CC BY
35
Инновационное направление науки 7
УДК 636.22/.28:615.32
Влияние растительных веществ на сигнальные молекулы quorum sensing
(исследование in vitro)
И.Ф. Каримов1'2, Г.К. Дускаев1, Г.И. Левахин1
1 ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»
2 ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»
Аннотация. Запрет на использование антибиотических средств в кормлении сельскохозяйственных животных способствовал активному поиску новых веществ, обладающих аналогичными свойствами. Особое внимание исследователей уделено поиску среди лекарственных растений, ранее использованных при лечении заболеваний животных. На сегодняшний день выделены вещества от природных источников, которые нацелены на определённые виды молекул и могут быть полезны для предотвращения резистентности, в том числе к антибиотическим веществам. Целью данного исследования была оценка химически синтезированных малых молекул, выделенных из экстракта Quercus cortex, с использованием в качестве тест-объектов штаммов бактерий Escherichia coli JLD271 pAL103, в том числе на фоне рубцовой жидкости крупного рогатого скота. Изучены спектры поглощения К-(3-оксо)-гексаноил^-гомосеринлактона и комплексов растительных молекул (кумарин, конифериловый спирт). Установлено, что спектр поглощения кумарина характеризуется наличием четырёх значений, а результат взаимодействия с конифериловым спиртом - смещением максимумов поглощения. Формирование комплекса рубцовой жидкости с кумарином привело к снижению эффективности экспрессии сенсорного промотора luxI, что свидетельствует о связывании дополнительно около 29 % сигнальных молекул, с конифериловым спиртом - связывании дополнительно около 48 % сигнальных молекул. Формирование смеси рубцовой жидкости с экстрактом коры дуба, представляющей целый набор различных молекул, продемонстрировало ещё более выраженное изменение антикворумной активности. Использование природных растительных компонентов и их синтетических аналогов усиливает уровень ингибирования активности системы Quorum Sensing путём инактивации регуляторных молекул. В дальнейшем это позволяет определять характер рациона и тип используемых кормовых субстратов или добавок, выступающих в качестве дополнительного фактора регуляции деятельности активности биохимических каналов коммуникации микробного сообщества рубца жвачных животных.
Ключевые слова: крупный рогатый скот, кора дуба, растительные вещества, сигнальные молекулы, рубцовая жидкость, ингибирование.
Введение.
Запрет на использование антибиотических средств в кормлении сельскохозяйственных животных способствовал активному поиску новых веществ, обладающих аналогичными свойствами. Особое внимание исследователей уделено поиску среди лекарственных растений, ранее использованных при лечении заболеваний животных. На сегодняшний день выделены вещества от природных источников, которые нацелены на определённые виды молекул и могут быть полезны для предотвращения резистентности к инсулину [1]. Обнаружены метилированные производные квер-цетина, которые обычно встречаются во фруктах и овощах и обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами (блокируют фермент воспаления) [2]. Ингибирование in vitro и in vivo секреторной фосфолипазы A 2 биоактивными молекулами из экстракта Boerhaavia diffusa L. наблюдали и другие исследователи [3]. Рассматривается потенциальное применение полифеноль-ных экстрактов в защите растений ввиду отсутствия какой-либо токсичности этих соединений. Отмечено ингибирование Pseudomonas savastanoi полифенольными экстрактами, выделенными из растительных остатков [4]. Проведены исследования по выделению, идентификации и оценке ци-тотоксичности нового терпенового сапонина из Salicornia bigelovii Torr, потенциального химио-препарата для лечения рака [5]. Отмечено, что природные индолы ингибируют активацию Т-кле-ток стафилококкового энтеротоксина [6].
8 Инновационное направление науки
При оценке молекул растительного происхождения необходимо учитывать и вид растений. Так, установлена 100-кратная разница в токсичности между богатыми сапонином экстрактами разных видов растений [7] и отдельными вегетативными частями [8].
Безопасность растительных веществ оценивается и с использованием лабораторных животных. Так, установлено, что экстракты из чайный цветков не содержат токсических веществ, основанных на данных оценки мутагенности, острой и субхронической токсичности у крыс [9]. Проводится значительное количество исследований, направленных на оценку токсичности экстрактов растений, их противовоспалительных свойств, например, у Parinari kerstingii Engl [10], проявление токсикологического эффекта [11], противоопухолевой и цитотоксической активности эфирных масел (Haplophyllum tuberculatum A. Juss) [12], острые и субхронические исследования токсичности водного экстракта Desmodium adscendens (Sw) DC [13].
