Антимикробная и антиадгезивная активность поверхностно-активных веществ rhodococcus erythropolis имв ас-5017, синтезированых в различных условиях культивирования

Введение. Формирование микробных биопленок на различных поверхностях оборудования в пищевой промышленности и медицине является опасным явлением, поскольку микроорганизмы в их составе характеризуются повышенной резистентностью к различным известным биоцидам [1]. В связи с этим актуальным является поиск новых препаратов с антимикробной и антиадгезивной активностью, например, микробных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Ранее было установлено, что ПАВ Rhodococcus erythropolis ИМВ Ас-5017 обладают высокой антимикробной и антиадгезивной активностью по отношению к различным микроорганизмам, в том числе и фитопатогенным.

Микробные ПАВ - вторичные метаболиты, синтезируемые в виде комплекса подобных соединений. В зависимости от условий культивирования их соотношение может изменяться, что в свою очередь сопровождается изменением биологических свойств целевого продукта.

По химической природе ПАВ R. erythropolis ИМВ Ас-5017 являются комплексом нейтральных, фосфо-, глико-, и аминолипидов. Согласно литературным данным [2] аминолипиды являются более эффективными антимикробными агентами, чем глико- и нейтральные липиды. Следовательно, повышенное содержание в составе комплекса аминолипидов может сопровождаться усилением антимикробной активности ПАВ.

Ключевым ферментом биосинтеза аминолипидов у R. erythropolis ИМВ Ас-5017 является НАДФ+- зависимая глутаматдегидрогеназа, которая активируется катионами кальция. Ранее показано, что дополнительное внесение или увеличение концентрации активаторов фермента в среде культивирования штамма ИМВ Ас-5017 сопровождалось повышением активности фермента в 1,5-3 раза по сравнению с таковой средой без катионов кальция [3].

В связи с изложенным выше цель данной работы - исследовать антимикробные и антиадгезивные свойства ПАВ R. erythropolis ИМВ Ас-5017, полученных на средах с разным содержанием катионов кальция.

Материалы и методы. Штамм ИМВ Ас-5017 выращивали в жидкой питательной среде следующего состава, г/л: NaNOs - 1,3, MgSOrTHO - 0,1; NaCl - 1,0; Na2HPO4 - 0,6; KH2PO4 - 0,14; FeSO4^7H2O - 0,01; рН 6,8-7,0 (базовая среда). В другом варианте в среду дополнительно вносили CaCL в концентрации 0,1 г/л (среда 1). В качестве источника углерода использовали этанол в концентрации 2% (по объему). В исследованиях использовали препараты ПАВ, полученные после экстракции поверхностно-активных веществ модифицированной смесью Фолча (хлороформ - метанол - 1 М HCl, 4:3:2) из супернатанта.

Антимикробные свойства препаратов ПАВ анализировали по показателю минимальной ингибирующей концентрации (МИК). Степень адгезии клеток микроорганизмов к абиотическим поверхностям (керамика, нержавеющая сталь, стекло и поливинилхлорид) определяли спектрофотометрическим методом. В качестве тест-культур для определения антимикробных и антиадгезивных свойств использовали бактерии Escherichia coli ІЕМ-1, Bacillus subtilis БТ-2, Pseudomonas sp. МІ-2 из коллекции живых культур кафедры биотехнологии и микробиологии Национального университета пищевых технологий.

Результаты исследования. Установлено, что при добавлении катионов кальция в среду культивирования R. erythropolis ИМВ Ас-5017 повышалась антимикробная активность синтезированных ПАВ. Так, МИК таких ПАВ по отношению к E. coli ІЕМ-1 и B. subtilis БТ-2 была в 1,3 раза ниже, чем МИК препаратов, образуемых на базовой среде (1,25-52,5 и 2-65 мкг/мл соответственно). Следует отметить, что показатель минимальной ингибирующей концентрации по отношению к Pseudomonas sp. МІ-2 поверхностно-активных веществ, полученных на Са²⁺-содержащей среде, был на 2-3 порядка ниже, чем МИК ПАВ, синтезированных на исходной среде.

На следующем этапе исследовали антиадгезивные свойства препаратов ПАВ, полученных на средах с различным содержанием катионов кальция.

Эксперименты показали, что адгезия клеток тест-культур на абиотических поверхностях, обработанных ПАВ, образуемых на среде с СаСІ2, была ниже по сравнению с таковой при использовании поверхностно-активных веществ, полученных на базовой среде. Обработка исследуемых поверхностей растворами поверхностно-активных веществ (0,05 мг/мл), синтезированных на среде без катионов кальция, сопровождалась снижением адгезии B. subtilis БТ-2 всего на 2-32%, в то время как в присутствии аналогичной концентрации ПАВ, полученных на среде с Са²⁺ - на 30-32%. Адгезия E. coli ІЕМ-1 на абиотических поверхностях, обработанных поверхностно-активными веществами, синтезированными на базовой среде и среде с катионами кальция, составляла 43-96% и 20-64% соответственно. Для Pseudomonas sp. МІ-2 максимальный антиадгезивный эффект (адгезия 20-40 %) наблюдался при обработке поверхностей растворами ПАВ (0,1 мг/мл), полученными на Са²⁺-содержащей среде.

Возможность регуляции антимикробной и антиадгезивной активности ПАВ при культивировании Acinetobacter calcoaceticus ИМВ B-7241 в среде с повышенным содержанием активаторов фермента биосинтеза аминолипидов установлена в работе [4]. Минимальная ингибирующая концентрация поверхностно-активных веществ, синтезированных на средах з добавлением катионов кальция и магния, по отношению к некоторым бактериям была в 1,3-3,5 раза, их адгезия на абиотических поверхностях, обработанных такими ПАВ — в среднем на 5-17% ниже по сравнению с показателями, установленными для поверхностно-активных веществ, образуемых на базовой среде.

Приведенные данные свидетельствуют о возможности регуляции антимикробной и антиадгезивной активности поверхностно-активных веществ в процессе культивирования R. erythropolis ИМВ Ас-5017.

Список литературы

1. Kostakioti M., Hadjifrangiskou M., Hultgren S.J. Bacterial biofilms: development, dispersal, and therapeutic strategies in the dawn of the postantibiotic era // Cold. Spring. Harb. Perspect. Med. - V. 3. № 4. - 2013: a010306.doi: 10.1101/cshperspect.a010306.
2. Fracchia L., Banat J.J., Cavallo M., Ceresa Ch., Banat I.M. Potential therapeutic applications of microbial surface-active compounds //AIMS Bioengineering. - 2015. - V. 2, № 3. - P. 144-162.
3. Пирог Т.П., Шевчук Т.А., Савенко И.В., Луцай Д.А. Влияние катионов на активность НАДФ⁺-зависимой глутаматдегидрогеназы у бактерий родов Acinetobacter, Rhodococcus и Nocardia - продуцентов поверхностно-активных веществ // Вес. Нац. Акад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. - 2017. - № 4. - С. 73-80.
4. Pirog T.P., Sidor I.V., Lutsai D.A. Calcium and magnesium cations influence on antimicrobial and antiadhesive activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 surfactants // Biotechnologia Acta. - 2016. - V. 9, № 6. - P. 50-57.