CC BY
55
МИКРОБИОЛОГИЯ -
УДК 579.61 Оригинальная статья
ОЦЕНКА АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ ПОЛИАЗОЛИДИНАММОНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО ГИДРАТ-ИОНАМИ ЙОДА, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
М.М. Вакараева — ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.», кафедра экологии, аспирант; В. Ю. Ульянов — ФГБУ «Саратовский НИИТО» Минздрава России, отдел инновационных проектов в нейрохирургии и вертебрологии, старший научный сотрудник, кандидат медицинских наук; О. В. Нечаева — ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского» Минздрава России, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии, ассистент, кандидат биологических наук; И. О. Лунева — ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского» Минздрава России, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии, доцент, кандидат медицинских наук; Е. И. Тихомирова — ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.», кафедра экологии, заведующая кафедрой, профессор; О. Г. Шаповал — ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского» Минздрава России, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии, ассистент, кандидат медицинских наук; Д. А. Заярский — ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.», кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, кандидат технических наук.
ASSESSMENT OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF POLYAZOLIDINAMMONIUM MODIFIED BY IODINE HYDRATE IONS DEPENDING ON ITS PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS
M. M. Vakaraeva — Saratov Yuri Gagarin State Technical University, Department of Ecology, Post-graduate; V. Yu. Uljanov — Saratov Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Department of Innovative Projects in Neurosurgery and Verte-brology, Senior Research Assistant, Candidate of Medical Science; O. V. Nechaeva — Saratov State Medical University n.a. V. I. Ra-zumovsky, Department of Microbiology, Virology and Immunology, Assistant, Candidate of Biological Science; I. O. Luneva — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Microbiology, Virology and Immunology, Assistant Professor, Candidate of Medical Science; E. I. Tikhomirova — Saratov Yuri Gagarin State Technical University, Head of Department of Ecology, Professor, Doctor of Biological Science; O. G. Shapoval — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Microbiology, Virology and Immunology, Assistant, Candidate of Medical Science; D. A. Zayarsky — Saratov Yuri Gagarin State Technical University, Department of Information Security of Automated Systems, Assistant, Candidate of Technical Science.
Дата поступления — 4.07.2015 г Дата принятия в печать — 28.08.15 г.
Вакараева М. М., Ульянов В. Ю., Нечаева О. В., Лунева И. О., Тихомирова Е. И., Шаповал О. Г., Заярский Д. А. Оценка антимикробной активности полиазолидинаммония, модифицированного гидрат-ионами йода, в зависимости от его физико-химических характеристик. Саратовский научно-медицинский журнал 2015; 11 (3): 255-257.
Цель: изучить антимикробную активность вариантов полимерного соединения полиазолидинаммония, модифицированного гидрат-ионами йода (ПААГ-М), в зависимости от длины полимерной цепи и концентрации гидрат-ионов йода в отношении стандартных штаммов грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также микроскопических грибов. Материал и методы. Используя метод серийных разведений, определили показатели минимальной подавляющей концентрации в отношении исследуемых микроорганизмов для всех вариантов исследуемого полимерного соединения. Результаты. Установлена высокая чувствительность Escherichia coli 113-13 и Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 к вариантам ПААГ-М с молекулярной массой <100 и 100-200 кДА, а Staphylococcus aureus 209 P — к вариантам с молекулярной массой 200-350 и 400-500 кДа. Показана прямая зависимость чувствительности всех исследуемых микроорганизмов при повышении концентрации гидрат-ионов йода в составе полимера. Стандартный штамм Candida albicans 13108 проявил чувствительность к вариантам полимера с максимальной концентрацией гидрат-ионов йода. Заключение. Полученные результаты позволяют осуществлять выбор наиболее эффективных химиотерапевтических антимикробных препаратов в зависимости от биологических свойств возбудителя инфекционного процесса.
Ключевые слова: полиазолидинаммоний модифицированный гидрат-ионами йода, антимикробная активность.
