Конъюгативный перенос генов бактериоцинов - новый механизм антимикробного действия пробиотических препаратов

Авторы

  • М.В. Кузнецова Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • И.Л. Масленникова Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • D. Žgur-Bertok Люблянский Университет
  • Erjavec M. Starčič Люблянский Университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1998-2097/2017.4.7

Ключевые слова:

Escherichia coli, бактериоцины, колицин ColE7, конъюгация, пробиотический препарат

Аннотация

В связи с высоким темпом роста антибиотикоустойчивости микроорганизмов создание альтернативных антимикробных средств или способов их доставки является приоритетным направлением биологии, медицины и ветеринарии. Представлены результаты проекта по конструированию и тестированию ColE7-опосредованной «kill»-«anti-kill» системы на основе пробиотического штамма Nissle 1917. На факультете биотехнологии университета Любляны был создан генномодифицированный штамм Escherichia coli ŽP (киллерный донор), несущий на конъюгативной плазмиде ген колицина ColE7 с ДНК-азной активностью, а также ген immE7 в хромосоме, обеспечивающий клетке синтез иммунного белка, который прочно связывается с соответствующим колицином, ингибируя его активность в пределах клетки хозяина. Система апробирована с референтным штаммом E. coli в различных экспериментальных моделях: в планктонной культуре, в формирующейся и сформированной биопленках. Показано, что антимикробное действие на основе конъюгативного переноса генов бактериоцинов возможно. Определены перспективы использования E. coli ŽP в качестве основы пробиотического препарата, который, в отличие от аналогов, будет обладать высокой антибактериальной активностью против энтеропатогенов за счет нового механизма доставки колицина, позволяющего эффективно воздействовать на устойчивые к бактериоцинам штаммы.

