Образование биопленок кишечными бактериями под действием экстрактов лекарственных растений

Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, № 3 (4)_

УДК 57.083.138.4

ОБРАЗОВАНИЕ БИОПЛЕНОК КИШЕЧНЫМИ БАКТЕРИЯМИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭКСТРАКТОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ

©2013 З.Ю. Самойлова, Н.Г. Музыка, Г.В. Смирнова, О.Н. Октябрьский

Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь Поступила 04.06.2013

В данной статье рассмотрено влияние ряда экстрактов лекарственных растений на биопленкообразующую способность бактерий Escherichia coli. Установлено модулирующее влияние ряда экстрактов лекарственных растений на способность бактерий к биопленкообразованию. Исследованы взаимосвязи между способностью бактерий к биопленкообразованию и редокс-свойствами испытуемых экстрактов.

Ключевые слова: экстракты растений, полифенолы, биотент, бактерии Escherichia coli.

Современные клинические наблюдения свидетельствуют о том, что микробиоценозы в кишечнике человека и животных являются интегральной частью организма хозяина и функционируют как своеобразный орган. Подобно тому, как эукариоти-ческие клетки органов и тканей высших организмов дифференцировались и выполняют определенные функции, так и симбиотические ассоциации анаэробных бактерий также специализировались, регулируя конкретные биохимические реакции и физиологические функции макроорганизма в естественных условиях его обитания. Состояние микрофлоры кишечника напрямую зависит от особенностей питания хозяина. Результаты многих исследований свидетельствуют о положительном влиянии компонентов растительной пищи на экологию кишечных бактерий [1]. В последние годы особое внимание исследователей сосредоточено на растительных полифенолах, обладающих выраженным антиоксидантным действием на макроорганизм. Существует предположение о том, что прямое ан-тиоксидантное действие полифенолы проявляют лишь непосредственно в кишечнике хозяина [2], при этом его микрофлора активно участвует в метаболизме полифенолов. Ранее нами было показано, что полифенолы и богатые полифенолами экстракты растений оказывают защитное действие на бактерии Escherichia coli от окислительного стресса [35].

Следует отметить, что представители нормальной микрофлоры существуют в организме человека и животных в форме фиксированных сообществ, представляющих собой биопленки. В таком виде нормальная микрофлора, как перчатка, покрывает слизистые оболочки и становится менее чувствительной к воздействию неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы или их комбинаций по сравнению со свободно плавающими бактериями, а также может препятство-

Самойпова Зоя Юрьевна, к.б.н., научный сотрудник, е-mail: samzu(S>mail.ru; Музыка Надежда Геннадьевна, к.б.н., старший научный сотрудник, e-mail: muzykan(S>mail.ru; Смирнова Галина Васильевна, д.б.н., ведущий научный сотрудник, e-mail: smirnova(a!iegm.ru; Октябрьский Олег Николаевич,, д.б.н., проф., зав. лабораторией, e-mail: ok-

tyabr(S>iegm.ru

вать колонизации патогенных микроорганизмов.

Однако влияние полифенол-содержащих биосубстратов на способность кишечных бактерий образовывать биопленки мало изучено.

Целью данной работы явилось изучение влияния экстрактов растений, широко используемых в народной и официальной медицине, на образование биопленок бактериями Escherichia coli.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Водные экстракты были приготовлены из коммерческих фармпрепаратов (ОАО «Красногорск-лексредства», «Иван-чай»), зеленый и черный чай -из препаратов Greenfield "Golden Ceylon".

Влияние экстрактов на биопленкообразующую способность оценивали по методу [6]. Также определяли радикал-связывающую активность [7], ме-талл-хелатирующую способность экстрактов in vitro [8], продукцию пероксида экстрактами [9], а также содержание полифенолов в испытуемых экстрактах [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Выявлено достоверное повышение удельного биопленкообразования бактериями Е. coli BW25113 при обработке экстрактами брусники, липы, толокнянки и чёрного чая в 2-3 раза по сравнению с клетками, не обработанными экстрактами.

Обработка бактериальных клеток экстрактами из частей березы, кукурузы, чаги и пустырника способствовала достоверному увеличению удельного биопленкообразования в 1,3-1,8 раза. В этих же условиях обработка клеток бактерий экстрактами крапивы и ламинарии оказывала противоположный эффект и приводила к достоверному снижению удельного биопленкообразования в 1,4 и 1,2 раза, соответственно, по сравнению с клетками, не обработанными экстрактами.

Результаты экспериментов по определению ра-дикал-связывающей (РСА) и металл-хелатирующей (МХА) активности in vitro и измерению скорости продукции пероксида свидетельствуют о наличии редокс-активности у испытуемых экстрактов. Установлено, что наибольшей РСА in vitro обладали

Экология

экстракты черного и зеленого чая, а также экстракты толокнянки, брусники и душицы, наименьшей -хвоща и ламинарии. Наибольшей МХА обладали экстракты зеленого и черного чая, а также череды, толокнянки и березы, наименьшей - экстракты подорожника, эхинацеи и брусники. Обнаружено, что среди испытуемых экстрактов с наибольшей скоростью продуцировали пероксид экстракты черного и зелёного чая, толокнянки и брусники, с наименьшей - экстракты ламинарии, эхинацеи и ноготков. Выявлена корреляция между содержанием в испытуемых экстрактах полифенолов и их РСА активностью, а также способностью продуцировать пероксид (коэффициенты корреляции г составили + 0,97 и +0,89, соответственно).

