Научная статья на тему 'Растительные метаболиты как регуляторы развития микробных биопленок (обзор)'

Растительные метаболиты как регуляторы развития микробных биопленок (обзор) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
1406
347
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МИКРОБНЫЕ БИОПЛЕНКИ / ЧУВСТВО КВОРУМА / ГИДРОФОБНОСТЬ КЛЕТОК / АДГЕЗИЯ / АНТИБИОТИКОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ / ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ / MICROBIAL BIOFILMS / QUORUM SENSING / HYDROPHOBICITY CELL ADHESION / ANTIBIOTIC RESISTANCE / MEDICINAL PLANTS

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Маркова Юлия Александровна

В обзоре рассматриваются продукты растительного метаблизма как регуляторы развития бактериальных биопленок. Описаны пути их воздействия на биопленки: ингибирование системы чувства кворума, влияние на физико-химические свойства микробных клеток, факторы адгезии, устойчивость к антибиотикам. Показана перспективность использования экстрактов и отдельных соединений синтезируемых растениями для борьбы с инфекциями обусловленными биопленками.

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

PLANT METABOLITES AS REGULATORS OF DEVELOPMENT OF MICROBIAL BIOFILM (review)

The review covers the products of plant metabolism as regulators of bacterial biofilms. Described how they impact on biofilm: inhibition of quorum sensing, the effect on the physicochemical properties of microbial cell, adhesion factors, antibiotic resistance. Shown that the use of extracts and individual compounds synthesized by plants to fight infections caused by biofilms.

Текст научной работы на тему «Растительные метаболиты как регуляторы развития микробных биопленок (обзор)»

УДК579.61

Маркова Ю.А.

Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск E-mail: juliam06@mail.ru

РАСТИТЕЛЬНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ КАК РЕГУЛЯТОРЫ РАЗВИТИЯ МИКРОБНЫХ БИОПЛЕНОК (ОБЗОР)

В обзоре рассматриваются продукты растительного метаблизма как регуляторы развития бактериальных биопленок. Описаны пути их воздействия на биопленки: ингибирование системы чувства кворума, влияние на физико-химические свойства микробных клеток, факторы адгезии, устойчивость к антибиотикам. Показана перспективность использования экстрактов и отдельных соединений синтезируемых растениями для борьбы с инфекциями обусловленными биопленками.

Ключевые слова: микробные биопленки, чувство кворума, гидрофобность клеток, адгезия, антибиотикорезистентность, лекарственные растения.

Многоклеточное поведение бактерий привлекает большое внимание исследователей во всем мире. Наиболее хорошо изучено связанное с субстратом сообщество микроорганизмов, состоящее из одного или нескольких видов - биопленка. Клетки, входящие в состав биопленки, объединены матриксом, сформированным преимущественно из полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот, который служит защитой от неблагоприятных воздействий физического, химического и биологического происхождения [1]. Именно в виде биопленки бактерии существуют во внешней среде и колонизируют организмы, в том числе организм человека. Микробные биопленки играют ведущую роль в хронизации инфекционных заболеваний. Доказано их значение в развитии инфекций полости рта, мочевых путей, среднего уха и др. [2]. Большую обеспокоенность вызывает инфицирование медицинских имплантов, таких как катетеры, сердечные клапаны и суставные протезы. На фоне высокой антибиотикорезистен-тности многих патогенных и условно-патогенных бактерий, клетки в составе биопленки на несколько порядков более устойчивы к действию антибиотиков и дезинфектантов, что делает их практически неуязвимыми.

Одним из основных этапов развития биопленки является адгезия бактериальных клеток к твердой поверхности, что обусловливает их неподвижность. Однако известно и подвижное многоклеточное состояние прокариот - движение по поверхности или в толще субстрата по типу роения (swarming) [3]. С помощью этого типа движения популяция бактерий переходит из областей, где наблюдается истощение пищевых субстратов на новые, более благоприятные, места обитания. Сворминг обнаружен у представителей родов

Proteus, Vibrio, Bacillus, Clostridium, Chromobacterium, Escherichia, Salmonella, Azospirillum, Aeromonas, Yersinia, Serratia, Burkholderia, Pseudomonas и Sinorhizobium. Клетки в таком состоянии претерпевают значительные морфологические изменения. Они удлиняются, увеличивается количество флагелл. Такие клетки двигаются в составе групп или рафтов, организуясь параллельно своей длинной оси чтобы увеличить межклеточный контакт [4]. Как и биопленки, популяции бактерий в состоянии сворминга покрыты слоем гликолипид-ных биосурфактантов, таких как рамнолипиды (Pseudomonas), сурфактин (Bacillus) серраветтин (Serratia), снижающих поверхностное натяжение и защищающих от неблагоприятных воздействий, в том числе антибиотиков [3].

