Результат интеллектуальной деятельности: Способ подавления адгезивных свойств холерных вибрионов

Предлагаемое изобретение относится к медицинской микробиологии и может быть использовано для снижения адгезивных свойств холерных вибрионов.

Известно, что начальный этап патогенеза холеры заключается во взаимодействии с клетками эпителия тонкого кишечника путем адгезии. В тоже время известна способность холерных вибрионов формировать биопленку на твердом субстрате: камнях, хитиновых панцирях ракообразных, где холерные вибрионы переживают неблагоприятные условия внешней среды. Для человека биопленки могут являться средством инфицирования при употреблении загрязненной планктоном воды или необработанных морепродуктов. В связи с этим актуальным является поиск препаратов, снижающих адгезивную активность возбудителей, и способов ее изучения.

Известен способ ингибирования адгезии бактерий на сетчатых имплантах в комбинации с биоцидами (1). Однако этот способ не может быть применен в отношении возбудителя холеры.

Известен способ подавления пищевыми минералами адезивной способности Vibrio cholerae, включающий воздействие субингибирующих концентраций минералов: цинка, селена и марганца (2) а также способ оценки адгезивных свойств холерных вибрионов Vibrio cholerae El Tor и Vibrio cholerae O139 на клеточной культуре Hu Tu -80 (3).

Однако эти способы являются трудоемкими и требуют для изучения адгезии использования лабораторных животных или перевиваемой клеточной культуры.

Известен способ моделирования биопленок, формируемых Vibrio cholerae 01 серогруппы на поверхности хитина (4), включающий использование хитина в виде пластин речного рака, на поверхности которых образуются как простые, так и сложные биопленки Vibrio cholerae, анализ последних проводят в ПЦР с использование праймеров к INDEL-локусу 1699, подтверждая присутствие клеток токсигенного штамма в составе сложной биопленки и способность колонизировать поверхность хитина.

Однако этот способ не эффективен в возможности подавлять и изучать адгезивные свойства Vibrio cholerae, так как его задача состояла в разработке способа моделирования биопленок.

За прототип выбран способ определения степени ингибирующей способности сахаров на процесс адгезии холерных вибрионов (5) включающий инкубацию исследуемой культуры с эритроцитами, причем адгезию холерных вибрионов проводят в присутствии ингибитора, в качестве которого используют углеводы,

Недостатком этого способа является необходимость использования эритроцитов, отсутствие возможности динамических наблюдений за влиянием веществ на процесс адгезии, а также невозможность сопоставить концентрацию адгезированных клеток с их концентрацией в свободном (планктонном) состоянии.

Техническая задача предполагаемого изобретения состояла в разработке нового эффективного способа подавления адгезии холерных вибрионов и ее оценки.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе подавления адгезии холерных вибрионов, включающем использование препарата, понижающего экспрессию генов регуляции адгезии, в качестве ингибитора используют диклофенак в концентрации 3 мг/л, который вводят в один из двух флаконов объемом 50 мл контаминированных взвесью 10⁴ микробных клеток холерных вибрионов/мл и 4-х хитиновых пластин размером 0,3×0,3 см, которые помещают в оба флакона и выдерживают при температуре 28°С до двух суток, а через 2-12-24-48 часов пластины хитина достают из флаконов, трехкратно промывают в физиологическом растворе, после этого каждую пластину помещают в отдельную емкость 1,5 мл, содержащую 0,5 мл дистиллированной воды, и проводят температурный лизис клеток и выделение ДНК, путем прогревания при 99°С в течение 30 мин, а затем методом ПЦР определяют количество клеток холерного вибриона в супернатанте и количество адгезированных на хитине клеток в контрольном флаконе (без диклофенака) и во флаконе с диклофенаком, затем рассчитывают показатель адгезии культур холерных вибрионов по формуле

, где ПА - показатель адгезии;

Nx - количество ДНК, адгезированного на хитине;

Nc - количесто ДНК в супернатанте,

причем если ПА без воздействия диклофенака больше, чем ПА в присутствии диклофенака, значит, препарат подавил адгезию, а степень подавления адгезии определяют по коэффициенту КИ по формуле

, где ПА - показатель адгезии;

ПАд - показатель адгезии в присутствии диклофенака,

при этом за слабую степень ингибирующей активности принимают КИ в пределах от 0-1,5, среднюю степень - в пределах 1,6-2,0, высокую - более 2,1.

