научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА ЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ БАКТЕРИОФАГОВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Биология

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА ЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ БАКТЕРИОФАГОВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 4, с. 722-728

== БИОФИЗИКА КЛЕТКИ= =

УДК 576.8/57.08/579/579

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРА ЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ БАКТЕРИОФАГОВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

© 2015 г. О.И. Гулий* ** ***, Б.Д. Зайцев****, И.Е. Кузнецова*****, А.М. Шихабудинов****, Л.А. Дыкман* ***, С.А. Староверов* ** ***, О.А. Караваева*, С.А. Павлий******, О.В. Игнатов*

*Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, 410049, Саратов, пр. Энтузиастов, 13;

**Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 410012, Саратов, Театральная пл., 1;

***Саратовский научно-исследовательский ветеринарный институт РАН, 410028, Саратов, ул. 53 Стрелковой Дивизии, 6;

**** Саратовский филиал Институтарадиотехники и электроники им. В.А Котельникова РАН,

Саратов, 410019 Саратов, ул. Зеленая, 38;

*****Институт радиотех ники и элект роники им. В.А. Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Мох овая, 11/7;

******Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 410012, Саратов, ул. А страханская, 83 E-mail: guliy_olga@mail.ru Поступила в p едакцию 09.02.15 г.

Изучены изменения электpоакуcтичеcкиx паpаметpов cуcпензии клеток пpи взаимодействии c бактеpиофагами, как в чистой культуpе, так и в cмешанной cуcпензии клеток. Установлено, что cпецифичеcкие изменения паpаметpов клеточный cуcпензий под действием фага пpоиcxодят только у микробных клеток, чувствительные к изучаемому бактеpиофагу. Установлено, что датчик позволяет pазгpаничивать ситуации, когда пpоиcxодит инфициpование бактеpиальныx клеток cпецифичеcкими бактеpиофагами от консольный экcпеpиментов, когда такого инфи-циpования не пpоиcxодило. Выработан оpиентиpовочный кpитеpий наличия cпецифичеcкого взаимодейcтвия бактеpиофагов и клеток в анализиpуемой cуcпензии, который заключаетcя в том, что изменение модуля электpичеcкого импеданcа датчика не должно быть менее ~1%. П pоведены контpольные экcпеpименты по инфицированию клеток бактеpиофагом c помощью cтандаpтного микpобиологичеcкого выcева на плотные питательные cp еды. Впеpвые показана возможность использования метода электpоакуcтичеcкого анализа для опpеделения cпектpа литичеcкой активноcти бактеpиофагов. Полученные pезультаты могут быть использованы для cоздания экcпpеcc-метода опpеделения чувствительности микробных клеток к бактеpиофагам.

Ключевые слова: спектр литической активности, бактериофаги, микробные клетки, электроакустический метод анализа.

Бактер иофаги могут выступать в pоли биологического pецептоpа для детекции микроб-нык клеток [1] и пpедcтавляют интеpеc при изучении взаимодействия бактериофаг-микробная клетка. Кроме того, бактериофаги могут быть использованы для диагностики многих возбудителей различных инфекционных заболеваний человека, животных и растений [2] и являются эффективным средством бор ьбы с этими возбудителями (в том числе с теми, которые устойчивы к действию антибиотиков) [3-6]. Эффективность обусловлена специфическим действием бактериофагов, а также простотой подготовки препаратов и их низкой стоимостью, по сравнению с разработкой новых антибио-

тиков против устойчивых штаммов бактерий. Стоит отметить, что в 1920-е гг. с помощью препаратов бактериофагов удалось излечить тысячи людей от дизентерии, тифа, холеры и других инфекционных заболеваний. Однако уже в 1940-е гг. после откр ытия антибиотиков применение бактериофагов в качестве лечебных профилактических препаратов против инфекционных заболеваний прекратилось.

В настоящее вр емя интер ес к бактериофагам появился вновь в связи с увеличением числа устойчивых к антибиотикам микроорганизмов. Тем не менее основным условием успешного применения бактериофагов является чувствительность возбудителя к соответствующему бак-

териофагу - фаговая специфичность. В настоящее время существует несколько способов определения чувствительности бактерий к бактериофагам, среди них:

- стандартные микробиологические методы [7,8];

- метод электроориентационной спектро-скопии, основанный на регистрации изменения оптических свойств микробной суспензии под влиянием переменного электрического поля;

- флуоресцентная спектроскопия, основанная на внесении в систему мембранотропного зонда и регистрации интенсивности флуоресценции [9];

- методы с использованием биосенсоров на основе бактериофагов [10,11].

В последнее вр емя активно развиваются исследования, направленные на изучение электрофизических свойств клеток. Это обусловлено рядом достоинств электрофизических методов анализа. Во-первых, существует тесная связь электрофизических хар актеристик клеток с про -цессами жизнедеятельно сти; во-вторых, измер е-ние этих характеристик можно проводить быстро и без разрушения клеток и клеточных структур, что позволяет исследовать процессы, протекающие в клетках in situ [12,13]. Акустические методы анализа привлекают все большее внимание исследователей для анализа биологических взаимодействий, поскольку характеризуются высокой чувствительностью и минимальным временем для проведения анализа. П ри этом значительный интерес вызывают пье-зоэлектр ические резонато ры с попер ечным электрическим полем, которые в отличие от традиционных резонаторов с продольным полем более чувствительны к контактирующей жидкости, поскольку реагируют как на изменение ее вязкости, так и проводимости. Существует большое количество статей и патентов, посвященных этим резонато рам и их использованию для решения биотехнологических задач [14-17].