Считается, что биопленка и состояние свор-минга являются противоположными стилями жизни микробной популяции. Сворминг часто сопутствует процессу разрушения биопленки. Показано, что несмотря на то, что в этих состояниях присутствует внеклеточный матрикс, состав полисахаридов различается. Так было выявлено, что отсутствие серраветтина ингибирует сворминг S. marcescens и способствует формированию биопленки [4]. Получены данные, свидетельствующие о том, что высокие уровни рамно-липидов могут препятствовать формированию биопленок P. aeruginosa [4]. Состояние свормин-га менее изучено, чем биопленки, тем не менее есть все основания предполагать, что сворминг также играет важную роль при патогенезе.

Как было сказано выше, современные меры борьбы с микроорганизмами, испытанные ранее на одиночных клетках, практически не действуют на многоклеточные микробные формирования, как прикрепленные к субстрату, так и

подвижные. Поэтому ведется активный поиск эффективных средств, способствующих разрушению биопленок и препятствующих их возникновению [5]. Одним из направлений такого поиска является изучение антимикробного потенциала лекарственных растений и/или соединений растительного происхождения [6].

Растения издавна являются источником лекарственных средств, используемых как народной, так и современной медициной. Считается, что из более 350 000 видов высших растений, описанных к настоящему времени, химический состав изучен только у 5-10%, а так как каждый вид растения может содержать 500-800 перспективных для использования веществ, потенциал для открытия новых лекарственных соединений в этом ресурсе практически неисчерпаем [7].

Большое количество соединений, обладающих антибактериальными свойствами, связано с тем, что растения в силу своего стиля жизни тесно связаны с миром микроорганизмов и поэтому были вынуждены развить специфиче-кую регуляцию, позволяющую им поддерживать оптимальное количество симбионтных бактерий в своих тканях и элиминировать фи-топатогенные виды [8].

Как правило, антибактериальной активностью обладают вторичные метаболиты растений - флавоноиды, алкалоиды, терпены. Однако, при изучении суммарных растительных экстрактов нельзя не учитывать влияние таких соединений как сахара и аминокислоты, которые также способны воздействовать на жизнедеятельность микроорганизмов [9].

Разрушающее действие на биопленки, формируемые Salmonella, Listeria, Pseudomonas, Stahylococcus и Lactobacillus spp. продемонстрировали эфирные масла ряда декоративных растений [7]. Исследованиями Jagani et al. (2009) показано, что фенольные соединения значительно снижали формирование биопленок Pseudomonas aeruginosa [10]. Действие феноль-ных соединений на биопленки было подтверждено Borges et al. (2012), который обнаружил, что галловая и феруловая кислоты ингибиро-вали подвижность и предотвращали формирование биопленок E. coli, L. monocytogenes, P. aeruginosa и S. aureus [11]. Ранее, Muller et al. [7] выявил, что внесение 5 мМ салициловой кислоты в среду ингибировало и рост и формирование биопленок Staphylococcus epidermidis до 55%. Урсулиновая кислота (10 мг/мл) способна сни-

жать формирование биопленок E. coli на 79% и V. harveyi и P. aeruginosa PAO1 на 57%-95% [7].

Недавно появились исследования, объясняющие антимикробный и антибиопленочный механизмы действия растительных метаболитов. Показано, что экстракты растений или отдельные соединения действуют на чувство кворума бактерий [7], их способность к адгезии [12], поверхностные свойства клеток [12], [13], влияют на их подвижность [12], [13], экспрессию генов участвующих в биопленкообразовании [12] и т. д. Есть сведения, что растительные метаболиты способны действовать синергично с антибиотиками, ингибируя процессы их выведения из клетки - эффлюкса [14].

Так как биопленки представляют собой пример социального поведения бактерий, их образование регулируется множеством сигнальных систем, среди которых главную роль играет чувство кворума (quorum sensing, QS) [15]. Наиболее изучены системы чувства кворума на основе ацилгомосеринлактонов (АГЛ) и аутоиндуктора второго типа (AI-2) [16].

Не так давно было показано, что растения могут взаимодействовать с системой чувства кворума бактерий, тем самым манипулируя их способностью формировать биопленки, синтезировать факторы вирулентности или другие соединения, находящиеся под контролем этой системы. Показано, что такой эффект достигается несколькими путями, включая синтез веществ, обладающих сходной химической структурой с сигналами QS (АГЛ) и/или способности деградировать рецепторы аутоиндукторов (LuxR/LasR) [7].

Рядом исследователей было выявлено,что экстракты таких растений как ваниль (Vanilla planifolia) [17], лавр (Laurus nobilis), осот (Sonchus oleraceus), розмарин (Rosmarinus officinalis), жасмин (Jasminum sambac)[18], блокируют чувство кворума нарушая проявление регулируемых им признаков у Chromobacterium violaceum и P. aeruginosa.