Обнаружена субхроническая токсичность, иммунорегуляция и противоопухолевое действие антрахинона, экстрагированного из стеблей Morinda citrifolia L. [14], противогрибковая и ци-тотоксическая активности отдельных лекарственных растений из Малайзии [15].
Известны вещества, выделенные из экстрактов растений, обладающие антикворум активностью, так, Zingerone (вещество имбиря) не только оказал заметное влияние на производство сигнальных молекул quorum sensing клиническими изолятами Pseudomonas aeruginosa, но также показал значительное влияние на активацию репортерных штаммов QS [16].
В данных исследованиях использовали вещества, ранее выделенные членами коллектива с подтверждённой антибактериальной и QS-активностью из экстракта Quercus Cortex [17].
Цель исследования.
Оценка химически синтезированных малых молекул, выделенных из экстракта Quercus cortex, с использованием в качестве тест-объектов штаммов бактерий Escherichia coli JLD271 pAL103, в том числе на фоне рубцовой жидкости крупного рогатого скота.
Материалы и методы исследования.
Объект исследования. 1. Аутоиндукторы - ^(З-оксо)-гексаноил-Ь-гомосеринлактон (ок-со-С6-ГСЛ) в диапазоне концентраций от 10-8 до 10-4 М.
2. Рубцовая жидкость крупного рогатого скота, подвергнутая центрифугированию при 5000 об./мин в течение 10 мин.
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями Russian Regulation 1987 (Order No. 755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Healthy) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1966)». При выполнении исследований были приняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.
Схема эксперимента. В работе использованы бактериальные штаммы Escherichia coli (E. coli) K12, трансформированные плазмидами с сшивками рецепторных генов (rhlR, lasR от Pseudomonas aueruginosa и luxR Vibrio fisheri) и генов свечения (luxCDABE) Photorhabdus luminescens, а также дополнительные молекулярные факторы: водный экстракт дуба, конифериловый спирт, кумарин, входящие в состав коры дуба, и для которых была обнаружена способность подавлять продукцию виолацеина у Chromobacterium violaceum.
Культивирование осуществляли на Lysogeny broth-агаре («Sigma», США) с добавлением 10 мкг/мл доксициклина в течение 18 часов при +37 °C. Далее переносили в Lysogeny broth-бульон («Sigma», США) и инкубировали 90 минут при +37 °C для достижения клетками ранней экспоненциальной фазы.
В качестве материала для исследования были использованы репортерные люминесцирую-щие тест-системы (E. coli К-12 pAL103), что обусловлено возможностью количественной оценки стрессовых эффектов с использованием получившего большое распространение метода биолюминесцентного анализа.
Инновационное направление науки 9
Рубцовая жидкость крупного рогатого скота получена через хроническую фистулу рубца животного через три часа после кормления, с использованием шприца Жане (150 мл), с последующим помещением в ёмкость и перевозкой в термосе при температуре +16...+18 °С.
Оборудование и технические средства. Люминометр LM-01T («Immunotech», Чехия), культивирование осуществляли на Lysogeny broth-агаре («Sigma», США), уровень свечения выражали в RLU (relative luminescent units); спектрофотометр Флюорат-02М «Панорама» («Люмэкс», Россия); мультицентрифуга СМ-6М.
Статистическая обработка. Проводилась с использованием пакета программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США), рассчитывая среднюю величину (М), среднеквадратичное отклонение (о), ошибку стандартного отклонения (m). Уровень значимости считали достоверным при P<0,05.
Результаты исследования.
На первом этапе проведена оценка спектров поглощения К-(3-оксо)-гексаноил^-гомосеринлактона и комплексов растительных молекул. Изучен характер изменения спектров поглощения данных соединений в диапазоне от 200 до 400 нм с наиболее типичным и распространённым ацил-гомосеринлактонов (АГЛ) грамотрицательных бактерий - К-(3-оксо)-гексаноил^-гомосеринлактоном. Установлено, что спектр поглощения кумарина характеризуется наличием четырёх значений, соответствующих 205 нм (1=0.255), 215 нм (1=0.269), 275 нм (1=0.211), 310 нм (1=0.112) (табл. 1).