Vakaraeva MM, Uljanov VYu, Nechaeva OV, Luneva IO, Tikhomirova EI, Shapoval OG, Zayarskiy DA. Assessment of antimicrobial activity of polyazolidinammonium modified by iodine hydrate ions depending on its physical and chemical characteristics. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2015; 11 (3): 255-257.
Aim: to study antimicrobial activity of variants of polymeric compound polyazolidinammonium modified by iodine hydrate-ions (pAaG-M), depending on the polymeric chain length and concentration of the iodine hydrate-ions against standard strains of gram-positive and gram-negative bacteria as well as microscopic fungi. Materials and methods. Minimum inhibitory concentrations of all variants of the polymeric compound for tested microbial strains have been determined by using serial dilution method. Results. High sensitivity of Escherichia coli 113-13 and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 was shown to the variants of PAAG-M with molecular weight <100 and 100-200 kD. Staphy-
256
МИКРОБИОЛОГИЯ
lococcus aureus 209 P was more sensitive to the variants with molecular weight 200-350 and 400-500 kD. Direct relation of sensitivity was demonstrated for all microbial strains on the increase of iodine hydrate-ions concentration in the polymeric compound. Standard strain Candida albicans 13108 was sensitive to variants of the polymer with maximum iodine hydrate-ions concentration. Conclusion. The received results allow to carry out a choice of the most effective chemotherapeutic antimicrobic preparations depending on biological properties of the activator of infectious process.
Key words: polyazolidinammony modified by iodine hydrate-ions, antimicrobial activity.
Введение. Множественная лекарственная устойчивость госпитальных штаммов условно-патогенных бактерий приобрела характер глобальной проблемы современной антимикробной терапии [1-3]. Поиск новых химиотерапевтических средств с антимикробной активностью по-прежнему сохраняет свою актуальность как одно из направлений ее решения [4, 5]. В последнее время ведется поиск высокоэффективных препаратов с антимикробными свойствами среди полимерных соединений, которые характеризуются низкой токсичностью и повышенной биодоступностью [6, 7]. Оценка антимикробных свойств полимера — полиазолидинаммония, модифицированного гидрат-ионами йода (ПААГ-М), относящегося к IV классу токсичности, показала широкий спектр его активности в отношении как стандартных, так и клинических штаммов грамположительных и грамо-трицательных бактерий, микроскопических грибов и некоторых вирусов [8, 9]. Однако для повышения эффективности антимикробного действия необходимо учитывать особенности биологии возбудителя, в том числе связанные со строением микробных клеток. Поэтому целью исследования явилось изучение антимикробных свойств модификаций ПААГ-М в зависимости о молекулярной массы полимерной цепи и концентрации гидрат-ионов йода в препарате.
Материал и методы. В исследованиях использовали различные варианты ПААГ-М, отличающиеся физико-химическими свойствами: длиной полимерной цепи (<100, 100-200, 200-350 и 400-500 кДа) и содержанием гидрат-ионов йода (таблица).
Модификации полимера ПААГ-М с различным содержанием гидрат-ионов йода
№ п/п Лабораторный шифр варианта полимера Содержание гидрат-ионов йода
1 ПААГ-М6 6 мкг/мл
2 пааг-м125 12,5 мкг/мл
3 пааг-м25 25 мкг/мл
4 пааг-м50 50 мкг/мл
coli 113-13, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus aureus 209 P, Candida albicans 13108 Результаты. Оценка антимикробной активности ПААГ-М в зависимости от длины полимерной цепи показала, что стандартные штаммы грамотрицатель-ных бактерий проявили высокую чувствительность к варианту полимера с наименьшей молекулярной массой (рис. 1). Так, для E. coli 113-13 значения МПК ПААГ-М6 с длиной полимерной цепи <100 кДА составили 16 мкг/мл, а с длиной полимерной цепи 100200 кДА — 32 мкг/мл. Для P. aeruginosa АТСС 27853 значения МПК данных вариантов полимера составили 32 мкг/мл в обоих случаях. Увеличение молекулярной массы полимера приводило к снижению его антимикробной активности в отношении грамотрица-тельных бактерий.