Водные экстракты съедобных растений и фруктов, таких как чеснок (Allium sativum), ананас (Ananas comosus), банан (Musa paradiciaca), саподилла (Manilkara zapota) [7] также показывают QS ингибирующую активность. Показано, что экстракты брокколи могут ингибировать экспрессию генов ассоциированных с QS, тем самым ингибируя вирулентность E. coli O157:H7, свидетельствуя, что этот овощ можно использовать в диетическом питании учитывая его антиинфекционный потенциал [7].

Экссудаты одного растения могут содержать несколько типов соединений, ингибирующих чувство кворума, которые специфичны к разным видам бактерий [19]. Например, экссудаты проростков гороха ингибировали чувство кворума C. violaceum, но активировали его у Pseudomonas и Serratia [20]. Люцерна (Medicago truncatula) продуцирует 15 - 20 соединений, которые способны специфично активировать или ингибировать регулируемое AI-2 поведение бактерий P. putida, P. aeruginosa, V. fischeri и V. harveyi BB170 [16]. Gao et al. (2003) показал, что спектр таких соединений зависит от возраста растения [19].

Структура многих растительных молекул создающих помехи чувству кворма бактерий пока неизвестна. Наиболее охарактеризованы соединения, имитирующие химическую структуру аутоиндукторов - галогенированные фу-раноны из красной водоросли Delisea pulchra [16]. Было выявлено, что бромированные фу-раноны являются ковалентными ингибиторами синтазы АГЛ, LuxS [21]. Недавняя работа Ren et al. показала, что эти соединения полностью ингибируют движение по типу сворминга и формирование биопленок у E. coli [22].

Микроаррэй генома E. coli K-12 и DH5a (лишенного системы AI-2), и E. coli K-12, растущей в присутствии или отсутствии фуранонов, идентифицировал 166 генов, которые различно эксп-рессировались AI-2 и 90 генов, которые экспрес-сировались фуранонами. Из них 44 гена вовлеченных в хемотаксис, подвижность и биосинтез флагелл, активировались AI-2, но репрессировались фуранонами, показывая, что фураноны ингибировали AI-2-зависимый сигналлинг [22].

Еще один ингибитор Quorum-Sensing L-ка-наванин, найденный в семенах бобовых. Показано, что эта аминокислота ингибировала экспрессию экзополисахаридов (ЭПС) Sinorhizobium meliloti, регулируемых Sin системой чувства кворума [16].

Особо следует выделить фенольные соединения растений, в том числе флавоноиды, многие из которых продемонстрировали способность воздействовать на QS. Флавоноид кате-хин из тропического растения комбретум (Combretum albiflorum) способен ингибировать продукцию факторов вирулентности регулируемых чувством кворума P. aeruginosa PAO1 [21]. Пирогаллол и его аналоги из филлантуса эмб-лика (Emblica officinalis), антагонистичны AI-2 [23]. Куркумин из Curcuma longa ингибирует экс-

прессию генов вирулентности P. aeruginosa PA01 [24]. Экстракты некоторых яблок и яблочных продуктов например сидра, продемонстрировали ингибирующую QS активность на C. violaceum, вероятно из-за присутствия полифенолов, таких как гидроксициннамовая кислота, рутин и эпикатехин [25]. Флаваноны, флавоно-иды обычные для цитрусовых, нарушают чувство кворума и влияют на физиологические процессы бактерий [26]. Флавоноиды - нарингенин, кемпферол, кверцитин и апигенин ингибирова-ли биолюминесценцию, обусловленную АГЛ и AI-2 у V. harveyi BB886 и MM32 [7]. Некоторые флаваноны (нарингенин и таксифолин) способны значительно снижать продукцию пиоциани-на и эластазы P. aeruginosa без влияния на рост бактерий. Кверцитин, синенсетин, апигенин и нарингенин показали антибиопленочную активность для V. harveyi BB120 и E. coli O157:H7 [26].

Полифенольные соединения, такие как галат эпигаллокатехина, а также эллаговая и таннино-вая кислоты, которые продуцируются многими растениями, способны специфично нарушать АГЛ сигналлинг. Например, гранат обыкновенный и многие ягоды богаты эллаготаннинами, такими как пуникалгин и эллаговая кислота, которые достигают концентрации более 300 мг на 100 г сырого веса [7]. В кишечнике, эллаготанни-ны гидролизуются микробиотой до эллаговой кислоты и последовательно метаболизируются до уролитина-A и уролитина-B. Уролитин-A и уро-литин-B могут снижать уровень АГЛ, продуцируемых энтеропатогенными Y. enterocolitica [7].

Коричный альдегид и его производные влияют на широкий спектр процесов, регулируемых чувством кворума, таких как формирование биопленок P. aeruginosa и AI-2 опосредованный кворум сенсинг у Vibrio spp. [27]. Грейпфрут, из-за присутствия фурокумаринов, ингибирует АГЛ и AI-2 активности V. harveyi и формирование биопленок E. coli, S. typhimurium и P. aeruginosa [28]. Экстракты семян горького апельсина, содержащие лимоноиды, такие как изолимонная кислота, могут на 90% ингибировать чувство кворума обусловленное AI-2 V. harveyi при концентрации 100 мг/мл [29].