Таблица 1. Интенсивность поглощения кумарина и его комплекса с оксо-С6-ГСЛ
Наименование Максимумы кривой поглощения
205 нм 215 нм 275 нм 310 нм
Кумарин 0.255 0.269 0.211 0.112
Кумарин+оксо-С6-ГСЛ 0.106 0.134 0.100 0.069
Характер изменения -58 % -50 % -53 % -38 %
Результат взаимодействия с конифериловым спиртом оказался несколько иным и характеризовался смещением максимумов поглощения (табл. 2).
Таблица 2. Интенсивность поглощения кониферилового спирта и его комплекса с ^(З-оксо)-гексаноил-Ь-гомосеринлактоном (оксо-С6-ГСЛ)
Наименование Максимумы кривой поглощения
205 нм 220 нм 230 нм 250 нм 265 нм
Конифериловый спирт 0.442 0.513 0.584 1.389 1.293
Конифериловый спирт+ оксо-С6-ГСЛ 0.430 0.853 0.719 0.568 0.862
Процент снижения -3 % +66 % +23 % -59 % -33 %
Было обнаружено, что исходное вещество имеет два наиболее значимых сближенных максимума поглощения на 250 нм и 265 нм с интенсивностью 1.389 и 1.293 относительных единиц соответственно. Помимо этого присутствуют незначительные изменения на 205 нм, 220 нм и 230 нм.
Однако внесение в систему молекулы АГЛ привело к исчезновению видимых изменений на 250 нм и значительному падению величины поглощения на 265 нм. При этом особенностью данного взаимодействия оказалось формирование выраженного максимума на 220 нм со значением интенсивности поглощения 0.853 относительные единицы, что превышает начальный уровень на 66 %.
На втором этапе проведены исследования на рубцовой жидкости, к которой были добавлены природные и химически синтезированные ингибиторы, включающие водный экстракт дуба, а также растворы кумарина и кониферилового спирта. При этом в качестве аутоиндукторов использован К-(3-оксо)-гексаноил-Ь-гомосерин лактон (оксо-С6-ГСЛ) в диапазоне концентраций от 10-8 до 10-4 М.
10 Инновационное направление науки
В данном контексте в качестве контрольной группы выступал образец рубцовой жидкости, разведённый до 12.5 %, при этом уровень свечения E. coli JLD271 pAL103 был равен 676031±10521 RLU при 10-4 М аутоиндуктора.
Формирование комплекса рубцовой жидкости с кумарином привело к снижению эффективности экспрессии сенсорного промотора luxl до уровня 476626±13791 RLU при использовании этой же концентрации оксо-С6-ГСЛ, что свидетельствует о связывании дополнительно около 29 % сигнальных молекул. Аналогично более низкие концентрации давали понижение уровня свечения до 241603±7791 RLU при 10-5 М и до 39960±2791 RLU при 10-6 М, что составляет дополнительное ингибирование 29 % и 55 % молекул соответственно.
Создание аналогичной системы, представляющей сочетание рубцовой жидкости с конифе-риловым спиртом, также привело к снижению квантового выхода штамма E. coli JLD271 pAL103 до уровня 345896±11669 RLU при использовании оксо-С6-ГСЛ в концентрации 10-4 М, что свидетельствует о связывании дополнительно около 48 % сигнальных молекул. Аналогично более низкие концентрации давали понижение уровня свечения до 187329±5238 RLU при 10-5 М и до 42525±1988 RLU при 10-6 М, что составляет дополнительное ингибирование 45 % и 52 % молекул соответственно.
С другой стороны, формирование смеси рубцовой жидкости с экстрактом коры дуба, представляющим целый набор различных молекул, продемонстрировало ещё более выраженное изменение антикворумной активности. Так, в максимальной концентрации оксо-С6-ГСЛ происходит усиление эффекта ингибирования на 61 %, что соответствует уровню 259479±854 RLU, а при 10-6 М составило 57 %.
Обсуждение полученных результатов.