Библиографические ссылки

  1. Данилевская Н.В., Субботин В.В. Эффективность специфической профилактики болезней птиц // 25 лет на благо промышленного птицеводства: Материалы юбил. конф. НПП «АВИВАК». - СПб: АВИВАК, 2015. - С. 107-111.
  2. Национальная концепция профилактики инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, и информационный материал по ее положениям / В.И. Покровский, В.Г. Акимкин, Н.И. Брико, Е.Б. Брусина, Л.П. Зуева, О.В. Ковалишена, В.Л. Стасенко, А.В. Тутельян, И.В. Фельдблюм, В.В. Шкарин. - Н. Новгород: изд-во «Ремедиум Приволжье», 2012. - 84 с.
  3. Пантелеева А.А. Гены продукции микроцина Escherichia coli S5/98, их экспрессия и влияние на антагонистические свойства рекомбинантных штаммов: автореф. дис.. канд. биол. наук, 2006. - 26 с.
  4. Похиленко В.Д., Перелыгин В.В. Бактериоцины: их биологическая роль и тенденции применения // Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2011/016.pdf
  5. Чеснокова В.Л., Лившиц В.А., Сокуренко Е.В., Алешин В.В., Кравцов Э.Г., Далин М.В., Быков В.А. Штамм бактерий Еscherichia coli m17 fimh::kan/p colap, используемый для получения пробиотического препарата // Патент РФ № 2144954.
  6. Allen H.K., Trachsel J., Looft T., Casey T.A. Finding alternatives to antibiotics // Ann. N. Acad. Sci. - 2014. - Vol. 1323. - P. 91-100.
  7. Barriere S.L. Clinical, economic and societal impact of antibiotic resistance // Expert Opin. Pharmacother. - 2015. - Vol. 16. - P. 151-153.
  8. Ben Lagha A., Haas B., Gottschalk M., Grenier D. Antimicrobial potential of bacteriocins in poultry and swine production // Vet. Res. - 2017. - Vol. 48. - P. 22.
  9. Budič M., Rijavec M., Petkovšek Ž., Žgur-Bertok D. Escherichia coli bacteriocins: antimicrobial efficacy and prevalence among isolates from patients with bacteraemia // PLoS One. - 2011. - Vol. 6(12). - e28769.
  10. Cao Z., Klebba P.E. Mechanisms of colicin binding and transport through outer membrane porins // Biochimie. - 2002. - Vol. 84. - P. 399-412.
  11. Cascales E., Buchanan S.K., Duché D., Kleanthous C., Lloubès R. [et al.] Colicin Biology // Microbiol. Mol. Biol. Rev. - 2007. - Vol. 71. - P. 158-229.
    Castanon J.I. History of the use of antibiotic as growth promoters in European poultry feeds // Poult. Sci. - 2007. - Vol. 86(11). - P. 2466-2471.
  12. Cursino L., Smajs D., Smarda J., Nardi R.M., Nicoli J.R., Chartone-Souza E., Nascimento A.M. Exoproducts of the Escherichia coli strain H22 inhibiting some enteric pathogens both in vitro and in vivo // J. Appl. Microbiol. - 2006. - Vol. 100(4). - P. 821-829.
  13. Cursino L., Smarda J., Chartone-Souza E., Nascimento A. Recent updated aspects of colicins of Enterobacteriaceae // Brasil. J. Microbiol. - 2002. - Vol. 33. - P. 185-195.
  14. Dunlap P. Biochemistry and genetics of bacterial bioluminescence // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. - 2014. - Vol. 144. - P. 37-64.
  15. Fernebro J. Fighting bacterial infections-future treatment options // Drug. Resist. Updat. - 2011. - Vol. 14. - P. 125-139.
  16. Filutowicz M., Burgess R., Gamelli R.L., Heinemann J.A., Kurenbach B., Rakowski S.A., Shankar R. Bacterial conjugation-based antimicrobial agents // Plasmid. - 2008. - Vol. 60. - P. 38-44.
  17. Gratia A. Sur un remarquable example d’antagonisme entre deux souches de colibacille // Comput. Rend. Soc. Biol. - 1925. - Vol. 93. - P. 1040-1042.
  18. Grozdanov L., Raasch C., Schulze J., Sonnenborn U., Gottschalk G., Hacker J., Dobrindt U. Analysis of the genome structure of the nonpathogenic probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 // J. Bacteriol. - 2004. - Vol. 186(16). - P. 5432-5441.
  19. Guglielmetti E., Korhonen J.M., Heikkinen J., Morelli L., von Wright A. Transfer of plasmid-mediated resistance to tetracycline in pathogenic bacteria from fish and aquaculture environments // FEMS. Microbiol. Lett. - 2009. - Vol. 293. - P. 28-34.
  20. Karpiński T.M., Szkaradkiewicz A.K. Characteristic of bacteriocines and their application // Pol. J. Microbiol. - 2013. - Vol. 62. - P. 223-235.
  21. Kleanthous C. Swimming against the tide: progress and challenges in our understanding of colicin translocation // Nat. Rev. Microbiol. - 2010. - Vol. 8. - P. 843-848.
  22. Kleanthous C., Walker D. Immunity proteins: enzyme inhibitors that avoid the active site // Trends Biochem. Sci. - 2001. - Vol. 26. - P. 624-631.
  23. Marincs F. On-line monitoring of growth of Escherichia coli in batch cultures by bioluminescence // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2000. - Vol. 53. - P. 536-541.
  24. Petkovšek Ž., Žgur-Bertok D., Starčič Erjavec M. Colicin insensitivity correlates with a higher prevalence of extraintestinal virulence factors among Escherichia coli isolates from skin and soft-tissue infections // J. Med. Microbiol. - 2012. - Vol. 61(6). - P. 762-765.
  25. Schamberger G.P., Phillips R.L., Jacobs J.L., Diez-Gonzalez F. Reduction of Escherichia coli O157:H7 populations in cattle by addition of colicin E7-producing E. coli to feed // Appl. Environ. Microbiol. - 2004. - Vol. 70. - P. 6053-6060.
    Šmarda J., Šmajs D. Colicins - Extracellular lethal proteins of Escherichia coli // Folia Microbiol. (Praha). - 1998. - Vol. 43. - P. 563-582.
  26. Stahl C.H., Callaway T.R., Lincoln L.M., Lonergan S.M., Genovese K.J. Inhibitory activities of colicins against Escherichia coli strains responsible for postweaning diarrhea and edema disease in swine // Antimicrob. Agents Chemother. - 2004. - Vol. 48. - P. 3119-3121.
  27. Starčič Erjavec M., Petkovšek Ž., Kuznetsova M.V., Maslennikova I.L., Žgur-Bertok D. Strain ŽP - the first bacterial conjugation-based "kill"-"anti-kill" antimicrobial system // Plasmid. - 2015. -Vol. 3(82). - Р. 28-34.
  28. Tenover F.C. Development and spread of bacterial resistance to antimicrobial agents: an overview // Clin. Infect. Dis. - 2001. - Vol. 33. - S108-S115.
  29. Trautner B.W., Hull R.A., Darouiche R.O. Colicins prevent colonization of urinary catheters // J. Antimicrob. Chemother. - 2005. - Vol. 56. - P. 413-415.
  30. WHO’s first global report on antibiotic resistance reveals serious, worldwide threat to public health. Retrieved 2014-05-02.
  31. Yang S.-C., Lin C.-H., Sung C.T., Fang J.-Y. Antibacterial activities of bacteriocins: application in foods and pharmaceuticals // Front. Microbiol. - 2014. - Vol. 5. - P. 241.
  32. Žgur-Bertok D. Regulating colicin synthesis to cope with stress and lethality of colicin production // Biochem. Soc. Trans. - 2012. - Vol. 40 (6). - P. 1507-1511.

Загрузки

Опубликован

2018-07-25

Выпуск

№ 4 (2017)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Кузнецова, М., Масленникова, И., Žgur-Bertok, D., & Starčič, E. M. (2018). Конъюгативный перенос генов бактериоцинов - новый механизм антимикробного действия пробиотических препаратов. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 45-52. https://doi.org/10.7242/1998-2097/2017.4.7