CC BY
45
МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 616.15: [579.84: [577.114+577.115]:615.849.11 (045) Оригинальная статья
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УВЧ-ДИАПАЗОНА НА СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БАКТЕРИАЛЬНОГО ЛИПОПОЛИСАХАРИДА
Г.Е. Брилль — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, профессор кафедры патологической физиологии, профессор, доктор медицинских наук; А. В. Егорова — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, доцент кафедры гистологии, кандидат медицинских наук; И. О. Бугаева — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, проректор по общественным связям и воспитательной работе, заведующий кафедрой гистологии, профессор, доктор медицинских наук; С. А. Дубовицкий — НПП «Телемак», Саратов, Россия, генеральный директор; С. В. Власкин — нПп «Телемак», Саратов, Россия, технический директор, кандидат физико-матаматических наук.
EFFECT OF LOW-INTENSITY ELECTROMAGNETIC RADIATION ON STRUCTURIZATION PROPERTIES OF BACTERIAL LIPOPOLYSACCHARIDE
G. E. Brill — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Pathological Physiology, Professor, Doctor of Medical Science; A. V. Egorova — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Histology, Assistant Professor, Candidate of Medical Science; I. O. Bugaeva — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Head of Department of Histology, Professor, Doctor of Medical Science; S. A. Dubovitsky — Saratov/’Telemak” Inc, General Manager; S. V. Vlaskin — Saratov,”Telemak” Inc, Technical Manager, Candidate of Physical and Mathematical Science.
Дата поступления — 17.05.2013 г. Дата принятия в печать — 25.11.2013 г
Брилль Г. Е., Егорова А.В., Бугаева И. О., Дубовицкий С. А., Власкин С. В. Влияние электромагнитного излучения УВЧ-диапазона на структурообразовательные свойства бактериального липополисахарида // Саратовский научномедицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4. С. 637-640.
Цель: исследовать влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на процесс дегидратационной самоорганизации бактериального липополисахарида. Материал и методы. Для изучения процесса структуро-образования бактериального липополисахарида использовался метод клиновидной дегидратации, основанный на исследовании структурного следа (фации), формирующегося при высыхании капли препарата в стандартных условиях. Имидж-анализ фаций включал их качественную характеристику, а также расчет количественных показателей с последующей статистической обработкой. Результаты. Низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,1 мкВт/см2, воздействующее в течение 10 мин, приводит к изменениям в суспензионной системе «лПс — физиологический раствор», которые отражаются на кинетике структурообразования. Заключение. Частота 1 ГГц соответствует естественной частоте колебаний водных кластеров, и предположительно влияние УВЧ на структурообразование ЛПС опосредуется через изменение состояния водно-солевого окружения. В этих условиях изменяются гидратационные свойства водных молекул и, возможно, свойства гидрофобных и гидрофильных областей в молекуле ЛПС, что может отразиться на способности молекул токсина образовывать агрегаты. В свою очередь, модификация структуры липополисахарида может повлечь за собой изменение его токсических свойств.
Ключевые слова: бактериальный липополисахарид, структурообразование, УВЧ-излучение.
Brill G. E., Egorova A. V., Bugaeva I. O, Dubovitsky S. A., Vlaskin S. V. Effect of low-intensity electromagnetic radiation on structurization properties of bacterial lipopolysaccharide // Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2013. Vol. 9, № 4. P. 637-640.
Purpose: to investigate the effects of low-intensity electromagnetic radiation on the process of dehydration selforganization of bacterial lipopolysaccharide. Materials and Methods. The method of wedge dehydration has been used to study the structure formation of bacterial lipopolysaccharide. Image-phases analysis included their qualitative characteristics, as well as the calculation of quantitative indicators, followed by statistical analysis. Results. UHF-Radiation (1GHz, 0,1 |jW/cm2, 10 min) has led to the changes in the suspension system of the LPS-saline reflected in the kinetics of structure formation. Conclusion. 1 GHz corresponds to the natural frequency of oscillation of water clusters and, presumably, the effect of UHF on structure of LPS mediates through the changes in water-salt environment. Under these conditions, properties of water molecules of hydration and possibly the properties of hydrophobic and hydrophilic regions in the molecule of LPS, which can affect the ability of toxin molecules to form aggregates change. Therefore the lipopolysaccharide structure modification may result in the change of its toxic properties.