Поскольку процедура определения спектра литической активности бактериофагов достаточно длительна, разработка метода экспрессного анализа чувствительности микробных клеток к бактериофагам является чрезвычайно важной. В связи с этим целью работы является развитие метода электроакустического анализа клеточных суспензий для определения спектра литической активности бактериофага и решения вопроса о чувствительности микробных клеток к бактериофагам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Микроорганизмы. В работе использовали микроорганизмы Escherichia coli штаммов XL-1, К-12, B-878, BL-Ril, pHENl, pUC18, pBR325, Azospirillum brasilense Sp7 (IBpPM 150), полученные из коллекции pизоcфеpныx микpооp га-низмов ИБФРМ РАН. В pаботе также использовали штаммы микpооpганизмов, полученные из коллекции лабоpатоpии Cаpатовcкого НИИ «Биокатализа»: Pseudomonas putida БА-11 (ВКПМ В-6707), Pseudomonas putida С-11 (ВКПМ В-6708) и Acinetobacter calcoaceticum A-122.

Ми^ ооpганизмы xp анили пpи 4°С на чашках Петpи с твеpдой питательной cpедой LB, cодеp жащей 3% агаp-агаp а (для клеток кишечной палочки). Ми^обные клетки пеpеcевали каждые две недели.

Культивирование микроорганизмов. Для культивиpования бактеpий иотользовали жидкую питательную cpеду LB [18] оледующего отстава (г/л): Nad (Becton, Dickinson & Со., США) - 10,0; пептон (Becton, Dickinson & Со., США) - 5,0; дpожжевой экстракт ^№СО, С ША) - 5,0. Полужидкая cp еда LB cодеpжала 0,7% агаp-агаp а; твеp дая - 1,5 и 3% агаp-агаpа.

Культуp ы бактеpий вьфащивали в 250-мил-лиметpовыx колбах Эpленмейеpа на жидкой cp еде LB. Инкубиpование клеток пpоводили на кpуговой качалке пpи интенcивноcти пеpеме-шивания 160 об/мин пpи 30 ± 1°С в течение 18-20 ч.

Инфицирование клеток бактериофагом. Ин-

фициpование ми^обных клеток E. coli XL-1 пpоводили c ^пользованием нитчатого фага М13К07 cемейcтва Inoviridae. М13 К07 коммеp-чеcкий пpепаpат фиpмы Stratagene (Швеция), имеющий уcтойчивоcть к канамицину, был cконcтpуиpован на оcнове дикиго типа фага М13 [18;19]. Для инфициpования бактеp иофагом бактеpиальную культуpу E. coli XL-1 выcевали из отдельной колонии c чашки c агаpизованной cpедой LB, cодеpжащей 12,5 мкг/мл тетpацик-лина в 2 мл cp еды LB, инкубиpовали в течение ночи пpи постоянной аэpации и 37°С, затем 1/10 часть ночной культуpы rop еcевали в cве-жую cp еду того же от става и p аcтили до эте-поненциальной фазы pоcта, пpи 37°С и аэpации [18,19]. По достижении pанней логаpифмиче-cкой фазы pоcта (ОД600 = 0,5 - 0,6, что отот-ветствует 7-108 клеток/мл) аэp ацию пpекpащали на 30-40 мин для воccтановления F-пилей и инкубиpовали cуcпензию в теp моcтате пpи 37°С. Концентp ацию микp ооpганизмов подcчитывали cтандаpтным методом c иcпользованием cвето-вой ми^о cкопии. Для инфициpования ми^об-

ных клеток вносили бактериофаг из расчета 20 фаговых частиц на одну клетку. После прибавления фагов культуру инкубировали при 37°C в термостате без покачивания для сор бции фаговых частиц на поверхности пилей.

Выделение и характеристика бактериофагов. Выделение бактериофагов проводили поср едст-вом воздействия низкой температур ы [18]. Выращенную культуру микроорганизмов охлаждали в холодильнике при 4°C в течение 1,5-2 ч для стимуляции выхода бактер иофагов из клеток. После этого пр оводили центрифугир ование при 2500 g в течение 40 мин. К надосадочной жидкости добавляли 1/5 объема 20% раствора полиэтиленгликоля (PEG 6000, Раигеас, И спа-ния) с добавлением 1,6 М NaCl (PEG/NaCl). Затем колбу с супер натантом обкладывали льдом и помещали в холодильник при 4°C на 2 ч. По истечении указанного вр емени проводили центрифугирование при 12000 g в течение 30 мин, супернатант сливали, пробирку переворачивали, ставили на фильтровальную бумагу и подсушивали около 30 мин. После этого к осадку добавляли 1 мл ТЕ-буфера (10 мМ трис-HCl, 1 мМ ЭДТА, рН 7,5-8,0), ресуспен-дировали и центрифугировали при 10000 g в течение 5 мин. Cупеpнатант переносили в стерильную посуду и добавляли 1/5 объема PEG/NaCl, образовавшийся о садок быстр о размешивали и центрифугировали при 6500 g в течение 5 мин. Полученный осадок раствор яли в 1 мл ТЕ-буфера. Пробирки с суспензией бактериофага хранили в морозильной камере при температур е -20°C.

Определение концентрации фаговык частиц.

Количество фаговых частиц определяли спек-трофотометрически на пр иборе Бресогё BS-250 (Analytik Jena, Гер мания) в кювете объемом 1 мл. И сходя из того, что величина 30 опт. ед. соответствует значению 2-1014 фаговых частиц/мл [19], можно было для расчетов использовать следующую формулу: (А 269 - А 320)-5-1014/15, где А 269 - оптическая плотность суспензии при длине волны электромагнитного изл

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком