Антибактериальная и антибиопленочная активность экстрактов вагинальных изолятов Corynebacterium amycolatum

Глобальной мировой проблемой XXI века является борьба с бактериальными инфекциями, вызванными микроорганизмами со множественной лекарственной устойчивостью. Учеными постоянно ведутся поиски новых терапевтических средств, активных в отношении антибиотикорезистентных штаммов. Вторичные метаболиты микробного происхождения исторически доказали свою значимость в качестве источника ценных соединений с антимикробной активностью. Род Corynebacterium spp., который в последнее время привлекает внимание исследователей благодаря открытию отдельных видов с пробиотическим потенциалом, ранее не был изучен в данном аспекте.

Цель исследования. Изучение антимикробной и антибиопленочной активности экстрактов трех вагинальных изолятов Corynebacterium amycolatum.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужили экстракты трех вагинальных изолятов C. amycolatum ICIS 5, ICIS 9 и ICIS 53. Антимикробную активность экстрактов изучали в условиях in vitro в отношении 4 тест-штаммов патогенных микроорганизмов с помощью метода бумажных дисков. Исследование влияния экстрактов на предварительно сформированные биопленки тест-штаммов проводили в 96-луночных полистироловых планшетах. Морфологию биопленок тест-штаммов после предварительной обработки экстрактами C. amycolatum изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Экспериментальные данные были обработаны методами вариационной статистики с вычислением из трех измерений средней арифметической и ее ошибки (M ± m).

Результаты исследования. Установлена антибактериальная и антибиопленочная активность всех тестируемых экстрактов C. amycolatum в отношении Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853, Staphylococcus aureus ATCC 25923 и Enterococcus faecium ATCC 19434. Выраженность антибактериальной активности и степень разрушения сформированной биопленки зависела от вида тестируемого микроорганизма. Исследования, выполненные с помощью сканирующей электронной микроскопии, выявили плоскую, разбросанную и неструктурированную архитектуру биопленок тест-штаммов.

Заключение. Полученные данные открывают перспективу изучения метаболического профиля экстрактов C. amycolatum для понимания природы и механизма обнаруженного антибактериального и антибиопленочного действия.

1. Tang K. W. K., Millar B. C., Moore J. E. Antimicrobial Resistance (AMR) // British Journal of Biomedical Science. 2023. Vol. 28, no. 80. P. 11387. doi: 10.3389/bjbs.2023.1138.

2. Prestinaci F., Pezzotti P., Pantosti A. Antimicrobial resistance: a global multifaceted phenomenon // Pathogens and Global Health. 2015. Vol. 109, no. 7. P. 309–318. doi: 10.1179/2047773215Y.0000000030.

3. Monciardini P., Iorio M., Maffioli S., Sosio M., Donadio S. Discovering new bioactive molecules from microbial sources // Microbial Biotechnology. 2014. Vol. 7, no. 3. P. 209–220. doi: 10.1111/1751-7915.12123.

4. Fouillaud M., Dufossé L. Microbial Secondary Metabolism and Biotechnology // Microorganisms. 2022. Vol. 10, no. 1. P. 123. doi: 10.3390/microorganisms10010123.

5. Tiwari K., Gupta R. K. Rare actinomycetes: a potential storehouse for novel antibiotics // Critical Reviews in Biotechnology. 2012. Vol. 32, no. 2. P. 108-132. doi: 10.3109/07388551.2011.562482.

6. Bernard K. A., Funke G. “Corynebacterium,” in Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria / eds. Whitman W. B., Rainey F., Kämpfer P., Trujillo M., Chun J., Devos P. John Wiley & Sons, Inc, 2020. P. 1–70.

7. Oliveira A., Oliveira L. C., Aburjaile F., Benevides L., Tiwari S., Jamal S. B., Silva A., Figueiredo H. C. P., Ghosh P., Portela R. W., Azevedo V. A-D. C., Wattam A.R. Insight of genus Corynebacterium: ascertaining the role of pathogenic and non-pathogenic species // Frontiers in Microbiology. 2017. Vol. 8. P. 1937. doi: 10.3389/fmicb.2017.01937.

8. Hardy B. L., Dickey S. W., Plaut R. D., Riggins D. P., Stibitz S., Otto M., Merrell D. S. Corynebacterium pseudodiphtheriticum Exploits Staphylococcus aureus Virulence Components in a Novel Polymicrobial Defense Strategy // mBio. 2019. Vol. 10, no. 1. P. e02491–18. doi: 10.1128/mBio.02491-18.

9. Lappan R., Peacock C. S. Corynebacterium and Dolosigranulum: future probiotic candidates for upper respiratory tract infections // Microbiology Australia. 2019. Vol. 40, no. 4. P. 172–177. https://doi.org/10.1071/MA19051.

10. Stubbendieck R. M., May D. S., Chevrette M. G., Temkin M. I., Wendt-Pienkowski E., Cagnazzo J., Carlson C. M., Gern J. E., Currie C. R. Competition among nasal bacteria suggests a role for siderophore-mediated interactions in shaping the human nasal microbiota // Applied and Environmental Microbiology. 2019. Vol. 85, no. 10. P. e02406– e02418. doi: 10.1128/AEM.02406-18.

11. Wysocki P., Kwaszewska A. K., Szewczyk E. M. Influence of substances produced by lipophilic Corynebacterium CDC G1 ZMF 3P13 on the microorganisms inhabiting human skin // Medycyna doswiadczalna i mikrobiologia. 2007. Vol. 63. P. 45–52.