Key words: bacterial lipopolysaccharide, self-organization, low-intensity electromagnetic radiation.
Введение. Бактериальный липополисахарид А) фрагменты. Его влияние на макроорганизм про-
(ЛПС) представляет собой амфифильный биополи- является в стимуляции лейкоцитов, тромбоцитов и
мер содержащий гидрофильные (О-специфические эндотелиальных клеток, усилении продукции интерцепи, олигосахарид кора) и гидрофобный (липид лейкинов, фактора некроза опухолей-альфа и ряда
Ответственный автор — Егорова Анна Валериевна других медиаторов, в активации системы компле-
Аедлр.<ес8941172011026,980ратов, ул' Б' Казачья, 112' мента и факторов свертывания крови, что может
E-mail: AV_Egorova @BK.RU заканчиваться развитием диссеминированного вну-
трисосудистого свертывания крови, эндотоксинового шока и острой полиорганной недостаточности [1, 2].
Патогенные свойства ЛПС не только зависят от его химической структуры, но в значительной мере определяются характером пространственной организации надмолекулярных комплексов, образуемых молекулой ЛПС с различными компонентами биожидкостей [3].
Поиск возможностей ослабления патогенных эффектов бактериального ЛПС является актуальной задачей. Обычно для снижения токсичности ЛПС применяются различные химические вещества (катионные амфифильные молекулы, синтетические пептиды, полиамины, нетоксичный полисахарид хи-тозан), уменьшающие патогенное действие ЛПС в результате образования с ним макромолекулярных комплексов [4, 5, 6]. В настоящее время доказано модифицирующее влияние низкоинтенсивного лазерного излучения красной и фиолетовой областей спектра на процесс структурообразования бактериального ЛПС в водной суспензии и физиологическом растворе натрия хлорида [7]. Однако изменение способности ЛПС к самоорганизации путем образования макромолекулярных комплексов при воздействии электромагнитного излучения ультраволновой части спектра до настоящего времени не изучено.
Цель: изучение модифицирующего влияния низкоинтенсивного электромагнитного излучения с частотой 1 ГГц на структурообразовательные свойства бактериального липополисахарида.
Материал и методы. В работе использовался липополисахарид E.coli 055: В5 (фирма Sigma, США). ЛПС разводили ex tempore в 0,9% растворе натрия хлорида (20 мг/мл). Приготовленную суспензию (2 мл) делили на 2 пробы: одна являлась контролем, а другая в течение 10 мин подвергалась электромагнитному воздействию (частота 1 ГГц, плотность мощности 0,1 мкВт/см2) с помощью аппарата «Акватон-2» (производитель — НПП «Телемак», Саратов, Россия). Раструб излучателя помещался на расстоянии 10 см от облучаемого объекта.
Для изучения процесса спонтанного структурообразования ЛПС использовался метод клиновидной дегидратации [8], основанный на исследовании структурного следа (фации), формирующегося при высыхании капли препарата в стандартных условиях. 1 мкл исследуемой суспензии (контрольная проба) помещался на сухое, чистое, обезжиренное предметное стекло. Обычно наносились 6-8 капель для сравнительного анализа. Далее предметное стекло с препаратом в строго горизонтальном положении помещали в термостат и высушивали при 37оС в течение 30 мин. Аналогично с контрольными пробами готовились опытные препараты.
После высыхания препараты подвергались микроскопическому исследованию. Применялась световая микроскопия (Zeiss, Germany) с фоторегистрацией структурного следа и сохранением информации в файле компьютера. Имидж-анализ фаций включал их качественную характеристику, а также расчет количественных показателей с последующей статистической обработкой.
При обработке фаций использовалась специальная компьютерная программа, позволяющая рассчитывать следующие параметры: S1 — площадь периферического ободка, нормированн ая на общую площадь фации; S2 — площадь промежуточной зоны, нормированная на общую площадь фации; S3 — площадь центральной зоны, нормированная на общую
площадь фации; S1/S2 — смещение центра промежуточной зоны относительно центра ободка фации; S2/S3 — смещение центра центральной зоны относительно центра ободка фации. В центральной и промежуточной зонах фации рассчитывались: N — количество гребешков в типичном фрагменте фации; Average size (AS) — средний размер гребешков в типичном фрагменте фации; Entr. — неоднородность поверхности фации в типичном фрагменте; D corr. — корреляционная размерность типичного фрагмента.