В связи с тем, что кормовой субстрат крупного рогатого скота представляет собой тот или иной вид растительного сырья, его состав или отдельные компоненты способны оказывать влияние на сигнальные молекулы или рецепторные белки представителей микробного сообщества. Поэтому изучение влияния экстрактов растений непосредственно на рубцовую жидкость, изменения его биохимических показателей может быть актуально при проведении исследований по межклеточной коммуникации у бактерий в рубце. В то же время учёные в экстрактах растений выявили новый класс веществ, способных эффективно предотвращать развитие инфекционно-воспалительных процессов в организме животных благодаря подавлению системы межклеточной коммуникации у бактерий.
На первом этапе проведена оценка спектров поглощения ^(З-оксо)-гексаноил-Ь-гомо-серинлактона и комплексов растительных молекул. Формирование смеси кумарина с АГЛ не привело к качественным изменениям спектра поглощения, а результировалось лишь снижением амплитуды. Такой результат обусловлен образованием агрегатов, увеличивающих долю в области более 340 нм и снижением концентрации кумарина в системе примерно на половину от исходного количества.
Результат взаимодействия с конифериловым спиртом оказался несколько иным - по всей видимости это связано с ковалентным взаимодействием, что ведёт к образованию новых типов соединений с иными характеристиками, а в контексте нашей работы потенциально должно вести к инактивации механизмов межклеточной коммуникации с использованием ацильных производных гомосеринлактона.
На втором этапе проведены исследования на рубцовой жидкости, к которой были добавлены природные и химически синтезированные ингибиторы, включающие водный экстракта дуба, а также растворы кумарина и кониферилового спирта. Формирование комплекса рубцовой жидкости с кумарином и конифериловым спиртом привело к снижению эффективности экспрессии сенсорного промотора и снижению квантового выхода штамма E. coli JLD271 pAL103. Вероятно, это объясняется дозозависимым ингибированием свечения, что подтверждается результатами ранее проведённых исследований [18] при оценке степени токсичности рубцовой жидкости крупного рогато-
Инновационное направление науки 11
го скота с применением индикаторных люминесцирующих штаммов бактерий, сконструированных на основе E. coli. Ингибирование может быть связанно с неоднозначным действием самих молекул. Так, ранее проведённая оценка токсичности (in vitro) кворум ингибирующих молекул Quercus cortex показала, что кумарин не повлиял на кинетику люминесценции штамма E. coli MG1655 pXen7 [19], что отличается от результатов, проведённых на штамме E. coli JLD271 pAL103. В то же время он оказывал токсическое действие на культуру клеток Stylonychia mytilus через 24 часа до трёхкратного разведения (0,1-0,025).
Значения ЕС50 д ля кониферилового спирта по отношению к штамму E. coli MG1655 pXen7=0.54 мг/мл [19], аналогичное ингибирование свечения подтвердилось и в данном исследовании.
Ввиду ограниченности информации воздействия кумарина на микроорганизмы, обитающие в желудочно-кишечном тракте животных, был проведён анализ его возможного комплексного действия на организм. Так, кумарины, входящие в состав Hydrangea paniculata, вызывали ингибирование расщепления каспазы, инфильтрацию нейтрофилов и макрофагов в тканях почек, а также продуцирование цитокинов и хемокинов, а сами могли быть метаболизированы в два биологически активных соединения: umbelliferone и esculetin [20, 21]. Таким образом, вероятность взаимодействия кумарина с биологически активными веществами, присутствующими в составе рубцовой жидкости, высокая, что может приводить к образованию новых соединений.
Необходимо учитывать и то, что кумарин может оказывать избирательное действие на определённые микроорганизмы. Так, была проведена биологическая оценка производных кумари-нов в качестве потенциальных ингибиторов продуцирования вирулентного фактора вируса Pseudomonas aeruginosa Pyocyanin, результаты показывают, что производные кумарина подавляют рост P. Aeruginosa [22, 23].
Возможным механизмом действия здесь может рассматриваться наличие кворум ингиби-рующего действия, что подтверждалось ранее [17], и именно из кумарина, выделенного из коры дуба.
Также это подтвердилось в недавних исследованиях при сравнении семи структурно связанных кумаринов с ингибированием чувствительности кворума Pseudomonas aeruginosa и Chromobacterium violaceum [23, 24].
Что касается кониферилового спирта, его влияние на микроорганизмы желудочно-кишечного тракта неизвестно, в то же время есть данные, что при высоких концентрациях снижает рост клеток Nicotiana [25], при этом он метаболизируется BY-2 клетками в несколько соединений, что предполагалось нами ранее.
