz' piolizin - effektivnoe sredstvo monoterapii v shirokoy dermatologii [Ointment Pyolysin - Effective agent of monotherapy in broad of dermatology]. Poliklinika [Policlinic], 2010, no. 2, pp. 104-109.
13. Ling H., Saeidi N., Rasouliha B.H., and Chang M.W. A predicted S-type pyocin shows a bactericidal activity against clinical Pseudomonas aeruginosa isolates through membrane damage. FEBSLett, 2010, no. 584, vol. 15, pp. 3354-3358.
14. Cornut G., Fortin C., and Soulieres D. Antineoplastic properties of bacteriocins: revisiting potential active agents. Am. J. Clin. Oncol, 2008, vol. 4, pp. 399-404.
15. Gillor O., Nigro L.M., and Riley M.A. Genetically engineered bacteriocins and their potential as the next generation of antimicrobials. Cur. Pharm. Des., 2005, vol. 8, pp. 1067-1075.
16. Lutsenko N.G. Nachalo biokhimii [Beginning of Biochemistry]. Moscow, MAIK "Nauka/Interperiodica" 2002. 124 p.
Дополнительная информация / Additional Information
Определение оптимальных условий культивирования для синтеза бактериоцинов штаммами Bacillus en-dopheticus и Bacillus Licheniformis и изучение их стабильности / М.И. Зимина, А.Ю. Просеков, С.А. Сухих, О.О. Бабич, С.Ю. Носкова // Техника и технология пищевых производств. - 2016. - Т. 43. - № 4. - С. 22-29.
Zimina M.I., Prosekov A.Yu., Sukhikh S.A., Babich O.O., Noskova S.Yu. Determination of optimum cultivation conditions for synthesis of bacteriocins with Bacillus Endophyticus and Bacillus Licheniformis strains and their stability investigation. Food Processing: Techniques and Technology, 2016, vol. 43, no. 4, pp. 22-29. (In Russ.)
Зимина Мария Игоревна
научный сотрудник НИИ биотехнологии, ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)», 650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, 47, e-mail: mariia.zimina@list.ru
Просеков Александр Юрьевич д-р техн. наук, профессор РАН, и.о. ректора, ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650043, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6, тел.: +7 (3842) 58-12-26
Сухих Станислав Алексеевич канд. техн. наук, директор НИИ биотехнологии, ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)», 650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, 47, тел.: +7 (3842) 68-06-83, e-mail: stas-asp@mail.ru
Бабич Ольга Олеговна д-р техн. наук, проректор по науке и инновациям, ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650043, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, 6, тел.: +7 (3842) 58-28-39, e-mail: olich.43@mail.ru
Носкова Светлана Юрьевна канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры био-нанотехнологии, ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)», 650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, 47, тел.: +7 (3842) 39-05-37, e-mail: ykrum@mail.ru
Mariya I. Zimina
Researcher of the Research Institute of Biotechnology, Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University), 47, Boulevard Stroiteley, Kemerovo, 650056, Russia, e-mail: mariia.zimina@list.ru
Aleksander Yu. Prosekov Dr.Sci.(Eng.), Professor RAS, Acting Rector, Kemerovo State University, 6, Krasnaya Str., Kemerovo, 650043, Russia, phone: +7 (3842) 58-12-26
Stanislav A. Sukhikh Cand.Sci.(Eng.), Director of the Research Institute of Biotechnology, Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University), 47, Boulevard Stroiteley, Kemerovo, 650056, Russia, phone: +7 (3842) 68-06-83, e-mail: stas-asp@mail.ru
Olga O. Babich
Dr.Sci.(Eng.), Acting Vice-Rector for Science and Innovations, Kemerovo State University, 6, Krasnaya Str., Kemerovo, 650043, Russia, phone: +7 (3842) 58-28-39, e-mail: olich.43@mail.ru
Svetlana Yu. Noskova Cand.Sci.(Eng.), Senior Lecturer of the Department of Biona-notechnology, Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University), 47, Boulevard Stroiteley, Kemerovo, 650056, Russia, phone: +7 (3842) 39-05-37, e-mail: ykrum@mail.ru
C^D