Количественные параметры обрабатывались статистически с расчетом средней арифметической (М) и ее ошибки (m) с использованием статистического пакета программ Prizm-4. Достоверность различий средних вычисляли с использованием t-критерия Стьюдента. Различия считались достоверными при
р<0,05.
Результаты. Картина фаций, получаемых при дегидратации необлученной суспензии ЛПС в физиологическом растворе, отличалась разнообразием структурных элементов. Здесь четко визуализировались 3 зоны: приподнятый ободок, обрамляющий фацию по периферии (периферическая зона), приободковая (или промежуточная) и центральная зоны (рис. 1).
Ободок отличался малой структурированностью, лишь в отдельных его участках встречались мелкие глыбчатые образования. Приободковая зона занимала небольшую часть площади фации и характеризовалась наличием мелких линейных дендритных и папоротникообразных элементов (рис. 1А). В центральной зоне выявлялись крупные ветвистые образования, содержащие линейную основную ось с отходящими от нее под углом 90о боковыми ветвями (рис. 1Б).
Облучение суспензии ЛПС низкоинтенсивным электромагнитным излучением приводило к заметной модификации процесса структурообразования. При этом отмечались следующие типичные изменения в картине фаций: увеличивалась плотность пространственного распределения элементов в приободковой зоне, утрачивалась их структурная четкость (рис. 1В). Линейные дендритные образования в центральной зоне значительно уменьшались в размерах, так что данная область фации выглядела практически однородной (рис. 1Г). В непосредственной близости от приободковой зоны появлялись радиально ориентированные элементы с волнистой осевой направляющей ветвью и отходящими от нее под разными углами короткими ответвлениями (рис. 1В).
Результаты количественной обработки фаций, получаемых при клиновидной дегидратации суспензии ЛПС в контроле и после УВЧ-облучения, представлены на рис. 2.
Как видно из рисунка, воздействие низкоинтенсивным электромагнитным излучением с частотой 1 ГГц приводило к изменению относительных размеров различных зон фации: уменьшались периферическая и приободковая зоны (p<0,01 и p<0,001 соответственно), в то время как размер центральной зоны увеличивался на 20% (p<0,01). После УВЧ-воздействия примерно в 2 раза возрастало количество гребешковых объектов в центральной и приободковой зонах фации (p<0,05). Однако их средний размер не претерпевал существенных изменений. На этом фоне в 1,2 раза увеличивался показатель Entr, характеризующий структурную неоднородность центральной зоны фации (p<0,05), а также на 32% возрастал показатель Entr приободковой зоны (p<0,02). Достоверно изменялась и структурированность (корреляционная размерность) обеих анализируемых зон (p<0,02).
MICROBIOLOGY
639
Г
Рис. 1. Влияние УВЧ-излучения на структурообразование бактериального ЛПС в физиологическом растворе: А — контроль, периферическая и приободковая зоны; Б — контроль, центральная зона; В — УВЧ-излучение, периферическая и приободковая зоны; Г — УВЧ-излучение, центральная зона
S1*
□ УВЧ
Dcorrp* S3* □ Контроль
Рис. 2. Изменение количественных параметров фаций бактериального ЛПС после УВЧ-облучения; контроль — 100% (условные обозначения показателей см. в тексте)
Обсуждение. Результаты данных экспериментов свидетельствуют о том, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,1 мкВт/см2, воздействующее в течение 10 мин, приводит к изменениям в суспензионной системе «ЛПС — физиологический раствор», которые отражаются на кинетике структурообразования. Частота 1 ГГц соответствует естественной частоте колебаний водных кластеров [9], и предположительно влияние УВЧ на структурообразование ЛПС опосредуется через изменение состояния водно-солевого окружения. В этих условиях изменяются гидра-тационные свойства водных молекул и, возможно, свойства гидрофобных и гидрофильных областей в молекуле ЛПС, что может отразиться на способности молекул токсина образовывать агрегаты. В свою очередь, модификация структуры липополисахарида может повлечь за собой изменение его токсических свойств. Доказательством подобного предположения является недавнее исследование, в котором облучение бактериального ЛПС светом низкоинтенсивного лазера красной области спектра не только модифицировало процесс спонтанного структурообразо-вания in vitro, но и ослабляло патогенные эффекты ЛПС in vivo, снижая степень активации тромбоцитов, лейкоцитов и эндотелиальных клеток и уменьшая выраженность микроциркуляторных расстройств, развивающихся при попадании эндотоксина в системную циркуляцию [10].