Способ осуществляется следующим образом.

Для проведения способа подавления адгезии холерных вибрионов используют препарат, понижающий экспрессию генов регуляции адгезии, а именно производное фенилуксусной кислоты-диклофенак в концентрации 3 мг/л (субингибирующая концентрация).

При этом в роли субстрата для адгезии холерных вибрионов применяют хитин, полученный из пластин речного рака Astacus astacus размером 0,3×0,3 см.

Первоначально готовят 18-часовую агаровую культуру холерных вибрионов, для этого изучаемый штамм высевают на агар Мартена и готовят взвесь по стандарту мутности до конечной концентрации 10⁴ м.к./мл.

Затем в два флакона объемом 50 мл с речной автоклавированной водой, контаминированной взвесью 10⁴ м.к./мл холерных вибрионов, помещают пластины хитина в количестве 4 шт. в каждый флакон и выдерживают при температуре 28°С до двух суток. Причем в один флакон предварительно добавляют раствор диклофенака до концентрации 3 мг/л. Через 2-12-24-48 часов пластины хитина достают из флаконов, трехкратно промывают в физиологическом растворе и каждую пластину переносят в пробирку емкостью 1,5 мл, содержащую 0,5 мл дистиллированной воды. После этого проводят температурный лизис клеток путем прогревания кипячением пластин до 99°С в течение 30 минут и выделение ДНК.

Следующий этап способа заключается в определении количества клеток холерного вибриона в супернатанте каждого флакона и количества адгезированных на хитин клеток как во флаконе с диклофенаком, так и без него (контрольный) при помощи метода ПЦР согласно МУ 2.3.256-09.

Затем рассчитывают показатель адгезии который определяют по формуле

где ПА - показатель адгезии;

Nx - количество ДНК, адгезированного на хитин;

Nc - количество ДНК в супернатанте,

Если ПА без воздействия диклофенака больше, чем ПА в присутствии диклофенака, значит, диклофенак подавляет адгезию.

Степень подавления адгезии определяют по коэффициенту ингибиции КИ, который равен отношению показателя адгезии (ПА) без воздействия препарата диклофенака к показателю адгезии в присутствии диклофенака (ПАд):

Интерпретацию результатов проводят по шкале ингибирующей активности, при этом за слабую степень ингибирующей активности принимают КИ в пределах от 0 до 1,5, среднюю степень - в пределах 1,6-2,0, высокую - более 2,1.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что адгезию холерных вибрионов подавляют в присутствии ингибитора, который понижает экспрессию генов регуляции адгезии, в качестве которого используют производное фенилуксусной кислоты -диклофенак в концентрации 3 мг/л. Использование изобретения позволяет уменьшить прикрепление клеток (адгезию) холерного вибриона к субстрату in vitro.

Пример 1

Изучали воздействие диклофенака в концентрации 3 мг/л на адгезивные свойства штаммов: V. cholerae O1 El Tor 19191 (ctx+, tcp+, выделен от человека в 2010 г., г. Москва), V. cholerae O1 El Tor 19667 (ctx+, tcp+, выделен от человека в 2012 г., г. Москва), V. cholerae О1 El Tor 19241 (ctx+, tcp+, выделен из воды, 2011 г., Ростовская область). Культуры взяты из коллекции Ростовского противочумного института.

В шесть флаконов с речной автоклавированной водой (по 50 мл), контаминированной взвесью 10⁴/мл микробных клеток бактерий (на каждый штамм по два флакона), помещают пластины речного рака Astacus astacus размером 0,3×0,3 см в количестве 4 штук в каждый флакон и выдерживают при t 28±2°С до 2 суток, при этом в один флакон из двух для каждого штамма предварительно добавляют раствор диклофенака до концентрации 3 мг/л. Через 2-12-24-48 ч пластинки хитина достают из флаконов, трехкратно промывают в физиологическом растворе. Количество клеток холерного вибриона в супернатанте и количество адгезированных на хитин клеток в контрольном флаконе (без диклофенака) и во флаконе с диклофенаком определяют методом ПЦР по количеству ДНК. Затем по формуле рассчитывают показатель адгезии культур холерных вибрионов и коэффициент ингибиции. По шкале ингибирующей активности проводят интерпретацию результатов (см. таблицу 1).

n* - число клеток ДНК увеличенное в 10³.

