Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЕЛЛУРОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ НА КЛИНИЧЕСКИЕ ШТАММЫ ESCHERICHIA COLI

Русецкая Н.Ю. 1 Саратцев А.В. 2 Древко Б.И. 3 Горошинская И.А. 4 Бородулин В.Б. 1
1 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Минздрава России»
2 ГБОУ ВПО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России», НИИ молекулярной медицины
3 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова Минсельхоза России»
4 ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт Минздрава России»
В работе изучалось антибактериальное действие соединения 1,5-дифенил-3-теллуропентандион-1,5 в концентрациях 0,0001-1 мг/мл и при инкубации 30, 60, 90, 120, 150 минут на клинические штаммы кишечной палочки (Еscherichia coli), выделенные от больных с гнойными осложнениями, находящихся на лечении в травматолого-ортопедическом стационаре Саратовского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии (СарНИИТО). Теллуроорганический препарат значительно подавлял рост колоний в концентрациях 0,001-1 мг/мл. Антимикробная активность препарата возрастала при увеличении его концентрации и времени инкубации, достигая максимума в концентрациях 0,1-1 мг/мл, когда рост колоний подавлялся полностью. Механизм действия теллуроорганического соединения обусловлен его низкой молекулярной массой, гидрофобностью молекулы и значительной токсичностью, благодаря чему изученное соединение могло легко проникать через липополисахаридный слой внешней мембраны грамотрицательных бактерий и действовать как эффективный антибактериальный препарат.
Еscherichia coli
теллурорганическое соединение
антибактериальное действие
1. Садеков И.Д., Минкин В.И. Специфика реакционной способности теллурорганических соединений // Успехи химии. - 1995. - Т. 64. - № 6. - С. 527-561.
2. Сидоренко С.В. Место бактерий в живой природе // Инфекции и антимикробная терапия. - 2000. - Т. 2. - № 2. - С. 32-34.
3. Antibacterial activity of some unsymmetrical diorganyltellurium (IV) dichlirides / D. Soni, P.K. Gupta, Y. Kumar, T.G. Chandrashekhar // Indian Journal of Biochemistry and Biophyscs. - 2005. - Vol. 42. - P. 398-400.
4. Catalases are NAD(P)H-dependent telluritereductases / I.L. Calderón, F.A. Arenas, J.M. Pérez, D.E. Fuentes, M.A. Araya, C.P. Saavedra, J.C. Tantaleán, S.E. Pichuantes, P.A. Youderian, C.C. Vásquez // PLoS ONE. - 2006; 1:e70.
5. Glutathione is a target in tellurite toxicity and is protected by tellurite resistance determinants in Escherichia coli / R.J. Turner, Y. Aharonowitz, J.H. Weiner, D.E. Taylor // Can. J. Microbiol. - 2001. - Vol. 47. - P. 33–40.
6. Sub-acute administration of (S)-dimethyl 2-(3-(phenyltellanyl) propanamido) succinate induces toxicity and oxidative stress in mice: unexpected effects of N-acetylcysteine / D.F. Meinerz, B. Comparsi, J. Allebrandt, D.O.C. Mariano, D.B. dos Santos, P.A.P. Zemolin, M. Farina, L.A. Dafre, J.B. Rocha, T. Posser, J.L. Franco // Springerplus. - 2013. - № 2. - P. 182-188.
7. Tellurite: history, oxidative stress, and molecular mechanisms of resistance / T.G. Chasteen, D.E. Fuentes, J.C. Tantalean, C.C. Vasquez // FEMS Microbiol Rev. - 2009. - Vol. 33. - P. 820–832.
8. The role of cysteine residues in tellurite resistance mediated by the TehAB determinant / M. Dyllick-Brenzinger, Liu M., T.L. Winstone, D.E. Taylor, R.J. Turner // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 2000. - Vol. 277. - P. 394–400.
9. Tremaroli V., Fedi S., Zannoni D. Evidence for a tellurite-dependent generation of reactive oxygen species and absence of a tellurite-mediated adaptive response to oxidative stress in cells of Pseudomonas pseudoalcali genes KF707 // Arch. Microbiol. - 2007. - Vol. 187. - P. 127–135.
10. Turner R.J., Weiner J.H., Taylor D.E. Tellurite-mediated thiol oxidation in Escherichia coli // Microbiology. - 1999. - Vol. 145. - P. 2549–2557.

В настоящее время в связи с появлением значительного количества штаммов бактерий, резистентных к антибиотикам широкого спектра действия, большую актуальность приобретают синтез новых антибактериальных препаратов и изучение механизмов их действия. Наиболее перспективными в этом отношении являются органические соединения халькогенов – селена и теллура. На протяжении последнего десятилетия обнаружена антибактериальная активность ряда органических [3] и неорганических [7] соединений теллура. Например, гетероциклические производные дийодида дибензоилтеллура показали антибактериальную активность против грамположительных (Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus) и грамотрицательных (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Salmonella typhi) бактерий [3]. Ранее сообщалось, что теллуроорганические соединения, у которых атом теллура расположен у алифатического атома углерода, обладали лучшей активностью, чем соединения, имеющие атом теллура у ароматического кольца [3]. Это, вероятно, обусловлено более легким разрывом связи «С-Те» у алифатического атома углерода и последующим освобождением атома теллура в виде неорганического теллурит-аниона (ТеО32-), который значительно токсичнее своей органической формы [1; 6]. На протяжении последних десяти лет проводится синтез и изучение биологической активности арилалифатических дикетонов, содержащих атомы халькогенов (селена и теллура) у алифатического атома углерода.