Ряд соединений, продуцируемых растениями, содержат в своей структуре лактоновые кольца, среди них ацетогенины, найденные у представителей семейства Annonaceae и сескви-терпеновые лактоны, представленные во многих родах семейства Compositae. При оценке

влияния этих соединений на способность Р. aeruginosa формировать биопленки оказалось, что ацетогенин - сквамоцин более чем на 200% стимулировал формирование биопленки при тестируемых концентрациях (2,5; 0,25 мг/мл). Тогда как мотрилин, с очень похожей на сквамоцин структурой, ингибировал на 70% продукцию биопленки при добавлении к культуре. Авторы объясняют этот эффект тем, что небольшие различия в длине углеводородной цепи и положении OH групп влияют на связывание с клеточными рецепторами [30].

Фенольные метаболиты, такие как салициловая кислота, стимулируют экспрессию фермента АГЛ-лактоназы, разрушающей лактоно-вое кольцо [16]. В экспериментах с фитопатоге-ном A. tumefaciens, GABA (гамма аминомасля-ная кислота), продуцируемая некоторыми растениями, также способствует деградации АГЛ лактоназой, тем самым ограничивая зависимый от чувства кворума инфекционный процесс [31].

Соединения, влияющие на чувство кворума бактерий, продуцируют не только высшие растения. Вышеуказанную активность имел экстракт культурального фильтрата одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii [16]. Показано, что экстракты грибов рода Penicillium также содержат соединения с QS ингибирую-щей активностью. Идентифицирован патулин с действием подобным фуранону, который усиливает чувствительность биопленок P. aeruginosa PAO1 к антибиотику тобрамицину и способствует ускоренному очищению легких мыши от этого микроорганизма [32].

Недавнее исследование показало, что гормоны человека (эпинефрин и норэпинефрин) способны регулировать чувство кворума энте-рогеморрагической E. coli (EHEC) [16].

Быстрое увеличение количества ингибиторов чувства кворума изолированных из эука-риот, перспективно для дальнейшего исследования с целью поиска соединений, способных управлять коммуникативной способностью бактерий, тем самым снижая их вирулентность и способность к многоклеточному поведению.

Способность бактерий к формированию биопленок также связана с адгезией к субстрату. Различают специфическую и неспецифическую адгезию. Неспецифическая адгезия, которая предшествует специфической, тесно связана с поверхностными свойствами микробных клеток - гидрофобностью и зарядом [13], [33].

Изменение свойств клеточной поверхности наблюдались для E. coli, инкубируемой в экстрактах подмаренника душистого ( Galium odoratum) и крапивы двудомной ( Urtica dioica). При этом, гидрофобная поверхность клеток уропатоген-ных E. coli становилась гидрофильной после экспозиции с достаточно высокими концентрациями (15,0 и 20,0 мг/мл) экстрактов. Гидрофиль-ность клеточной поверхности препятствует колонизации тканей хозяина, поэтому экстракты G. odoratum и U. dioica могут использоваться при лечении инфекций мочевыводящих путей [12]. Razak et al. [34] также показали, что гидрофоб-ность Streptococcus mitis, Streptococcus sanguinis и Actinomyces sp., инкубируемых в присутствии экстракта гуайявы (Psidium guajava), снижалась.

Известно, что при физиологических условиях бактерии имеют отрицательный поверхностный заряд. При экспозиции с фенольными кислотами поверхностный заряд бактерий значительно увеличивается, особенно для B. cereus [13]. Все это говорит о том, что некоторые соединения, синтезируемые растениями, способны влиять на физико-химические свойства поверхности микробной клетки.

Присутствие фимбриальных адгезинов способствует прикреплению бактериальных клеток к тканям хозяина. Показано, что экстракты березы (Betula pendula), крапивы двудомной (U. dioica) и клюквы (Vaccinium vitis-idaea) ингибировали гемагглютинацию эритроцитов уропатогенными E. coli, что указывает на дисфункцию фимбрий P типа [35]. Возможно, эти соединения связывают фимбрии и тем самым предотвращают их прикрепление к тканям хозяина. Ahuja et al. [36] обнаружил, что E. coli, растущие в присутствие сока клюквы, снижали экспрессию фимбрий P-типа, приводя к неспособности колонизировать эпителиальные клетки мочевого пузыря. Ингибирование адгезии полирезистентными E. coli, обработанными проантоцианидинами к клеткам уроэпителия наблюдалось Gupta et al. [37]. Фимбрии curli играют важную роль в формировании биопленок представителей семейства Enterobacteriaceae [38]. Показано, что редукция пилей коррелирует с отсутствием способности уропатогенных штаммов E. coli колонизировать клетки мочевого пузыря и формировать биопленки [39]. Бактерии, растущие при разных концентрациях экстракта клюквы (V. vitis-idaea) и при высоких концентрациях экстрактов хвоща поле-

вого (Equisetum arvense) (10,0-20,0 мг/мл) показали отсутствие экспрессии генов кодирующих фимбрии этого типа [12].