Выводы.
Полученные данные позволили констатировать, что использование природных растительных компонентов и их синтетических аналогов усиливает уровень ингибирования активности системы Quorum Sensing путём инактивации регуляторных молекул. В дальнейшем это позволяет определять характер рациона и тип используемых кормовых субстратов или добавок, выступающих в качестве дополнительного фактора регуляции деятельности активности биохимических каналов коммуникации микробного сообщества рубца жвачных животных.
Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2018-2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (№ 0761-2018-0003)
Литература
1. Mutlur Krishnamoorthy R. & Carani Venkatraman A. Polyphenols activate energy sensing network in insulin resistant models // Chemico-Biological Interactions. 2017. Sep 25. 275. 95-107. doi: 10.1016/j.cbi.2017.07.016.
12 Инновационное направление науки
2. Evaluation of Rhamnetin as an Inhibitor of the Pharmacological Effect of Secretory Phospho-lipase A2 / M. Novo Belchor, H. Hessel Gaeta, C. Fabri Bittencourt Rodrigues, C. Ramos da Cruz Costa, D. de Oliveira Toyama, L.F. Domingues Passero, M. Dalastra Laurenti & M. Hikari Toyama // Molecules. 2017. Aug 31. 22(9). pii: E1441. doi: 10.3390/molecules22091441.
3. Neutralization of Inflammation by Inhibiting In vitro and In vivo Secretory Phospholipase A2 by Ethanol Extract of Boerhaavia diffusa L. / A.S. Giresha, S.N. Pramod, A.D. Sathisha & K.K. Dhar-mappa // Pharmacognosy Research. 2017. Apr-Jun. 9(2). P. 174-181. doi: 10.4103/0974-8490.204650.
4. Global Analysis of Type Three Secretion System and Quorum Sensing Inhibition of Pseudomonas savastanoi by Polyphenols Extracts from Vegetable Residues / C. Biancalani, M. Cerboneschi,
F. Tadini-Buoninsegni, M. Campo, Arianna Scardigli, A. Romani, & S. Tegli // PLoS One. 2016. 11(9). e0163357. doi:10.1371/journal.pone.0163357.
5. Isolation, identification and cytotoxicity of a new noroleanane-type triterpene saponin from Sal-icornia bigelovii Torr / F. Guan, Q. Wang, M. Wang, Y. Shan, Y. Chen, M. Yin, Y. Zhao, X. Feng, F. Liu & J. Zhang // Molecules. 2015. Apr 10. 20(4). 6419-6431. doi: 10.3390/molecules20046419.
6. Busbee P.B., Nagarkatti M. & Nagarkatti P.S. Natural indoles, indole-3-carbinol and 3,3'-diin-dolymethane, inhibit T cell activation by staphylococcal enterotoxin B through epigenetic regulation involving HDAC expression // Toxicology and Applied Pharmacology. 2014. Jan 1. 274(1). 7-16. doi: 10.1016/j.taap.2013.10.022. Epub 2013 Nov 5.
7. What is the aquatic toxicity of saponin-rich plant extracts used as biopesticides? / X. Jiang, H.C.B. Hansen, B.W. Strobel & N. Cedergreen // Environmental Pollution. 2018. May 236:416-424. doi: 10.1016/j.envpol.2018.01.058.
8. Saponins from seeds of Genus Camellia: Phytochemistry and bioactivity / N. Guo, T. Tong, N. Ren, Y. Tu & B. Li // Phytochemistry. 2018. May 149. 42-55. doi: 10.1016/j.phytochem.2018.02.002. Epub 2018 Feb 17.
9. Occurrence of Functional Molecules in the Flowers of Tea (Camellia sinensis) Plants: Evidence for a Second Resource / Y. Chen, Y. Zhou, L. Zeng, F. Dong, Y. Tu & Z. Yang // Molecules. 2018. Mar 29. 23(4). pii: E790. doi: 10.3390/molecules23040790.
10. The new plant Parinari kerstingii Engl.: Toxicity studies and anti-inflammatory properties / L.O. Linus, S.L. Wang, N. Shi, C. Hanson, Y.T. Lu, R.N. Alolga, Q. Liu, R.C. Njokuocha & L.W. Qi // Journal of Ethnopharmacology. 2018. Mar 15. pii: S0378-8741(17)34019-9. doi: 10.1016/j.jep.2018.03.016.