В связи с этим целью нашей работы явилось изучение антибактериального действия теллуроорганического соединения 1,5-дифенил-3-теллуропентандион-1,5 на клинические штаммы Еscherichia coli.

Материалы и методы

В эксперименте использовали соединение 1,5-дифенил-3-теллуропентандион-1,5, синтезированное под руководством д.х.н., профессора Б.И. Древко (рис. 1).

Рис. 1. Структурная формула 1,5-дифенил-3-теллуропентандион-1,5

Эксперимент проводили на десяти таксономически идентичных клинических штаммах Еscherichia coli (E. coli). Штаммы бактерий выделяли от больных с гнойными осложнениями, находящихся на лечении в травматолого-ортопедическом стационаре Саратовского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии (СарНИИТО). Видовую идентификацию штаммов проводили на основании изучения фенотипических свойств. Бактерии обладали резистентностью к пяти и более профильным антибиотикам: бета-лактамам (цефалоспорины 1-2 поколения, оксациллин, метициллин), макролидам (эритромицин), фторхинолонам (ципрофлоксацин, левофлоксацин), аминогликозидам (гентамицин) и ванкомицину.

Суспензию бактерий готовили по стандарту мутности ГИСК им. Л.А. Тарасевича, путём последовательных разведений до конечной концентрации бактерий - 3·105 клеток в 1 мл.

1 мг соединения растворяли в 100 мкл ДМФА (диметилформамида), добавляли 900 мкл 0.9%-ного NaCl - проба 1 (1 мг/мл). В качестве контроля использовали 1 мл ДМФА с добавлением 9 мл 0,9%-ного NaCl. Затем из пробы 1 отбирали 100 мкл, добавляли 900 мкл из контрольной пробирки, получая пробу 2 (0,1 мг/мл). Из пробы 2 отбирали 100 мкл содержимого, добавляли 900 мкл из контроля, получая пробу 3 (0,01 мг/мл). Из пробы 3 отбирали 100 мкл раствора, добавляли 900 мкл из контроля, получая пробу 4 (0,001 мг/мл). Из пробы 4 отбирали 100 мкл раствора, добавляли 900 мкл из контроля, получая пробу 5 (0,0001 мг/мл).

В пробирки с разведениями соединения добавляли по 100 мкл конечной суспензии (3·105 КОЕ/мл) микроорганизмов, встряхивали и инкубировали в течение 30, 60, 90, 120, 150 минут при комнатной температуре.

В качестве контроля использовали такие же количества бактериальной взвеси, разведенные в аналогичных пропорциях с контролем (ДМФА с 0,9%-ным NaCl), а также выдержанные в течение тех же промежутков времени. После этого бактериальные взвеси из каждой пробирки в количестве 100 мкл высевали на чашки Петри с твердой питательной средой (мясо-пептонный агар), которые затем помещали в термостат на 24 часа при 37 ºС. Подсчет колоний производили на следующий день.

Статистическую обработку полученных данных осуществляли при помощи пакета программ Statistica 6,0. Проверяли гипотезы о виде распределений (критерий Шапиро-Уилкса). Большинство данных не соответствуют закону нормального распределения, поэтому для сравнения значений использовался U-критерий Манна-Уитни, на основании которого рассчитывался Z-критерий Фишера и показатель достоверности p. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05.

Результаты и их обсуждение

Теллуроорганический препарат 1,5-дифенил-3-теллуропентандион-1,5 оказывал выраженную антибактериальную активность на клинические штаммы E. coli в концентрациях 0,0001-1 мг/мл. В минимальной концентрации 0,0001 мг/мл соединение не вызывало значительного подавления роста клеток кишечной палочки (таблица 1). В данной концентрации препарат достоверно подавлял рост колоний при инкубации 90 минут (на 23,9%) и 120 минут (на 21,8%). При других режимах инкубации с исследованным соединением рост колоний кишечной палочки не отличался достоверно от контроля.

Таблица 1. Антибактериальное действие теллуроорганического соединения на клинические штаммы E. coli

 

Количество колоний на твердых питательных средах

Контроль

(ДМФА и физ. р-р)

Опытные группы, концентрация вещества, мг/мл

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

Время воздействия, мин

30

906 (806;978)

 

1(0;8)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

67(28;453)

Zк=3.77;

pк=0.000157

385(367;453)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

562(458;567)

Zк=3.51;

pк=0.000440.

872(845;897)

Zк=0.90;

pк=0.364347.

60

903 (867;1011)

 

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

4(0;71)

Zк=3.77;

pк=0.000157

304(209;390)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

547(467;601)

Zк=3.62;

pк=0.000285.