Показано, что экстракты некоторых растений, а также фенольные кислоты, в частности феруловая и салициловая, могут значительно снижать подвижность по типу свимминга у B. cereus и P. fluorescens [12], [13].

Есть работы, подтверждающие, что продукты метаболизма растений могут использоваться для улучшения терапевтической эффективности антибиотиков [14]. Например, водные экстракты растения кат (Catha edulis) усиливали действие тетрациклина на Streptococcus sanguis TH-13 и Streptococcus oralis SH-2, и пенициллина G на Fusobacterium nucleatum [40]. Этанольные экстракты суринамской вишни (Eugenia uniflora) и родственного растения Eugenia jambolanum действовали синергично с гентамицином на E. coli [14]. Этанольные экстракты растений вайды красильной (Isatis tinctoria), шлемника (Scutellaria baicalensis) и ревеня (Rheum palmatum) увеличивали активность ципрофлоксацина, пенициллина, гента-мицина и цефтриаксона против антибиотико-резистентных штаммов S. aureus [41].

Такой эффект достигается разными путями. Показано влияние экстрактов на эффлюксную помпу, способствующую выведению антибиотиков из клетки [14] или усиление поступления (influx) антибиотиков в клетку за счет изменения проницаемости внешней мембраны (ВМ) [42]. Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий служит селективным барьером для многих внеклеточных гидрофобных соединений из-за высокого содержания липополисахаридов, и они формируют специфические контакты с интегральными внешнемембранными белками (OMP), такими как порины (например, OmpF E. coli и OprD P. aeruginosa), которые действуют как входные и выходные точки для антибиотиков и других органических соединений [14]. Снижение проницаемости ВМ может привести к снижению поступления антибиотика. Многие соединения влияют на проницаемость мембраны главным образом за счет изменения липидной фракции клеточной мембраны и, благодаря их липофильному характеру, увеличивают ее проницаемость.

Экстракт розмарина (Rosmarinus officinalis L.) в концентрации 10 мг/мл усиливал активность тетрациклина на S. aureus обладающий эффлюк-сной помпой TetK и показал 8-кратное сниже-

ние минимальной ингибирующей концентрации (МИК) эритромицина к S. aureus экспрессирую-щему эффлюксную помпу MsrA [14]. Растительный алкалоид резерпин, продуцируемый рау-вольфией змеиной (Rauwolfia serpentine) инги-бировал Bmr эффлюксную помпу B. subtilis и LmrA эффлюксную помпу L. lactis [43]. Бербе-рин, гидрофобный алкалоид, продуцируемый видами барбариса, увеличивает проницаемость мембран и включается в ДНК [44]. Кроме того, виды барбариса синтезируют также феофорбид который является ингибитором NorA эффлюкс-ной помпы полирезистетных S. aureus [45].

Японский зеленый чай (Camellia sinensis) употребляется каждый день миллиардами людей во всем мире из-за своего жаропонижающего, антидотного, мочегонного эффектов [46]. Однако, в составе зеленого чая присутствуют соединения снижающие антибиотикорезистен-тность бактерий, что позволяет сочетать этот напиток с антибактериальной терапией. Водные экстракты чая, особенно галлат эпигалло-катехина, эпикатехин галлат и эпигаллокате-хин галлат усиливали чувствительность к ме-тициллину у метициллин-резистентных золотистых стафилококков (MRSA) и пенициллину в продуцирующих ß-лактамазы S. aureus [46].

Пиперин, главный растительный алкалоид представленный в черном перце (Piper nigrum) и длинном перце (Piper longum) снижает МИК ципрофлоксацина для S. aureus, включая MRSA [47]. Тимол и карвакрол из тимьяна (Thymus vulgaris), увеличивали проницаемость и текучесть ВМ грамотрицательных бактерий, облегчая проникновение антибиотиков [48]. Эти продукты увеличивали чувствительность Salmonella enterica Typhimurium SGI к ампициллину, тетрациклину, пенициллину, бацитрацину, эритромицину и новобиоцину и снижали резистентность Streptococcus pyogenes к эритромицину. Байкале-ин изолированный из экстрактов листьев шлемника (S. baicalensis), который является одной из наиболее популярных трав в китайской медицине и используется для лечения бактериальных и вирусных инфекций, имел синергичный эффект с тетрациклином против MRSA и E. coli [49].