11. Toxicological effect of underutilized plant, Cleistanthus collinus leaf extracts against two major stored grain pests, the rice weevil, Sitophilus oryzae and red flour beetle, Tribolium castaneum /
G. Guru-Pirasanna-Pandi, T. Adak, B. Gowda, N. Patil, M. Annamalai & M. Jena // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Jun 15. 154. 92-99. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.02.024. Epub 2018 Feb 15.
12. In vitro antileishmanial and cytotoxicity activities of essential oils from Haplophyllum tuberculatum A. Juss leaves, stems and aerial parts / A. Hamdi, J. Bero, C. Beaufay, G. Flamini, Z. Marzouk, Y. Vander Heyden & J. Quetin-Leclercq // BMC Complementary and Alternative Medicine. 2018. Feb 14. 18(1). 60. doi: 10.1186/s12906-018-2128-6.
13. Acute and Subchronic Toxicity Studies of Aqueous Extract of Desmodium adscendens (Sw) DC / O. Quaye, P. Cramer, M. Ofosuhene, L.K.N. Okine & A.K. Nyarko // Journal of Evidence-Based Complementary & Alternative Medicine. 2017. Oct 22(4). 753-759. doi: 10.1177/2156587217736587.
14. Subchronic toxicity, immunoregulation and anti-breast tumor effect of Nordamnacantal, an an-thraquinone extracted from the stems of Morinda citrifolia L. / N. Abu, N.R. Zamberi, S.K. Yeap, N. Nordin, N.E. Mohamad, M F. Romli, N.E. Rasol, T. Subramani, N.H. Ismail & N.B. Alitheen // BMC Complementary and Alternative Medicine. 2018. 27 jan 18 (1). 31. doi: 10.1186 / s12906-018-2102-3.
15. Antifungal and cytotoxic activities of selected medicinal plants from Malaysia / Y.S. Chan, Y.H. Cheah, P.Z. Chong, H.L. Khor, W.S. Teh, K S. Khoo, H C. Ong & N.W. Sit // Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. jan 31 (1). P. 119-127.
16. Zingerone silences quorum sensing and attenuates virulence of Pseudomonas aeruginosa / L. Kumar, S. Chhibber, R. Kumar, M. Kumar & K. Harjai // Fitoterapia. 2015. Apr 102. P. 84-95. doi: 10.1016/j.fitote.2015.02.002.
Инновационное направление науки 13
17. Deryabin D.G. & Tolmacheva A.A. Antibacterial and anti-qurum sensing molecular composition derived from Quercus Cortex (oak bark) extract // Molecules. 2015. № 20(9). P. 17093-17108.
18. Study of Intercellular Interaction of Ruminal Microorganisms of Beef Cattle / K. Logachev, I. Karimov, G. Duskaev, A. Frolov, S. Tulebaev & O. Zav'yalov // Asian Journal of Animal Sciences. 2015. 9. P. 248-253. doi: 10.3923/ajas.2015.248.253.
19. Assessment of (in vitro) Toxicity of Quorum Sensing Inhibitor Molecules of Quercus cortex / G.K. Duskaev, D.G. Deryabin, I. Karimov, D.B. Kosyan & S.V. Notova // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2018. Vol. 10(1). P. 91-95.
20. Total Coumarins from Hydrangea paniculata Show Renal Protective Effects in Lipopolysac-charide-Induced Acute Kidney Injury via Anti-inflammatory and Antioxidant Activities / S. Zhang, J. Ma, L. Sheng, D. Zhang, X. Chen, J. Yang & D. Wang // Frontiers in Pharmacology. 2017. Dec 14. 8. 872. doi: 10.3389/fphar.2017.00872.
21. Total Coumarins from Hydrangea paniculata Protect against Cisplatin-Induced Acute Kidney Damage in Mice by Suppressing Renal Inflammation and Apoptosis / Z. Sen, M. Jie, Y. Jingzhi, W. Dongjie, Z. Dongming & C. Xiaoguang // Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2017. V. 2017. 5350161. 15 p. doi: 10.1155/2017/5350161.