776(549;876)

Zк=1.96;

pк=0.049367.

90

938 (867;1045)

 

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157

266(107;376)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

385(311;483)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

713(598;906)

Zк=2.19;

pк=0.028366.

120

926 (789;995)

 

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157

178(84;205)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

390(267;534)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

724(503;892)

Zк=2.19;

pк=0.028366.

150

936 (879;1067)

 

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

0(0;0)

Zк=3.77;

pк=0.000157

67(29;206)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

202(167;278)

Zк=3.77;

pк=0.000157.

729(564;894)

Zк=1.88;

pк=0.058878

Примечания: в каждом случае приведены средняя величина (медиана – Ме), нижний и верхний квартили (25%;75%).Zк, pк – различия по сравнению с группой контроля

При низкой концентрации 0,001 мг/мл теллуроорганическое соединение эффективно подавляло рост бактериальных колоний: на 37,9% (30 минут), 39,4% (60 минут), 58,9% (90 минут), 57,9% (120 минут), 78,4% (150 минут) соответственно по сравнению с контролем (Р<0,001).

В концентрации 0,01 мг/мл соединение 1 оказывало сравнительно большее антибактериальное действие, уменьшая число бактериальных колоний на 57,5% (30 минут), 66,3% (60 минут), 71,6% (90 минут), 80,8% (120 минут), 92,8% (150 минут) соответственно (Р<0,001).

Наибольший антибактериальный эффект наблюдался в максимальных концентрациях соединения 1 (1 и 0,1 мг/мл). Теллурорганическое соединение в концентрации 0,1 мг/мл практически полностью подавляло рост штаммов кишечной палочки, уменьшая число бактериальных колоний на 92,6% при 30-минутной инкубации и на 99,6% при инкубации 60 минут (Р<0,001). Более длительные периоды инкубации приводили к полному подавлению роста бактерий (Р<0,001).

Максимальная концентрация соединения 1 (1 мг/мл) характеризовалась практически полным отсутствием роста бактериальных клеток кишечной палочки. При минимальной инкубации 30 минут рост бактерий подавлялся на 99,9% (Р<0,001), а увеличение времени инкубации приводило к полному прекращению роста бактерий (таблица 1).

Достаточно высокие антибактериальные свойства исследуемого соединения обусловлены токсичностью атома теллура в его составе, который, как предполагается, может освобождаться из соединения с образованием неорганической формы теллура, обладающей большей токсичностью по сравнению с органической формой [6]. По мнению ряда авторов, молекулярные механизмы токсичности соединений теллура определяются сильной окислительной способностью по отношению к свободным тиольным группам в клетке [5; 8; 10] или выработкой супероксидных радикалов в процессе восстановления теллурит-аниона до элементарного теллура бактериальной клеткой (Te32- + НАДФН + 3 H+ + 2 O2 → Te0 + 3 НАДФ+ + 2 О2- + 3 Н2О), что приводит к дисбалансу редокс-системы внутри клетки [4; 9].

Кроме того, необходимо учитывать, что для грамотрицательных бактерий характерно наличие сложной внешней мембраны, основу которой составляет липополисахарид. Липополисахаридный слой практически непроницаем для экзогенных гидрофильных соединений, к которым относится большинство питательных веществ (сахаров, аминокислот) и антибиотиков. Транспорт перечисленных соединений внутрь бактериальной клетки осуществляется через воронкообразные белковые структуры (пориновые каналы), встроенные в липополисахаридный слой.

Гидрофобные соединения (например, антибиотики хинолоны, макролиды и тетрациклины) способны диффундировать через липополисахаридный слой. Гликопептиды и природные пенициллины, которые можно отнести к высокомолекулярным антибиотикам, с трудом проникают через пориновые каналы грамотрицательных бактерий, чем и объясняется природная устойчивость данных микроорганизмов к перечисленным соединениям [2].

Заключение

Можно предположить, что высокая антибактериальная активность теллуроорганического соединения обусловлена, в первую очередь, его физико-химическими свойствами, а именно низкой молекулярной массой, гидрофобностью молекулы и значительной токсичностью, благодаря чему изученное соединение могло легко проникать через липополисахаридный слой внешней мембраны грамотрицательных бактерий и действовать как эффективный антибактериальный препарат.

Авторы выражают сердечную благодарность за помощь в подготовке статьи старшему научному сотруднику отдела фундаментальных и клинико-экспериментальных исследований ФГБУ «СарНИИТО» Минздрава России, к.м.н. Бабушкиной И.В.

Рецензенты:

Телесманич Н.Р., д.б.н., зам. директора по НИР ФКУЗ «Ростовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора», г. Ростов-на-Дону.

Внуков В.В., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой биохимии и микробиологии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.


Библиографическая ссылка

Русецкая Н.Ю., Саратцев А.В., Древко Б.И., Горошинская И.А., Бородулин В.Б. АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЕЛЛУРОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ НА КЛИНИЧЕСКИЕ ШТАММЫ ESCHERICHIA COLI // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=12006 (дата обращения: 22.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674