Как видно из таблицы, в первые часы воздействия (до 12 часов) диклофенак обладает высокой степенью ингибирующей активности (КИ 2,1-10,7) в отношении всех трех штаммов. Наибольшее значение индекса адгезии наблюдается в отношении штамма V. cholerae O1 El Tor 19191 при 12 часовом воздействии диклофенака. Через 48 часов коэффициент ингибиции соответствовал наименьшему значению в изученной группе штаммов и составил 1,45, при этом в отношении этого штамма показатель адгезии в присутствии диклофенака в интервале времени 2-48 часов составлял 0,1-0,11.

Пример 2

Изучали воздействие диклофенака в концентрации 150 мг/л (исходя из максимальной суточной дозы препарата для человека) на адгезивные свойства штаммов V. cholerae O1 El Tor 19667 (ctx+, tcp+, выделен от человека в 2012 г., г. Москва). Культура взята также из коллекции Ростовского противочумного института.

В два флакона с речной автоклавированной водой (по 50 мл), контаминированной взвесью 10⁴/мл микробных клеток бактерий, помещают пластины речного рака Astacus astacus размером 0,3×0,3 см в количестве 4 штук в каждый флакон и выдерживают при t 28±2°С до 2 суток, при этом в один флакон предварительно добавляют раствор диклофенака до концентрации 150 мг/л. Через 2-12-24-48 ч пластинки хитина достают из флаконов, трехкратно промывают в физиологическом растворе. Количество клеток холерного вибриона в супернатанте и количество адгезированных на хитин клеток в контрольном флаконе (без диклофенака) и во флаконе с диклофенаком определяют методом ПЦР по количеству ДНК. По формуле рассчитывают показатель адгезии культур холерных вибрионов и коэффициент ингибиции. По шкале ингибирующей активности проводят интерпретацию результатов (см. таблицу 2).

По таблице 2 видно, что в присутствии диклофенака в концентрации 150 мг/л показатель адгезии ниже, чем без диклофенака. Диклофенак в концентрации 150 мг/л обладает средней степенью ингибирующей активности при экспозиции 2-12 ч и низкой степенью - при экспозиции 24-48 ч.

Использование предполагаемого изобретения с помощью нового и эффективного способа позволяет снизить адгезию холерных вибрионов, которая является начальным этапом патогенеза инфекции и биопленкообразования и оценить ее динамику при разном времени экспозиции при изучении исследуемых штаммов.

Источники информации

1. Кузнецова М.В., Паршаков А.А., Афанасьевская Е.В., Самарцев В.А. Ингибирования адгезии бактерий Staphylococcus на сетчатых имплантах в комбинации с биоцидами (in vitro)// Антибиотики и химиотерапия. - 2017. - Т.62, №1-2. - С. 12-20.

2. Bhattaram V., Upadhyay A., Yin Н.-В., Mooyottu Sh., Venkitanarayanan К. Effect of Dietary Minerals on Virulence Attributes of Vibrio cholerae/Front Microbiol. 2017 May 19;8:911.

3. «Способ оценки адгезивных свойств холерных вибрионов Vibrio cholerae El Tor и Vibrio cholerae 0139 на клеточной культуре Hu Tu -80». Патент RU №2595423, кл. C12Q 1/02, опубл. 10.07.2016 г., бюл. №24.

4. «Способ моделирования биопленок, формируемых Vibrio cholera 01 серогруппы на поверхности хитина». Патент №2685878, кл. C12N 11/00, опубл. 23.04.2019 г., бюл. №12.

5. «Способ определения степени ингибирующей способности сахаров на процесс адгезии холерных вибрионов». Патент RU 2288274, кл. C12Q 1/04, опубликовано 27.11. 2006, бюл. №33.

6. Abbas Н.А. Inhibition of virulence factors of Pseudomonas aeruginosa by diclofenac sodium. Roum Arch Microbiol Immunol. 2015;74(3-4):79-85.