Антимикробную активность исследуемых соединений изучали с использованием метода серийных разведений (МУК 4.2.1890-04.) с определением минимальной подавляющей концентрации (МПК) каждого варианта препарата [10]. Образцы исследуемых соединений разводили в стерильной дистиллированной воде до получения рабочей концентрации 1000 мкг/мл, а затем получали ряд последовательных двойных разведений в жидкой питательной среде. В качестве экспериментальных моделей использовали стандартные штаммы грамотрицательных и грамположительных бактерий и микроскопических грибов музея кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии Саратовского государственного медицинского университета им. В. И. Разумовского: Escherichia
Рис. 1. Зависимость биологической активности ПААГ-М от длины полимерной цепи
Стандартный штамм S. aureus 209P проявил большую чувствительность к варианту полимера с молекулярной массой 200-350 и 400-500 кДа, для которых значения МПК составили 16 и 32 мкг/мл соответственно.
Увеличение концентрации гидрат-ионов йода в составе полимера приводило к повышению эффективности антимикробного действия всех вариантов ПААГ-М, что выражалось в снижении показателей МПК (рис. 2). Однако общая тенденция избирательного характера действия на грамположительные и грамотрицательные бактерии в зависимости от величины молекулярной массы сохранялась для всех вариантов полимера.
Рис. 2. Зависимость антимикробной активности ПААГ-М от концентрации гидрат-ионов йода
Ответственный автор — Нечаева Ольга Викторовна
Тел.: (8452) 669818
E-mail: [email protected]
Наименьшая эффективность полимерного соединения ПААГ-М была отмечена в отношении стан-
Саратовский научно-медицинский журнал. 2015. Т. 11, № 3.
MICROBIOLOGY
257
дартного штамма микроскопических грибов C. albicans 13108. В ходе проведенного исследования нам не удалось установить зависимость противогрибковой активности ПААГ-М от длины полимерной цепи: варианты полимера ПААГ-М6 и ПААГ-М125 не обладали противогрибковой активностью даже при использовании самых высоких рабочих концентраций препаратов.
Однако показано, что противогрибковая активность ПААГ-М зависела от концентрации гидрат-ионов йода в составе препарата: ПААГ-М6 и ПААГ-М125 не проявили антимикробной активности в отношении C. albicans 13108, повышение концентрации гидрат-ионов йода до 25 и 50 мкг/мл в составе препаратов ПААГ-М25 и ПААГ-М50 приводило к появлению противогрибковой активности исследуемых препаратов, хотя значения МПК были достаточно высокими и составили 500 и 250 мкг/мл соответственно.
Обсуждение. Большая эффективность вариантов полимера с низкой молекулярной массой в отношении грамотрицательных бактерий связана с особенностями строения их клеточной стенки. Единственным местом проникновения в клетку различных веществ являются пориновые каналы, представляющие собой систему интегральных белков, через которые способны проходить химические соединения только с определенной молекулярной массой и пространственной организацией. Сильное дестабилизирующее действие на мембраны клеток оказывают низкомолекулярные катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), к которым относятся варианты ПААГ-М с молекулярной массой <100 и 100-200 кДа.
Для грамположительных бактерий важнейшим условием взаимодействия соединений с микробной клеткой является способность функционально активных групп к межмолекулярной ассоциации с компонентами клеточной стенки. В составе исследуемых вариантов ПААГ-М основным действующим компонентом являются гидрат-ионы йода.
Заключение. Полученные результаты позволяют осуществлять выбор наиболее эффективных препаратов, характеризующихся антимикробной активностью, с заданными физико-химическими характеристиками, что обеспечит большую избирательность их действия в отношении возбудителей инфекционных заболеваний с учетом особенностей их биологических свойств.
Конфликт интересов не заявляется.
