научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ПОЛИКАТИОНОВ НА АНТИБАКТЕРИАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ЛИЗОСТАФИНА Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ПОЛИКАТИОНОВ НА АНТИБАКТЕРИАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ЛИЗОСТАФИНА»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2015, том 51, № 6, с. 610-615

УДК 547.995.12:577.152.32:579.852.11

ВЛИЯНИЕ ПОЛИКАТИОНОВ НА АНТИБАКТЕРИАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ЛИЗОСТАФИНА

© 2015 г. С. Н. Куликов*, **, ***, Р. З. Хайруллин*, ***, В. П. Варламов****

*Казанский НИИ эпидемиологии и микробиологии Роспотребнадзора, Казань, 420015

e-mail: kuliks@yandex.ru **Казанский федеральный университет, Казань, 420008 ***Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, 420015

e-mail: khairullinrz@gmail.com ****Центр "Биоинженерия"РАН, Москва, 117312 e-mail: varlamov@biengi.ac.ru Поступила в редакцию 14.05.2015 г.

Показан эффект синергизма лизостафина и поликатионов различной химической структуры при проявлении антибактериальной активности против Staphylococcus aureus. Поликатионы усиливали литическое действие лизостафина на пептидогликан стафилококков. Высказано предположение, что при этом уменьшалось связывание положительно заряженного лизостафина с тейхоевыми кислотами клеточных стенок S. aureus. Полученные данные открывают перспективы для поиска поликатионов, усиливающих эффект синергизма при действии лизостафина и других антибактериальных белков на стафилококки.

Ключевые слова: поликатион, хитозан, полиэтиленимин, полиаллиламин, лизостафин, Staphylococ-cus aureus, синергизм, антибактериальная активность.

DOI: 10.7868/S0555109915060082

Борьба с инфекционными заболеваниями, вызываемыми резистентными штаммами бактерий рода Staphylococcus, и, в частности, золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus), является одной из наиболее актуальных проблем медицины на протяжении длительного времени. Поэтому поиск новых лекарственных средств, альтернативных антибиотикам, а также разработка новых подходов в лечении стафилококковых инфекций является важной задачей.

Одним из таких средств является лизостафин — фермент (КФ 3.4.24.75), впервые выделеный более полувека назад из культуральной жидкости S. simu-lans biovar staphylolyticus [1]. Благодаря своей способности расщеплять пентапептидные глициновые мостики в структуре муреина, характерные именно для S. aureus, лизостафин рассматривается как перспективный антистафилококковый агент. Была показана высокая эффективность этого белка против S. aureus как в опытах in vitro, так и в исследованиях на животных [2].

Однако, потенциальная иммуногенность лизостафина и сложность его очистки от сопутствующих примесей, содержащихся в культуральной жидкости S. simulans, затрудняли практическое применение этого белка. Одно из решений этой проблемы включает получение рекомбинантного белка, для

биосинтеза которого используется промышленный штамм Ьа^ососст \actis [3]. Второе — получение фермента, иммобилизованного в матрице по-лиэтиленгликоля, что позволяет предотвратить его взаимодействие с антителами сыворотки и сохранить высокую активность [4].

Известно, что при совместном использовании лизостафина с классическими антибиотиками [5—7], антимикробными пептидами [8] и белками [9] обнаруживается синергический эффект в проявлении антистафилококковой активности. Это дает возможность снизить количество используемого фермента при сохранении высокой антиста-филококовой активности. Антибактериальные белки могут иметь существенное преимущество перед классическими антибиотиками вследствие того, что они в гораздо меньшей степени вызывают формирование резистентности у штаммов стафилококка [10].

Многие антибактериальные пептиды обладают катионной природой [8, 11] и связываются с отрицательно заряженными компонентами клеточных стенок бактерий и мембранными структурами, что играет определяющую роль в проявлении антибактериальных свойств [12]. В связи с этим представляет интерес изучение возможности достижения синергизма в проявлении анти-

бактериальной активности лизостафина (как и антибактериальных пептидов) в присутствии поликатионов небелковой природы и, в первую очередь, хитозана, единственнного поликатиона естественного происхождения — продукта дезацетилирова-ния хитина, относящегося к антистафилококковым агентам [13]. Хитозан получают в больших количествах с высокой степенью химической чистоты и этот продукт обладает умеренной стоимостью [14]. Ранее было установлено, что хитозан способен усиливать лизис термически инактивирован-ных клеток S. aureus лизостафином [15]. В связи с этим представляется актуальным изучить действие лизостафина на живые клетки S. aureus в присутствии поликатиона хитозана, а также других синтетических поликатионов.

Цель работы — изучение лизиса клеток S. aureus лизостафином и изменения его антибактериальной активности в присутствии биогенных и синтетических поликатионов.

МЕТОДИКА

В работе использовали высокомолекулярный хитозан краба со средневязкостной молекулярной массой (Мщ) 600 кДа и степенью дезацетили-рования 85% (ЗАО "Биопрогресс", Россия). Для приготовления рабочего раствора хитозан растворяли в 1 М уксусной кислоте и осажадали 0.5 М гидроксидом натрия. Осадок отделяли центрифугированием при 2000 g, ресуспендировали в воде и растворяли, добавляя 0.1 М соляную кислоту. После полного растворения переосажденного хитозана рН раствора доводили до 6.4 0.5 М гидрок-сидом натрия и стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин.