Заключение. Сам факт возможного уменьшения патогенных эффектов бактериального эндотоксина под влиянием физических воздействий, по-видимому, свидетельствует об изменениях архитектоники токсической молекулы, отражающихся на способности ЛПС образовывать надмолекулярные комплексы, определяющие его возможность взаимодействовать с биосубстратом.
Конфликт интересов отсутствует.
Библиографический список
1. Патогенетические механизмы и клинические аспекты действия термостабильного эндотоксина кишечной микрофлоры / Ильина А. Я., Лазарева С. И., Лиходед В. Г. [и др.] // Рус. мед. журн. 2003. Т. 11. С. 126-129.
2. Dauphinee S. M., Karsan A. Lipopolysaccharide signaling in endothelial cells // Laboratory Invest. 2006. Vol. 86. P. 9-22.
3. Brandenburg K., Wiese A. Endotoxins: relationships between structure, function, and activity // Curr. Top. Med. Chem. 2004. Vol. 4. P. 1127-1146.
4. Давыдова В. Н., Ермак И. М., Горбач В. И. Взаимодействие бактериальных эндотоксинов с хитозаном: влияние структуры эндотоксина, молекулярной массы хитозана и ионной силы раствора на процесс комплексообразования // Биохимия. 2000. Т. 65. С. 1278-1287.
5. Ермак И. М., Давыдова В. Н., Горбач В. И. Модификация биологических свойств липополисахарида (ЛПС) при образовании им комплекса с хитозаном // Бюл. эксперим. биол. мед. 2004. Т. 137. С. 430-434.
6. Ермак И. М., Давыдова В. Н. Взаимодействие бактериальных липополисахаридов с растворимыми белками макроорганизма и поликатионами // Биологические мембраны. 2008. Т. 25. С. 323-342.
7. Брилль Г. Е., Агаджанова К. В., Правдин А. Б., Пост-нов Д. Э. Влияние лазерного излучения с различным типом поляризации на структурообразовательные свойства бактериального липополисахарида // Фотобиология и фотомедицина. 2011. Т. 8, № 2. С. 77-81.
8. Шабалин В. Н., Шатохина С. Н. Морфология биологических жидкостей человека. М.: Хризостом, 2001. 303 с.
9. Sunkari V. G., Aranovitch B., Portwood N.,
Nikoshkov A. Effect of low-intensity electromagnetic field on fibroblast migration and proliferation // Electromagnetic Biology and Medicine. 2011. Vol. 30, № 2. P. 80-85.
10. Брилль Г. Е., Агаджанова К. В., Гаспарян Л. В., Маке-ла А. М. Лазерное облучение бактериального липополиса-харида модифицирует его влияние на микроциркуляцию // Лазерная медицина. 2009. Т. 46, вып. 4. С. 46-49.
Translit
1. Patogeneticheskie mehanizmy i klinicheskie aspekty de-jstvija termostabil'nogo jendotoksina kishechnoj mikroflory / Il'ina
A. Ja., Lazareva S. I., Lihoded V. G. [i dr.] II Rus. med. zhurn.
2003. T. 11. S. 126-129.
2. Dauphinee S. M., Karsan A. Lipopolysaccharide signaling in endothelial cells II Laboratory Invest. 2006. Vol. 86. P. 9-22.
3. Brandenburg K., Wiese A. Endotoxins: relationships between structure, function, and activity II Curr. Top. Med. Chem.
2004. Vol. 4. P. 1127-1146.
4. Davydova V. N., Ermak I. M., Gorbach V. I. Vzaimodejst-vie bakterial'nyh jendotoksinov s hitozanom: vlijanie struktury jendotoksina, molekuljarnoj massy hitozana i ionnoj sily rastvo-ra na process kompleksoobrazovanija II Biohimija. 2000. T. 65. S. 1278-1287.
5. Ermak I. M., Davydova V. N., Gorbach V. I. Modifikacija biologicheskih svojstv lipopolisaharida (LPS) pri obrazovanii im kompleksa s hitozanom Ii Bjul. jeksperim. biol. med. 2004. T. 137. S. 430-434.