Корреляционный анализ данных указывает на наличие связей между удельным биоплёнкообразо-ванием в обработанных экстрактами культурах и способностью экстрактов продуцировать пероксид (г =+0,89), а также содержанием полифенолов в испытуемых экстрактах (г =+0,73). Следует отметить, что характер влияния зеленого чая на удельное биопленкообразование в этих условиях отличается от обнаруженной зависимости. Это можно объяснить особыми свойствами компонентов зеленого чая, в частности, их проникающей способностью.

Полученные результаты свидетельствуют о модулирующем влиянии ряда экстрактов лекарственных растений на биопленкообразующую способность кишечных бактерий. Показано, что характер влияния может варьировать в зависимости от ре-докс-свойств испытуемых экстрактов и содержания в них полифенолов.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение 8114, гранта Президента РФ МК-1763.2012.4 для молодых ученых, гранта №12-И-4-2072 по Программе

интеграционных проектов Президиума УрО РАН. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Parkar S.G., Stevenson D.E., Skinner М.A. The potential influence of fruit polyphenols on colonic microflora // hit. J. Food Microbiol. 2008. V. 124. P. 295-298.

2. Halliwell В., Rafter J., Jenner A. Health promotion by fla-vonoids, tocopherols, tocotrienols, and other phenols: direct or indirect effects? Antioxidants or not? // Amer. J. Clin. Nutr. 2005. V. 81 (suppl.). P. 268S-276S.

3. Smirnova G.V., Samoylova Z.Y., Muzyka KG., Oktyabrsky O.N. Influence of polyphenols on Escherichia coli resistance to oxidative stress // Free Radic. Biol. Med. V. 46. P. 759768.

4. Smirnova G.V., Vvsochina G.I., Muzyka N.G., Samoylova Z.Y., Knknshkina T.A, Oktyabrsky O.N. Evaluation of antioxidant properties of medicinal plants using microbial test systems // World J. Microbiol, and Biotechnol. 2010. V. 26. P. 2269-2276.

5. Oktyabrsky O., Vvsochina G., Muzyka N., Samoilova Z., Knknshkina Т., Smirnova G. Assessment of antioxidant activity of plant extracts using microbial test systems // J. Appl. Microbiol. 2009. V. 106. P. 1175-1183.

6. Naves P., Prado G. del, Hitelves L., Gracia M, Ruiz V., Blanco J., Rodriguez-Cetrato V., Ponte M.C., Soriano F. Measurement of biofllm formation by clinical isolates of Escherichia coli is method-dependent // J. Appl. Microbiol. 2008. V. 105. P. 585-590.

7. Shviir L.-F., Tsung J.-H., Chen J.-H., Chin C.-Y., Lo C.-P. Antioxidant properties of extracts from medicinal plants popularly used in Taiwan // hit. J. Appl. Sci. Eng. 2005. V. 3. P. 195-202.

8. Kim H.-J., Chen F., WangX., Cluing H.Y., Jin Z. Evaluation of antioxidant activity of vetiver (Vetiveria zizanioides L.) oil and identification of its antioxidant constituents // J. Agric. Food Chemistry. 2005. V. 53. P. 7691-7695.

9. Seaver L.C., ImlayJ.A. Alkyl hydroperoxide reductase is the primary scavenger of endogenous hydrogen peroxide in Escherichia coli II J. Bacterid. 2001. V. 183. P. 7173-7181.

10. Wu L.-C., Hsu H.-W., Chen Y.-C., Chin C.-C., Lin Y.-I., Ho J.A. Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya // Food Chem. 2006. V. 95. P. 319-327.

BIOFILM FORMATION BY THE ENTERIC BACTERIA UNDER TREATMENT WITH

MEDICINAL PLANT EXTRACTS

©2013 Z.Y. Samoilova, N.G. Muzyka, G.V. Smirnova, O.N. Oktyabrsky

Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural branch of RAS, Perm

The influence of a number of medicinal plant extracts on biofllm formation by bacteria Escherichia coli was investigated. Some of the extracts were found to provoke modulating effects on bacterial biofilm-foniiing ability. Correlations between bacterial biofllm formation and redox-properties of the plant extracts were studied.

Key words, plant extracts, polyphenols, bacterial biofilms, bacteria Escherichia coli.

Zoya Samoilova, Candidate of Biology, researcher, email: samzu(S)mail.ru; Nadezhda Muzyka, Candidate of Biology, senior researcher, e-mail: niuzykan(S)niail.ru; Galina Smirnova, Doctor of Biology, leading researcher, email: siiiirnova(S)iegm.ru; Oleg Olityabrsliy, Doctor of Biology, professor, head of laboratory, e-mail: oktyabr(S!iegm.ru