CC BY
10
медицинский вестник северного кавказа
2021. Т. 16. № 4
medical news of north caucasus
2021. Vоl. 16. Iss. 4
© Коллектив авторов, 2021 УДК 615.28
DOI - https://doi.org/10.14300/mnnc.2021.16098 ISSN - 2073-8137
СПЕКТР АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ДЕФЕНЗИНА HNP-1, ВКЛЮЧЕННОГО В НАНОЧАСТИЦЫ ХИТОЗАНА
В. А. Батурин \ А. Д. Болатчиев \ А. М. Жиров 2, Д. А. Ковалев 2
1 Ставропольский государственный медицинский университет, Российская Федерация
2 Научно-исследовательский противочумный институт, Ставрополь, Российская Федерация
THE ANTIBACTERIAL ACTIVITY SPECTRUM OF DEFENSIN HNP-1 INCLUDED IN TO THE CHITOSAN NANOPARTICLES
Baturin V. A. \ Bolatchiev A. D. \ Zhirov A. M. 2, Kovalev D. A. 2
1 Stavropol State Medical University, Russian Federation
2 Research Anti-Plague Institute, Stavropol, Russian Federation
Изучена противомикробная активность антимикробного пептида из класса дефензинов HNP-1, включенного в на-ночастицы хитозана, в отношении штаммов грамположительных и грамотрицательных бактерий. В условиях in vitro антимикробные пептиды, включенные в наночастицы хитозана, могут снижать свою противомикробную активность, что требует исследования разрабатываемых соединений на моделях экспериментальных инфекций у животных.
Ключевые слова: антимикробные пептиды, дефензины, HNP-1, хитозан, антибиотикорезистентность
The antimicrobial activity of the antimicrobial peptide, defensin HNP-1 included in to the chitosan nanoparticles, against gram-positive and gram-negative bacteria was studied. In vitro, antimicrobial peptides included in chitosan nanoparticles can reduce their antimicrobial activity, that requires the study of the compounds being developed on models of infections in experimental animals.
Keywords: antimicrobial peptides, defensins, antibiotic resistance, HNP-1, chitosan
Для цитирования: Батурин В. А., Болатчиев А. Д., Жиров А. М., Ковалев Д. А. СПЕКТР АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ДЕФЕНЗИНА HNP-1, ВКЛЮЧЕННОГО В НАНОЧАСТИЦЫ ХИТОЗАНА. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2021;16(4):413-414. DOI - https://doi.org/10.14300/mnnc.2021.16098
For citation: Baturin V. A., Bolatchiev A. D., Zhirov A. M., Kovalev D. A. THE ANTIBACTERIAL ACTIVITY SPECTRUM OF DEFENSIN HNP-1 INCLUDED IN TO THE CHITOSAN NANOPARTICLES. Medical News of North Caucasus. 2021;16(4):ХХ-ХХ. DOI - https://doi.org/10.14300/mnnc.2021.16098 (In Russ.)
АМП - антимикробный пептид
АМС - антимикробное соединение
МПК - минимальная подавляющая концентрация
Повсеместный рост резистентности микроорганизмов к противомикробным химио-препаратам определяет необходимость поиска и разработки новых лекарственных средств [1]. Разработка новых препаратов на основе антимикробных пептидов (АМП), являющихся важнейшим модулем системы врожденного иммунитета, является наиболее перспективной. Среди АМП большой интерес представляет человеческий нейтрофильный пептид-1 (HNP-1, или а-дефензин-1), который продуцируется и накапливается в гранулах нейтрофилов. Механизм действия положительно заряженных АМП основан на пермеабилизации отрицательно заряженной клеточной стенки бактерий с последующим микробным лизисом. Ключевой проблемой кли-
HNP-1 - человеческий нейтрофильный пептид-1 MRSA - метициллин-резистентный штамм S. aureus MSSA - метициллин-чувствительный штамм S. aureus
нического применения АМП является их быстрая ферментативная деградация, которая определяет короткий период действия [2]. Для решения данной проблемы в ходе данной работы было предложено использовать технологию включения HNP-1 в наночастицы хитозана [3].
Цель исследования - оценка противомикробной активности рекомбинантного АМП из класса дефензинов HNP-1, включенного в наночастицы хитозана, в отношении лабораторных и клинических штаммов микроорганизмов.
Материал и методы. Наночастицы хитозана с включенным дефензином HNP-1 (рекомбинантный пептид, Cloud-Clone Corp., США) получали методом ионной кросс-сшивки [3]. Хитозан низкой молекулярной массы растворяли в 0,5 % уксусной кислоте
краткие сообщения
short communications
до концентрации 4 мг/мл, доводили рН раствора до 4,6 и фильтровали через фильтр с диаметром пор 0,2 мкм («Millipore», США). К раствору хитозана добавляли раствор триполифосфата натрия (4 мг/мл) и HNP-1 (0,2 мг/мл) при перемешивании на дисперга-торе Ultra-Turrax («iKa», Германия) при 2500 об/мин в течение 30 мин. Затем взвесь частиц центрифугировали при 10000 об/мин в течение 5 мин при температуре 4 °С, дважды промывали водой. Полученный препарат хранили при температуре 2-8 °С. В качестве препарата сравнения использовали наночастицы хитозана, не содержащие дефензин и полученные по описанной выше методике.
Для исследования противомикробной активности полученного хитозанового HNP-1 и наночастиц хитозана использовался стандартный метод серийных разведений по описанному ранее протоколу [4]. Были определены минимальные подавляющие концентрации (МПК, мкг/мл) в отношении штаммов S. aureus ATCC 25923, E. coli NCTC 9001, P. aeruginosa ATCC 10145 и K. aerogenes NCTC 10006, а также клинического изолята метициллин-резистентного S. aureus (MRSA).
Результаты и обсуждение. Препарат нативных наночастиц хитозана в целом имел меньшие значения МПК по сравнению с HNP-1, включенным в наночастицы хитозана. Обращает на себя внимание низкая активность нативных наночастиц в отношении MRSA (16 мкг/мл), в то время как хитозановый HNP-1 имел МПК в отношении данного клинического изолята 8 мкг/мл. С другой стороны, нативные наночастицы хитозана в отношении MSSA ATCC 25923 продемонстрировали высокую антистафилококковую активность (МПК 1 мкг/мл), в то время как хитозановый дефензин оказался менее активным в отношении данного штамма (МПК 8 мкг/мл). МПК нативных на-
Литература/References
1. Roca I., Akova M., Baquero F., Carlet J., Cavaleri M. [et al.]. The global threat of antimicrobial resistance: Science for intervention. New Microbes New Infect. 2015;6:22-29. https://doi.org/10.1016/j.nmni.2015.02.007
2. Pachón-Ibáñez M. E., Smani Y., Pachón J., Sánchez-Céspedes J. Perspectives for clinical use of engineered human host defense antimicrobial peptides. FEMS Microbiol. Rev. 2017;41(3):323-342. https://doi.org/10.1093/femsre/fux012
3. Calvo P., Remuñan-López C., Vila-Jato J.-L., Alonso M. J. Chitosan and chitosan/ethylene oxide-propylene oxide block copolymer nanoparticles as novel carriers for pro-
ночастиц хитозана в отношении E. coli NCTC 9001 и K. aerogenes NCTC 10006 составила 0,625 мкг/мл; в отношении P. aeruginosa ATCC 10145 - 0,25 мкг/мл. Противомикробная активность HNP-1, включенного в наночастицы хитозана, в отношении данных штаммов была ниже и значения МПК составили 2 мкг/мл для E. coli и K. aerogenes и 16 мкг/мл для P. aeruginosa.
По данным литературы, нативный HNP-1 имеет более высокий уровень противомикробной активности в отношении MRSA и MSSA по сравнению с хито-зановым HNP-1 и нативными наночастицами хитозана. Так, ранее нами было показано, что МПК HNP-1 в отношении клинических изолятов S. aureus (включая MRSA) составляет 0,5 мкг/мл [4]. Кроме того, важно отметить, что в условиях in vivo АМП может проявлять иммуностимулирующее действие за счет активации продукции провоспалительных цитокинов и активации Т-клеток. Показано, что HNP-1 может активировать хемотаксис и индуцировать созревание дендритных клеток за счет стимулирования продукции ко-стимуляторных молекул CD80, CD86 и CD40, CD83 и HLA-DR, а также усиливать продукцию фактора некроза опухоли-а, интерлейкина-6 и интерлейки-на-12 [5].
Заключение. Полученные результаты демонстрируют возможность применения технологии ионной кросс-сшивки для получения новых соединений АМП, включенных в наночастицы хитозана. Вместе с тем, в условиях in vitro АМП, включенные в наночастицы хитозана, могут снижать свою противомикробную активность, что требует оценки клинической эффективности разрабатываемых соединений на различных экспериментальных моделях инфекций у животных.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
teins and vaccines. Pha/maceu^. Res. 1997;14(10):1431-1436. https://doi.org/10.1023/A:1012128907225
4. Bolatchiev A., Baturin V., Bazikov I., Maltsev A., Kunitsi-na E. Effect of antimicrobial peptides HNP-1 and hBD-1 on Staphylococcus aureus strains in vitro and in vivo. Fundamental Clin. Pharmacol. 2020;34(1):102-108. https://doi.org/10.1111/fcp.12499
5. Presicce P., Giannelli S., Taddeo A., Villa M. L., Della Bella S. Human defensins activate monocyte-derived dendritic cells, promote the production of proinflammatory cytokines, and up-regulate the surface expression of CD91. J. Leuk. Biol. 2009;86(4):941-948. https://doi.org/10.1189/jlb.0708412
Сведения об авторах:
Батурин Владимир Александрович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой клинической фармакологии с курсом ДПО; тел.: (8652)713466; e-mail: prof.baturin@gmail.com
Болатчиев Альберт Добаевич, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры; тел.: 89288205551; e-mail: bolatalbert@gmail.com
Жиров Андрей Михайлович, научный сотрудник лаборатории биохимии; тел.: (8652)260312; e-mail: andrew.m.zhirov@inbox.ru
Ковалев Дмитрий Анатольевич, кандидат химических наук,
заведующий лабораторией биохимии;
тел.: (8652)260312; e-mail: kovalev_da.stv@list.ru