Мирицетин, флавонол найденный во многих овощах, травах, ягодах и фруктах, ингиби-ровал ДНК-хеликазу E. coli, которая играет центральную роль в процессе инициации репликации и элонгации ДНК [50]. Кроме того, известно, что мирицетин ингибирует ряд ДНК-по-

лимераз, РНК-полимераз, обратную транс-криптазу и теломеразу [50]. Аллицин является одним из наиболее эффективных антимикробных продуктов изолированных из чеснока (Allium sativum) и может способствовать действию антибиотиков цефазолина и оксацилли-на на Staphylococcus spp. и цефоперазина на Р. aeruginosa [51]. Аллицин значительно уменьшает МИК ванкомицина для ванкомицин резистентных энтерококков. Аллицин ингибирует синтез бактериальной РНК и взаимодействует с важными тиол-содержащими микробными ферментами, такими как цистеиновые протеи-назы, ацетаткиназы, алкогольдегидрогеназы, тиоредуксин редуктаза (оксигеназный фермент, осуществляющий защиту клеток от окислительного стресса и редокс регуляцию факторов транскрипции) [14].

Таким образом, экстракты растений, а также отдельные продукты их метаболизма достойны внимания как перспективные средства борьбы с бактериальными биопленками. Такие соединения могут действовать, не уничтожая микробные клетки, как это делают антибиотики, а селективно изменяя их поведение, что достигается за счет взаимодействия с системой чувства кворума. Вещества растительного происхождения могут усиливать воздействие антибиотиков, снижая их МИК. Существенным достоинством продуктов растительного происхождения является их, в большинстве случаев, слабая токсичность для человека. Все изложенное свидетельствует, что изучение биологически активных соединений синтезируемых растениями может привести к открытию новых способов управления многоклеточным поведением бактерий.

12.09.2014

Список литературы:

1. Kaplan J. B. Biofilm dispersal: mechanisms, clinical implications, and potential therapeutic uses // Journal of dental research. -2010. - V. 89 - №3. - Р. 205-218.

2. Karatan E., Watnick P. Signals, Regulatory Networks, and Materials That Build and Break Bacterial Biofilms // Microbiology and Molecular Biology Reviews. - 2009. - V. 73. - №2. - Р. 310-347.

3. Kearns D. B. A field guide to bacterial swarming motility // Nature Reviews Microbiology. - 2010. - V. 8. - №9. - Р. 634-644.

4. Daniels R., Vanderleyden J., Michiels J. Quorum sensing and swarming migration in bacteria // FEMS microbiology reviews. -2004. - V. 28. - №3. - Р. 261-289.

5. Marcinkiewicz J., Strus M., Pasich E. Antibiotic resistance: a «dark side» of biofilm-associated chronic infections // Polskie Archiwum Medycyny Wewnetrznej. - 2013. - V. 123. - №6. - Р. 309-313.

6. Ahmad I., Husain F. M., Maheshwari M., Zahin M. Medicinal Plants and Phytocompounds: A Potential Source of Novel Antibiofilm Agents // Antibiofilm Agents. Springer Berlin Heidelberg. - 2014 - P. 205-232.

7. Nazzaro F., Fratianni F., Coppola R. Quorum sensing and phytochemicals // International journal of molecular sciences. - 2013.

- V. 14. - №6. - Р. 12607-12619.

8. Bogino P. C., M. de las Mercedes Oliva, F. G. Sorroche, W. Giordano The Role of Bacterial Biofilms and Surface Components in Plant-Bacterial Associations // Int. J. Mol. Sci. - 2013. - №14. - Р. 15838-15859.

9. Zhang N., Wang D., Liu Y. et al. Effects of different plant root exudates and their organic acid components on chemotaxis, biofilm formation and colonization by beneficial rhizosphere-associated bacterial strains // Plant and Soil. - 2014. - V. 374. - №1-2. -Р. 689-700.

10. Jagani S., Chelikani R., Kim D. S. Effects of phenol and natural phenolic compounds on biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa // Biofouling. -2009. - V. 25. - №4. - Р. 321-324.

11. Borges A., Saavedra M. J., Simoes M. The activity of ferulic and gallic acids in biofilm prevention and control of pathogenic bacteria //Biofouling. -2012. - V. 28. - №7. - Р. 755-767.

12. Wojnicz D., Kucharska A. Z., Sokol-Letowska A. et al. Medicinal plants extracts affect virulence factors expression and biofilm formation by the uropathogenic Escherichia coli // Urol Res. - 2012. - №40. - Р. 683-697.

13. Lemos M., Borges А., Teodosio J. et al. The effects of ferulic and salicylic acids on Bacillus cereus and Pseudomonas fluorescens single-and dual-species biofilms // International Biodeterioration & Biodegradation. - 2014. - №86. - Р. 42-51.

14. Abreu A. C., McBain A. J., Simoes M. Plants as sources of new antimicrobials and resistance-modifying agents // Natural product reports. - 2012. - V. 29. - №9. - Р. 1007-1021.

15. Kostakioti M., Hadjifrangiskou M., Hultgren S. J. Bacterial Biofilms: Development, Dispersal, and Therapeutic Strategies in the Dawn of the Postantibiotic Era // Cold Spring Harb Perspect Med. - 2013. - V. 3. - №4. -a010306

16. Gonzalez J. E., Keshavan N. D. Messing with bacterial quorum sensing // Microbiology and Molecular Biology Reviews. -2006. - V. 70. - №4. - Р. 859-875.

17. Choo J.H., Rukayadi Y., Hwang J.K. Inhibition of bacterial quorum sensing by vanilla extract // Lett. Appl. Microbiol. -2006.- №42. - Р. 637-641.

18. Brackman G., Hillaert U., van Calenbergh S.et al. Use of quorum sensing inhibitors to interfere with biofilm formation and development in Burkholderia multivorans and Burkholderia cenocepacia // Res. Microbiol. - 2009. - №160. - Р. 144-151.

19. Gao M., Teplitski M., RobinsonJ.B., Bauer W.D. Production of substances by Medicago truncatulathat affect bacterial quorum sensing // Mol. Plant Microbe Interact. - 2003. - №16. - Р. 827-834.

20. Teplitski M., Robinson J. B., Bauer W. D. Plants secrete substances that mimic bacterial N-acyl homoserine lactone signal activities and affect population density-dependent behaviors in associated bacteria // Molecular Plant-Microbe Interactions. -2000. - V. 13. - №6. - Р. 637-648.

21. Perez-Montano F. I. Jimenez-Guerrero, R. C. Sanchez-Matamoros et al. Rice and bean AHL-mimic quorum-sensing signals specifically interfere with the capacity to form biofilms by plant-associated bacteria // Research in microbiology. - 2013. - V. 164.

- №7. - Р. 749-760.

22. Ren D., Sims J. J., Wood T. K. Inhibition of biofilm formation and swarming of Escherichia coli by (5Z)-4-bromo-5-(bromomethylene)-3-butyl-2 (5H)-furanone // Environmental Microbiology. - 2001. - V. 3. - №11. - Р. 731-736.

23. Ni N., Choudhary G., Li M., Wang B. Pyrogallol and its analogs can antagonize bacterial quorum sensing in Vibrio harveyi // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2008. - №18. - Р. 1567-1572.

24. Rudrappa T., Bais H.P. Curcumin, a known phenolic from Curcuma longa, attenuates the virulence of Pseudomonas aeruginosa PAO1 in whole plant and animal pathogenicity models //J. Agric. Food Chem. - 2008. - V. 56. - Р. 1955-1962.

25. Fratianni F., Coppola R., Nazzaro F. Phenolic composition and antimicrobial and antiquorum sensing activity of an ethanolic extract of peels from the apple cultivar Annurca //J. Med. Food. - 2011. - №14. - Р. 957-963.

26. Truchado P., Gimenez-BastidaJ.-A., Larrosa M. et al. Inhibition of quorum sensing (QS) in Yersinia enterocolitica by an orange extract rich in glycosylated flavanones //J. Agric. Food Chem. - 2012. - V. 60. - Р. 8885-8894.

27. Brackman G., Defoirdt T., Miyamoto C. et al. Cinnamaldehyde and cinnamaldehyde derivatives reduce virulence in Vibrio spp. by decreasing the DNA-binding activity of the quorum sensing response regulator LuxR // BMC Microbiol. - 2008. - №8. - Р. 149-162.

28. Girennavar B., Cepeda M.L., Soni K.A. et al. Grapefruit juice and its furocoumarins inhibits autoinducer signaling and biofilm formation in bacteria // Int. J. Food Microbiol. - 2008. - №125. - Р. 204-208.

29. Vikram A., Jesudhasan P.R., Jayaprakasha G.K. et al. Citrus limonoids interfere with Vibrio harveyi cell-cell signaling and biofilm formation by modulating the response regulator LuxO // Microbiology. - 2011.- №157. - Р. 99-110.

30. Cartagena E., Colom O. A., Neske A., et al. Effects of plant lactones on the production of biofilm of Pseudomonas aeruginosa / / Chemical and pharmaceutical bulletin. - 2007. - V. 55. - №1. - Р. 22-25.

31. Farrand S. K., Qin Y., Oger P. Quorum-sensing system of Agrobacterium plasmids: Analysis and utility // Methods in enzymology. - 2002. - №358. - Р. 452-484.

32. Rasmussen T. B., Skindersoe M. E., Bjarnsholt T. et al. Identity and effects of quorum-sensing inhibitors produced by Penicillium species // Microbiology. -2005. - V. 151. - №5. - Р. 1325-1340.

33. Журлов О. С., Гриценко В. А., Брудастов Ю. А. Влияние температуры культивирования на физиологические и физико (химические свойства Escherichia coli К12 // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - №12. -С. 106-110.

34. Razak F. A., Othman R. Y., Rahim Z. H. A. The effect of Piper betle and Psidium guajava extracts on the cell-surface hydrophobicity of selected early settlers of dental plaque //Journal of oral science. - 2006. - V. 48. - №2. - Р. 71-75.

35. Howell A. B., Vorsa N., Marderosian A. D., Foo L. Y Inhibition of the adherence of P-fimbriated Escherichia coli to uroepithelial-cell surfaces by proanthocyanidin extracts from cranberries // New England Journal of Medicine. - 1998. - V. 339. - №15. - Р. 1085-1086.

36. Ahuja S., Kaack B., Roberts J. Loss of fimbrial adhesion with the addition of Vaccinum macrocarpon to the growth medium of P-fimbriated Escherchia coli // The Journal of urology. - 1998. - V. 159. - №2. - Р. 559-562.

37. Gupta A., Dwivedi M., Mahdi A. A. et al. Inhibition of adherence of multi-drug resistant E. coli by proanthocyanidin // Urological research. - 2012. - V. 40. - №2. - Р. 143-150.

38. Zogaj X., Bokranz W., Nimtz M., Romling U. Production of cellulose and curli fimbriae by members of the family Enterobacteriaceae isolated from the human gastrointestinal tract //Infection and immunity. - 2003. - V. 71. - №7. - Р. 4151-4158.

39. Aberg V., Almqvist F. Pilicides—small molecules targeting bacterial virulence // Organic & biomolecular chemistry. - 2007. -V. 5. - №12. - Р. 1827-1834.

40. Al-hebshi N., Al-haroni M., Skaug N. In vitro antimicrobial and resistance-modifying activities of aqueous crude khat extracts against oral microorganisms // Archives of oral biology. - 2006. - V. 51. - №3. - Р. 183-188.

41. Yang Z. C., Wang, B. C., Yang, X. S. et al. The synergistic activity of antibiotics combined with eight traditional Chinese medicines against two different strains of Staphylococcus aureus // Colloids and surfaces B: Biointerfaces. - 2005. - V. 41. - №2. - Р. 79-81.

42. Braga L. C., Leite, A. A., Xavier, K. G. et al. Synergic interaction between pomegranate extract and antibiotics against Staphylococcus aureus // Canadian journal of microbiology. - 2005. - V. 51. - №7. - Р. 541-547.

43. Marquez B. Bacterial efflux systems and efflux pumps inhibitors // Biochimie. - 2005. - V. 87. - №12. - Р. 1137-1147.

44. Lewis K., Ausubel F. M. Prospects for plant-derived antibacterials // Nature biotechnology. - 2006. - V. 24. - №12. - Р. 15041507.

45. Tegos G., Stermitz F. R., Lomovskaya O., Lewis K. Multidrug pump inhibitors uncover remarkable activity of plant antimicrobials // Antimicrobial agents and chemotherapy. - 2002. - V. 46. - №10. - Р. 3133-3141.

46. Zhao W. H., Hu Z. Q., Okubo S. et al. Mechanism of synergy between epigallocatechin gallate and p-lactams against methicillin-resistant Staphylococcus aureus // Antimicrobial agents and chemotherapy. - 2001. - V. 45. - №6. - Р. 1737-1742.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

47. Jin J., Zhang J., Guo N. et al. The plant alkaloid piperine as a potential inhibitor of ethidium bromide efflux in Mycobacterium smegmatis //Journal of medical microbiology. - 2011. - V. 60. - №2. - Р. 223-229.

48. Simoes M., Bennett R. N., Rosa E. A. Understanding antimicrobial activities of phytochemicals against multidrug resistant bacteria and biofilms // Natural product reports. - 2009. - V. 26. - №6. - Р. 746-757.

49. Fujita M., Shiota S., Kuroda T. et al. Remarkable Synergies between Baicalein and Tetracycline, and Baicalein and P-Lactams against Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus // Microbiology and immunology. - 2005. - V. 49. - №4. - Р. 391-396.

50. Griep M. A., Blood S., Larson M. A. et al. Myricetin inhibits Escherichia coli DnaB helicase but not primase // Bioorganic & medicinal chemistry. -2007. - V. 15. - №22. - Р. 7203-7208.

51. Cai Y., Wang R., Pei F., Liang B. B. Antibacterial activity of allicin alone and in combination with p-lactams against Staphylococcus spp. and Pseudomonas aeruginosa // The Journal of antibiotics. - 2007. - V. 60. - №5. - Р. 335-338.

Сведения об авторе:

Маркова Юлия Александровна, заведующий лабораторией растительно-микробных взаимодействий Сибирского института физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук, доктор биологических наук

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, а/я 317, e-mail: juliam06@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.