Журнал «Актуальная инфектология» Том 9, №4, 2021
Вернуться к номеру
Взаємодія систем кворум сенсінг і бактеріоциногенії у Pseudomonas aeruginosa
Авторы: Балко О.І., Балко О.Б., Авдєєва Л.В.
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, м. Київ, Україна
Рубрики: Инфекционные заболевания
Разделы: Медицинские форумы
Версия для печати
Зростання частоти виявлення серед Pseudomonas aeruginosa штамів із множинною антибіотикорезистентністю вказує на необхідність впровадження в клінічну практику нових антимікробних речовин або зміну стратегії впливу на дані патогени. Відомо, що P.aeruginosa здатні продукувати бактеріоцини (піоцини), висока кілерна активність яких щодо близькоспоріднених штамів показана в багатьох дослідженнях. Пошук засобів регуляції комунікативних систем бактерій (кворум сенсінг) розглядають як одну з альтернативних стратегій впливу на патогенні мікроорганізми. Вважається, що бактеріоцини можуть брати участь у взаємодії із системами кворум сенсінгу. У P.aeruginosa описано 4 системи кворум сенсінгу: LasI/R, RhlI/R, PqsABCDH/R і IQS. При їх функціонуванні існує чітка ієрархія — контролюючу роль виконує система LasI/R, тоді як інші залежать від неї та активуються за певних умов. Взаємозв’язок між кворум сенсінг і бактеріоциногенією залишається недослідженим.
Метою даної роботи було дослідити можливість взаємодії між системами кворум сенсінгу і бактеріоциногенії у Pseudomonas aeruginosa.
Матеріали та методи. Як об’єкт для дослідження застосовували культуру високоактивного штаму-продуцента бактеріоцинів P.aeruginosa УКМ В-333. Моделювання впливу кворум сенсінгу здійснювали за допомогою сигнальних молекул основної регуляторної системи LasI/R — N-(3-оксододеканоїл)-гомосерин лактонів (3-oxo-C12-HSL). Перевірку впливу сигнальних молекул на титр мікроорганізмів визначали через внесення у культуральну суспензію P.aeruginosa УКМ В-333 (106 КУО/мл) 3-oxo-C12-HSL до кінцевих концентрацій 1–1000 мкМ/мл, після чого проводили культивування при 37 °С протягом 24 год і погодинно відбирали матеріал для визначення концентрації бактерій. Отримані показники виражали в КУО/мл. Як тест-культури для визначення антимікробної активності 3-oxo-C12-HSL використовували продуцент бактеріоцинів P.aeruginosa УКМ В-333, типовий штам P.aeruginosa УКМ В-1, а також чутливі культури P.aeruginosa УКМ В-3 і УКМ В-10. Для цього на верхній агар із відповідною культурою наносили по 5 мкл 3-oxo-C12-HSL у концентраціях 1–100 мкМ/мл і культивували 24 год при 37 °С. Поява зон затримки росту свідчила про наявність антимікробної активності у досліджуваних речовин. Як контроль у даному експерименті застосовували 96% етиловий спирт та 0,85% водний розчин хлориду натрію (ФР). Індукцію бактеріоцинів здійснювали за допомогою внесення в суспензії P.aeruginosa УКМ В-333 (108 КУО/мл) 3-oxo-C12-HSL до кінцевих концентрацій 0,1–100 мкМ/мл. Отримані супернатанти перевіряли на наявність кілерної активності методом двошарового агару на чутливих культурах P.aeruginosa УКМ В-3 і УКМ В-10. Активність бактеріоцинів у складі супернатантів перераховували на ОА/мл і порівнювали із показниками у контролях — супернатантах, індукованих внесенням налідиксової кислоти (100 мкг/мл) і ФР.
Результати. Внесення молекул 3-oxo-C12-HSL до кінцевої концентрації 1–10 мкМ/мл у рідку культуру штаму-продуцента бактеріоцинів P.aeruginosa УКМ В-333 призводило до підвищення титру клітин у дослідному зразку в 1,5 раза на 1 год культивування і наступного зниження в 1,8 раза на 5 год порівняно із контролем. Додавання молекул 3-oxo-C12-HSL до концентрації 100–1000 мкМ/мл не змінювало концентрації клітин у суспензії на 1 год, проте спричиняло зниження їх титру у 2,5–3 рази на 3 год культивування. Встановлено, що молекули 3-oxo-C12-HSL не виявляли антимікробної активності щодо досліджених штамів P.aeruginosa: високоактивного продуцента бактеріоцинів УКМ В-333, референтного штаму УКМ В-1, а також чутливих культур УКМ В-3 і УКМ В-10. Однак сумісне використання 3-oxo-C12-HSL у концентрації 1 мкМ/мл — 10 мМ/мл та антибактеріального засобу (етилового спирту) посилювало активність останнього в 2 рази, а при концентрації 3-oxo-C12-HSL 100 мМ/мл — у 4 рази щодо усіх досліджених штамів. В результаті було зроблено припущення, що виявлене зниження титрів мікроорганізмів обумовлене індукцією бактеріоцинів. Для підтвердження даного припущення молекули 3-oxo-C12-HSL вносили в суспензію культури продуцента бактеріоцинів УКМ В-333 до кінцевої концентрації 100 нМ/мл — 10 мкМ/мл. Це призводило до двократного зростання активності індукованих піоцинів порівняно з контролем. При подальшому підвищенні в суспензії концентрації молекул 3-oxo-C12-HSL до 100 мкМ/мл — 1 мМ/мл показники активності піоцинів не підвищувались, а збігалися з такими у контрольних зразках. Наведене підтверджує припущення про можливість регуляції інтенсивності виділення бактеріоцинів молекулами 3-oxo-C12-HSL, однак вказує на опосередкований характер даного впливу. З’ясування механізмів виявленої залежності потребує проведення подальших досліджень і визначення рівнів експресії наявних у штаму P.aeruginosa УКМ В-333 генів піоцинів, а також генів сигнальних молекул інших систем кворум сенсінгу.
Висновки. Між системою кворум сенсінгу LasI/R і бактеріоциногенією Pseudomonas aeruginosa існує взаємодія, яка проявляється в опосередкованому впливі N-(3-оксододеканоїл)-гомосерин лактонів на виділення бактеріоцинів.