Использованы также синтетические положительно заряженные полимеры: полиэтеленимин (ПЭИ) с молекулярной массой 600 кДа и полиал-лиламин (ПАА) с молекулярной массой 70 кДа ("Sigma", США).

Штамм S. aureus ATCC 35591, использованный в работе, хранили в полужидком мясо-пептонном агаре (МПА) при 4°C. Для выращивания бактерий в колбу емкостью 100 мл, содержащую 20 мл мясо-пептонного бульона (МПБ), добавляли 5% суспензии бактериальной культуры и инкубировали на качалке при 150 об./мин в течение 18 ч при 37°С.

Использовали лизостафин из S. staphylolyticus ("Sigma", США), содержащий 60% белка со специфической активностью 500 Е/мг белка.

Оценку лизирующей активности лизостафина и влияние на этот процесс хитозана проводили в соответствии с модифицированным методом, описанным в работе [15]. Количество фермента было подобрано таким образом, чтобы в течение 30 мин оптическая плотность клеточной суспензии уменьшалась примерно на одну треть от исходного зна-

чения. В 96-луночном плоскодонном планшете готовили различные концентрации хитозана в 0.15 M MES-Na буфере, рН 6.4, методом двойных разведений и в каждую лунку добавляли в качестве субстрата суспензию живых клеток S. aureus, оптическая плотность которых при 620 нм была равна 0.300 (8 х 107 КОЕ/мл) и лизостафин до конечной концентрации 1 Е/мл. Полученную смесь инкубировали в термошейкере "Elmi" ST-3 (Латвия) при 350 об./мин и 37°С, измеряя оптическую плотность при 620 нм на планшетном фотометре "Эфос" 9305 (Россия).

Количество живых клеток S. aureus подсчитывали после посева суспензии на чашки Петри с МПА и инкубации в течение 24 ч при 37°С.

Минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) поликатионов исследовали как описано в работе [11]. Для этого в 96-луночном плоскодонном планшете готовили разведения лизостафина и хитозана. К этим растворам добавляли суспензию бактерий в питательной среде с конечной концентрацией 2 х 105 КОЕ/мл. После инкубации в течение 24 ч при 37°С оценивали наличие или отсутствие роста культуры в лунках планшета.

Для расчета среднеквадратичного отклонения (а) экспериментальных данных использовали программу Microsoft Excel. Результаты считали достоверными при а < 10%. При расчете достоверности получаемых разностей использовали критерий Стьюдента, принимая P< 0.05 за достоверный уровень значимости.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Лизостафин — внеклеточная цинксодержащая глицил-глициновая эндопептидаза (фермент, расщепляющий пептидные связи глицин-глицин в белках), штаммом-продуцентом которой является S. simulans biovar staphylolyticus. Лизостафин разрушает клеточные стенки микроорганизмов рода Staphylococcus, гидролизуя полиглициновые межпептидные мостики в пептидогликане, встречающиеся только в клеточной стенке стафилококков [2]. Для определения ферментативной активности лизостафина используется стандартный метод оценки изменения оптической плотности суспензий живых или инактивированных клеток микроорганизмов или компонентов их клеточных стенок [11, 15—17]. В работе в качестве субстрата лизостафина использовались живые клетки S. aureus. На рис. 1 приведены результаты изучения влияния поликатионов на лизис клеток S. aureus лизостафином. Видно, что присутствие полимеров усиливало действие лизоста-фина, поскольку оптическая плотность бактериальной суспензии по сравнению с вариантом без добавления поликатионов была ниже. Величина снижения оптической плотности зависела от кон-

A620 0.32

0.30

0.28

0.26

0.24

0.22

0.20

0.18

0.16

0.14

0.12

(а)

A

il il:

0.19 0.39 0.78 1.5 3.1 6.2 12 25 50

мкг/мл

620

(б)

A620 0.32

0.30

0.28

0.26

0.24

0.22

0.20

0.18

0.16

0.14

0.12

0.19 0.39 0.78 1.5 3.1 6.2 12 25 50

мкг/мл

(в)

0.19 0.39 0.78 1.5 3.1 6.2 12 25 50

мкг/мл

Рис. 1. Влияние хитозана (а), ПЭИ (б) и ПАА (в) на лизис клеток S. aureus в отсутствии и присутствии лизостафина

а: 1 — хитозан, 2 — хитозан + лизостафин; б: 1 — ПЭИ, 2 — ПЭИ + лизостафин; в: 1 — ПАА, 2 — ПАА + лизо-стафин

Верхняя пунктирная линия — ОП бактериальной суспензии до добавления лизостафина, нижняя — после инкубации с лизостафином.

центрации полимера. В присутствии 0.39 мкг/мл хитозана лизис клеток усиливался, достигая маси-мума при его концентрации 3.1 мкг/мл. Дальнейшее увеличение концентрации хитозана не оказывало влияния на изменение оптической плотности суспензии клеток (рис. 1а). Аналогичные данные были получены при внесении в суспензии клеток синтетических поликатионов: ПЭИ и ПАА (рис. 1б, в). Так, ПАА снижал оптическую плотность бактериальной суспензии при концентрации 0.19 мкг/мл, достигая максимального эффекта при 1.5 мкг/мл (рис. 1в). В отсутствии фермента поликатионы практически не изменяли оптическую плотность клеточной суспензии (рис. 1).

На рис. 2 представлены результаты влияния различных концентраций хитозана на количество живых клеток бактерий. Было установлен

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