22. Synthesis and Biological Evaluation of the Coumarins Derivatives as Potential Inhibitors of the Production of the Pseudomonas aeruginosa Virulence Factor Pyocyanin / Forezi L. da S.M., T.Q. Froes, M.F.C. Cardoso ., C.A. de Oliveira Maciel, G.G. Nicastro, R.L. Baldini, D.C.S. Costa, V.F. Ferreira, M.S. Castilho & F. de C. da Silva // Current Topics in Medicinal Chemistry. 2018. Mar 29. doi: 10.2174/1568026618666180329122704.
23. Comparison of seven structurally related coumarins on the inhibition of Quorum sensing of Pseudomonas aeruginosa and Chromobacterium violaceum / R.E. D'Almeida, R.D.I. Molina, C.M. Viola, M.C. Luciardi, C. Nieto Peñalver, A. Bardón, & Arena M.E. // Bioorganic Chemistry. 2017. Aug. № 73. P. 37-42. doi: 10.1016/j.bioorg.2017.05.011.
24. Coumarin: a novel player in microbial quorum sensing and biofilm formation inhibition / F.J. Reen, J.A. Gutiérrez-Barranquero, M.L. Parages & F. O Gara // Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. Mar. 102(5). P. 2063-2073. doi: 10.1007/s00253-018-8787-x.
25. Coniferyl alcohol hinders the growth of tobacco BY-2 cells and Nicotiana benthamiana seedlings / E.E. Vaisanen, A.I. Smeds, K.V. Fagerstedt, T.H. Teeri, S.M. Willfor & A. Karkonen // Planta. 2015. Sep. 242(3). P. 747-760. doi: 10.1007/s00425-015-2348-7. Epub 2015 Jun 25.
Каримов Ильшат Файзелгаянович, кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией микробиологии ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агро-технологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-07-63, e-mail: ifkarimov@yandex.ru; доцент кафедры биохимии и микробиологии ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет», 460018, г. Оренбург, просп. Победы, д. 13
Дускаев Галимжан Калиханович, доктор биологических наук, заместитель директора по науке, заведующий отделом кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. С.Г. Леушина ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-07-63, e-mail: gduskaev@mail.ru
Левахин Георгий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник отдела кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. С.Г. Леушина ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-41
Поступила в редакцию 13 августа 2018 года
14 Инновационное направление науки
UDC 636.22/.28:615.32
Karimov Ilshat Faizelgayanovich1,2, Duskaev Galimzhan Kalikhanovich1, Levakhin Georgy Ivanovich1
1FSBSI «Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences», e-mail: gduskaev@mail.ru
2 FSBEIHE «Orenburg State University», e-mail: ifkarimov@yandex.ru Effect of plant matter on quorum sensing signal molecules (in vitro studies)
Summary. Restriction on use of antibiotics in feeding of farm animals promoted an active search for new substances with similar properties. Particular attention is paid to research among medicinal plants previously used in the treatment of animal diseases. To date, substances have been isolated from natural sources that target certain types of molecules and can be useful for preventing resistance including antibiotic substances resistance. The purpose of this study was to evaluate chemically synthesized small molecules isolated from the extract of Quercus cortex using strains of Escherichia coli JLD271 pAL103 as test objects, including against the background of cattle ruminal fluid. The absorption spectra of N-(3-oxo)-HexanoylL-homoserine lactone and complexes of plant molecules (coumarin, coniferyl alcohol) have been studied. It is established that the absorption spectrum of coumarin is characterized by four values and the result of interaction with coniferyl alcohol by shift of absorption maxima. Formation of ruminal fluid complex with coumarin led to a decrease in the efficiency of sensory promoter luxI expression which indicates the binding of additional 29 % of signaling molecules, and with coniferyl alcohol - additionally about 48 % of signal molecules. Formation of a mixture of ruminal fluid with an oak bark extract representing a whole set of different molecules demonstrated an even more pronounced change in antiquorum sensing activity. Use of natural plant components and their synthetic analogues enhances the level of inhibition of Quorum Sensing system activity by inactivation of regulatory molecules. At later stages it allows to determine the type of diet and type of used feed substrates or additives that act as an additional factor in activity regulation of communication biochemical channels of rumen microbial community of the ruminant animals.
Key words: cattle, oak bark, plant matter, signal molecules, ruminal fluid, inhibition.