6. Ermak I. M., Davydova V. N. Vzaimodejstvie bakterial'nyh lipopolisaharidov s rastvorimymi belkami makroorganizma i po-likationami II Biologicheskie membrany. 2008. T. 25. S. 323-342.
7. Brill' G. E., Agadzhanova K. V., Pravdin A. B., Postn-ov D. Je. Vlijanie lazernogo izluchenija s razlichnym tipom pol-jarizacii na strukturoobrazovatel'nye svojstva bakterial'nogo li-popolisaharida II Fotobiologija i fotomedicina. 2011. T. 8, № 2.
S. 77-81.
8. Shabalin V. N., Shatohina S. N. Morfologija biologicheskih zhidkostej cheloveka. M.: Hrizostom, 2001. 303 s.
9. Sunkari V. G., Aranovitch B., Portwood N., Nikoshkov A. Effect of low-intensity electromagnetic field on fibroblast migration and proliferation II Electromagnetic Biology and Medicine. 2011. Vol. 30, № 2. P. 80-85.
10. Brill' G. E., Agadzhanova K. V., Gasparjan L. V., Make-la A. M. Lazernoe obluchenie bakterial'nogo lipopolisaharida modificiruet ego vlijanie na mikrocirkuljaciju II Lazernaja medici-na. 2009. T. 46, vyp. 4. S. 46-49.
УДК 615.017:616.079; 615.2/.3.001.37 Оригинальная статья
ИЗУЧЕНИЕ АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ ЭКСТРАКТОВ ОЧИТКОВ (SEDUMMAXIMUM(L.) HOFFM., S. TELEPHIUML.)
В. О. Пластун — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, аспирант кафедры общей биологии, фармакогнозии и ботаники; С. В. Райкова — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, доцент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии, кандидат медицинских наук; Н. А. Дурнова — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, заведующая кафедрой общей биологии, фармакогнозии и ботаники, доцент, доктор биологических наук; Г. М. Шуб — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии, профессор, доктор медицинских наук; Е. Э. Комарова — ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России, ассистент кафедры общей биологии, фармакогнозии и ботаники.
THE STUDY OF ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF STONECROP EXTRACTS (SEDUMMAXIMUM(L.) HOFFM., S. TELEPHIUML.)
V. O. Plastun — Saratov State Medical University n.a. V. I. Razumovsky, Department of Biology, Pharmacognosy and Botany, Post-graduate; S. V. Raikova — Saratov State Medical University n.a. V.I. Razumovsky, Department of Microbiology, Virology and Immunology, Assistant Professor, Candidate of Medical Science; N. A. Durnova — Saratov State Medical University n. a. V. I. Razumovsky, Head of Department of Biology, Pharmacognosy and Botany, Assistant Professor, Doctor of Biological Science; G. M. Shub — Saratov State Medical University n. a. V. I. Razumovsky, Head of Department of Microbiology, Virology and Immunology, Professor, Doctor of Medical Science; E. A. Komarova — Saratov State Medical University n. a. V. I. Razumovsky, Department of Biology, Pharmacognosy and Botany, Assistant.
Дата поступления — 29.04.2013 Дата принятия в печать — 25.11.2013 г
Пластун В. О., Райкова С. В., Дурнова Н. А., Шуб Г. М., Комарова Е. Э. Изучение антимикробной активности экстрактов очитков (Sedum maximum (L.) Hoffm., S. telephium L.) // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 4. С. 640-643.
Цель: изучение антимикробной активности водного раствора спиртового экстракта очитка большого и очитка пурпурного. Материал и методы. Изучалось действие водных растворов спиртовых экстрактов очитка большого (Sedum maximum (L.) Hoffm.) и очитка пурпурного (S. telepium L.) на Staphylococcus aureus ATCC 209Р, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27835, Escherichia coli ATCC 25922 методом двукратных серийных разведений с последующим высевом на плотные питательные среды. Результаты. Установлено значение минимальной подавляющей концентрации для всех экстрактов в отношении всех исследованных культур. Действие носит бактерицидный характер. Заключение. Выявлена антимикробная активность экстрактов обоих видов в отношении всех взятых в эксперимент штаммов микроорганизмов.