References (Литература)
1. Kozlov RS. Clinical value of resistance grampolozhitel-nykh of bacteria. Infektsii v khirurgii 2009; 7 (1): 3-10 Rus-
sian (Козлов Р С. Клиническое значение резистентности грамположительных бактерий. Инфекции в хирургии 2009; 7 (1): 3-10.)
2. Reshed'ko GK, Ryabkova EL, Krechikova OI, et al. An-tibiotikorezistentnost the gramotritsatelnykh of activators the nozokomialnykh in intensive care units and intensive therapy of Russia. Klin Mikrobiol Antimikrob Khimioter 2008; 10 (2): 96112 Russian (Решедько Г. К., Рябкова Е. Л., Кречикова О. И. и др. Антибиотикорезистентность грамотрицательных возбудителей нозокомиальных в отделениях реанимации и интенсивной терапии России. Клин Микробиол Антимикроб Химиотер 2008; 10 (2): 96-112.)
3. Gloede J, Scheerans C, Derendorf H, et al. In vitro pharma-codynamic models to determine the effect of antibacterial drugs. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2010; 65 (2): 186-201.
4. Gol'tseva EV. Mechanisms of emergence and way of overcoming of resistance at various medicines. Voprosy biologich-eskoy, meditsinskoy i farmatsevticheskoy khimii 2013; (6): 7-9. Russian (Гольцева Е. В. Механизмы возникновения и пути преодоления резистентности у различных лекарственных препаратов. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии 2013; (6): 7-9.)
5. Nechaeva OV, Tikhomirova EI, Shurshalova NF, et al. Prospects of use of heterocyclic compounds in medicobiologi-cal practice. Saratov, 2013; 120 р. Russian (Нечаева О. В., Тихомирова Е. И., Шуршалова Н. Ф. и др. Перспективы использования гетероциклических соединений в медико-биологической практике. Саратов, 2013; 120 с.)
6. Serebrennikova ES, Davydova VL, Gurina SV, et al. Studying of antimicrobic activity of some derivatives of alginic acid. Problemy meditsinskoy mikologii 2013; (4): 60-62. Russian (Серебренникова Е. С., Давыдова В. Л., Гурина С. В. и др. Изучение антимикробной активности некоторых производных альгиновой кислоты. Проблемы медицинской микологии 2013; (4): 60-62.)
7. Shtilman MI. Polymers in the drug systems. Rus J Bio-pharm. 2009; 1 (2): 5-14.
8. Nechaeva OV, Tikhomirova EI, Zayarskiy DA, et al. Anti-microbic activity a poliazolidinammoniya, the iodine modified hydrate ions. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii, immunobiologii 2015; (3): 88-92. Russian (Нечаева О. В., Тихомирова Е. И., Заярский Д. А. и др. Антимикробная активность полиазолидинаммония, модифицированного гидрат-ионами йода. Журнал микробиологии, эпидемиологии, иммунобиологии 2015; (3): 88-92.)
9. Nechaeva OV, Ul'yanov VYu, Zayarskiy DA, et al. Influence of biocompatible polymeric connection on survival of causative agents of invasive mycoses. Problemy meditsinskoy mi-kologii 2014; 6 (2): 106. Russian (Нечаева О. В., Ульянов В. Ю., Заярский Д. А. и др. Влияние биосовместимого полимерного соединения на выживаемость возбудителей инвазивных микозов. Проблемы медицинской микологии 2014; 6 (2): 106.)
10. Determination of sensitivity of microorganisms to an-tibaterialny preparations. MUK 4.2.1890-04. M.: Izdatel'skiy otdel Federal'nogo tsentra Gossanepidnadzora Minzdrava RF, 2004; 91 р. Russian (Определение чувствительности микроорганизмов к антибатериальным препаратам. МУК 4.2.1890-04. М.: Издательский отдел Федерального центра Госсанэпиднадзора Минздрава РФ, 2004; 91 с.)