12. Gladysheva I. V., Cherkasov S. V. Antibiofilm activity of cell-free supernatants of vaginal isolates of Corynebacterium amycolatum against Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumoniae // Archives of Microbiology. 2023. Vol. 205, no. 4. P. 158. doi: 10.1007/s00203-023-03498-9.

13. Gladysheva I.V., Cherkasov V.S., Khlopko Y.A., Plotnikov A.O. Genome Characterization and Probiotic Potential of Corynebacterium amycolatum Human Vaginal Isolates // Microorganisms. 2022. Vol. 10, no. 2. P. 249. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020249.

14. Gladysheva I. V., Chertkov K. L., Cherkasov S. V., Kataev V. Y., Valyshev A. V. Probiotic Potential, Safety Properties, and Antifungal Activities of Corynebacterium amycolatum ICIS 9 and Corynebacterium amycolatum ICIS 53 Strains // Probiotics and antimicrobial proteins. 2023. Vol. 15, no. 3. P. 588–600. doi: 10.1007/s12602-021-09876-3.

15. Пат. 2802776. Рос. Федерация. МПК C12N 1/20, C12P 13/00, C12R 1/15 Средство для продуцирования органических соединений, обладающих антибактериальной и антиоксидантной активностью / Строганова Е. А., Гладышева И. В., Черкасов С. В.; Заявитель и патентообладатель ФГБУН ОФИЦ УрО РАН. № 2023101178; заявл. 20.01.2023; опубл. 01.09.2023. Бюл. № 25.

16. Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. Москва: МГУ: Наука, 2004. 528 с.

17. Dalili D., Amini M., Faramarzi M. A., Fazeli M. R., Khoshayand M. R., Samadi N. Isolation and structural characterization of Coryxin, a novel cyclic lipopeptide from Corynebacterium xerosis NS5 having emulsifying and antibiofilm activity // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2015. Vol. 1, no. 135. P. 425–432. doi: 10.1016/j.colsurfb.2015.07.005.

18. Menberu M. A., Liu S., Cooksley C., Hayes A. J., Psaltis A. J., Wormald P-J., Vreugde S. Corynebacterium accolens has antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and methicillin-resistant S. aureus pathogens isolated from the sinonasal niche of chronic rhinosinusitis patients // Pathogens. 2021. Vol. 10, no. 2. P. 207. doi: 10.3390/pathogens10020207.

19. Zhang Q-Y., Zhi-Bin Y., Meng Y-M., Hong X-Y., Shao G., Ma J-J., Cheng X-R., Liu J., Kang J., Cai-Yun Fu C-Y.. Antimicrobial peptides: mechanism of action, activity and clinical potential // Military Medical Research. 2021. Vol. 8. P. 48. doi: 10.1186/s40779-021-00343-2.

20. Abrehem K., Zamiri I. Production of a bacteriocin, ulceracin 378, by Corynebacterium ulcerans // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1983. Vol. 24. P. 262–267.

21. Pátek M., Hochmannová J., Nešvera J., Stránský J. Glutamicin CBII, a bacteriocin-like substance produced by Corynebacterium glutamicum // Antonie Van Leeuwenhoek. 1986. Vol. 52. P. 129–140.

22. Pashou E., Reich S. J., Reiter A., Weixler D., Eikmanns B. J., Oldiges M., Riedel C. U., Goldbeck O. Identification and Characterization of Corynaridin, a Novel Linaridin from Corynebacterium lactis // Microbiology Spectrum. 2023. Vol. 14, no. 11 (1). P. e0175622. doi: 10.1128/spectrum.01756-22.

23. Rodrigues L., Banat I. M., Teixeira J., Oliveira R. Biosurfactants: potential applications in medicine // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2006. Vol. 57. P. 609–618. https://doi.org/10.1093/JAC/DKL024.

24. Joshi-Navare K., Prabhune A. A biosurfactant-sophorolipid acts in synergy with antibiotics to enhance their efficiency // BioMed Research International. 2013. Vol. 2013:512495. doi: 10.1155/2013/512495.

25. Díaz De Rienzo M.A., Banat I.M., Dolman B., Winterburn J., Martin P. J. Sophorolipid biosurfactants: Possible uses as antibacterial and antibiofilm agent // New Biotechnology. 2015. Vol. 32, no. 6. P. 720–726. doi: 10.1016/j.nbt.2015.02.009.

26. Thavasi R., Jayalakshmi S., Balasubramanian T., Banat I. M. Biosurfactant production by Corynebacterium kutscheri from waste motor lubricant oil and peanut oil cake // Letters in Applied Microbiology. 2007. Vol. 45, no. 6. P. 686–691. doi: 10.1111/j.1472-765X.2007.02256.x.

27. Muthukamalam S., Sivagangavathi S., Dhrishya D., Rani S. R. Characterization of dioxygenases and biosurfactants produced by crude oil degrading soil bacteria // Brazilian journal of microbiology. 2017. Vol. 48, no. 4. P. 637–647. doi: 10.1016/j.bjm.2017.02.007.

28. Martins P. C., Bastos C. G., Granjeiro P. A., Martins V. G. New lipopeptide produced by Corynebacterium aquaticum from a low-cost substrate // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2018. Vol. 41, no. 8. P. 1177–1183. doi: 10.1007/s00449-018-1946-8.