doi: 10.15389/agrobiology.2020.6.1073rus
УДК 636.018:579.6
Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2019-2021 годы ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН в рамках тематического плана по госзаданию № 0526-2019-0002.
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ВЕЩЕСТВ АНТИКВОРУМА КАК АЛЬТЕРНАТИВА АНТИБИОТИКОТЕРАПИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
(обзор)
К.С. КОНДРАШОВА ✉, Д.Б. КОСЯН, К.Н. АТЛАНДЕРОВА, С.В. ЛЕБЕДЕВ
Частое применение антибиотиков в современном животноводстве грозит расширением спектра антибиотикорезестентных бактерий. Один из механизмов, ответственных за этот процесс, — кворум сенсинг (Quorum sensing, QS). Для его реализации бактерии используют специальные сигнальные молекулы для обмена информацией — аутоиндукторы (A.A. Miller с соавт., 2011). Благодаря изучению описываемого механизма стало известно о существовании веществ, выступающих в роли ингибиторов Quorum sensing (гасители кворума) (B. Rеmy с соавт., 2018), что сделало такие исследования еще более актуальными (J. Bzdreng с соавт., 2017). В своем обзоре мы обобщили современные данные о поиске и разработке таких биологически активных соединений, способных стать альтернативой антибиотическим препаратам, применяемым в сельском хозяйстве. Среди них можно выделить бактериальные ферменты (АГЛ-лактоназы, АГЛ-ацилазы, декарбоксилазы и дезаминазы), способные деградировать сигнальные аутоиндукторы кворум сенсинга (V.C. Kalia с соавт., 2011), а также α-амилазы, β-глюканазы, липазы и протеазы, способствующие разрушению биопленки (R. Sharma с соавт., 2001). Антимикробными свойствами также обладают ферменты животных — ацилаза I (D. Paul с соавт., 2010), параоксоназа (J.F. Teiber с соавт., 2008), лактоназа; ферменты растений — лакказа (R. Al-Hussaini с соавт., 2009), аллииназа, тиолзависимый фермент и лактоназа, выделенные из чеснока и лекарственных растений (A. Adonizio с соавт., 2008); ферменты морских организмов — бромопероксидаза из водорослей Laminaria digitata (а также галогенированные фураноны из Delisea pulchra) иальгинатные лиазы, обнаруженные в водорослях, беспозвоночных и морских микроорганизмах (S.A. Borchardt с соавт., 2001; М. Manefield с соавт., 2000). Можно также отметить антимикробные пищеварительные ферменты, используемые в качестве кормовых добавок, — фитазу (O. Adeola с соавт., 2011), ксиланазу и лизоцим (G. Cheng с соавт., 2014). Перспективными представляются исследования фитобиотиков и эфирных масел в качестве ингибиторов кворум сенсинга (В.И. Фисинин с соавт., 2018). Их ингибирующая способность проявляется благодаря сходству химической структуры некоторых растительных экстрактов и ацил-гомосерин-лактона и инактивации сигнальных молекул (R. Chevrot с соавт., 2006; F. Nazzaro с соавт., 2013). Кроме того, в качестве альтернативы рассматривается комбинированное воздействие антимикробных препаратов, которое способно дать синергетический эффект за счет разнообразия механизмов, необходимых для преодоления рецидивирующей бактериальной коммуникации и уничтожения персистирующих клеток. В состав таких полипрепаратных коктейлей может включаться сочетания антибиотиков с природными соединениями. Показана эффективность комбинации тобрамицина и некоторых растительных экстрактов (циннамальдегида и гидрата байкалина) против Burkholderia cenocepacia и Pseudomonas aeruginos (G. Brackman с соавт., 2011),широкого спектра антибиотиков — аминогликозидов (T.H. Jakobsen с соавт., 2012; M. Stenvang с соавт., 2016), хинолонов (Q. Guo с соавт., 2016), полипептидных антибиотиков (A. Furiga с соавт., 2016; Z.P. Bulman с соавт., 2017), цефалоспоринов и гликопептидов (D. Maura с соавт., 2017) и различных ингибиторов кворум сенсинга.
Ключевые слова: кворум сенсинг, антибиотки, резистентность, бактерии, растительные экстракты, ферменты.
K.S. Kondrashova ✉, D.B. Kosyan, K.N. Atlanderova, S.V. Lebedev
Frequent and inappropriate use of antibiotics in animal husbandry threatens to expand the spectrum of antibiotic-resistant bacteria. Quorum sensing (QS) is one of the mechanisms responsible for this process. For its implementation, bacteria use autoinducers, the special signaling molecules for information exchange (A.A. Miller et al., 2011). The studies to give insight of this mechanism have shed light on the existence of substances that act as Quorum sensing inhibitors (quorum suppressors) (B. Remy et al., 2018), which made such studies even more relevant (J. Bzdreng et al., 2017). In our review, we have summarized the latest data on the search and development of the biologically active compounds that can become an alternative to antibiotic drugs used in animal husbandry. These include bacterial enzymes (AGL-lactonases, AGL-acylases, decarboxylases, and deaminases) that can degrade quorum sensing signal autoinducers (V.C. Kalia et al., 2011), as well as α-amylases, β-glucanases, lipases, and proteases involved in the destruction of biofilms (R. Sharma et al., 2001). The antimicrobial properties are also characteristic of animal enzymes acylase I (D. Paul et al., 2010), paraoxonase (J.F. Teiber et al., 2008), and lactonase, plant enzymes laccase (R. Al-Hussaini et al., 2009), alliinase, thiol-dependent enzyme and lactonase derived from garlic and medicinal plants (A. Adonizio et al., 2008), enzymes of marine organisms, particularly bromoperoxidase of the algae Laminaria digitata, alginate lyases from algae, invertebrates, and marine microorganisms, and halogenated furanones of Delisea pulchra (S.A. Borchardt et al., 2001; M. Mane-field et al., 2000). In addition, we can distinguish antimicrobial digestive enzymes used as feed additives, e.g., phytase (O. Adeola et al., 2011), xylanase and lysozyme (G. Cheng et al., 2014). Studies of phytobiotics and essential oils as quorum sensing inhibitors are promising (V.I. Fisinin et al., 2018). Their inhibitory ability is shown due to the similarity of the chemical structures of some plant extracts to the structure of acyl-homoserine-lactone and inactivation of signaling molecules (R. Chevrot et al., 2006; F. Nazzaro et al., 2013). Another prospective alternative is the use of antimicrobial combinatins enabling a synergistic effect due to the variety of mechanisms of overcoming the recurrent bacterial communications and destroying persistent bacterial cells. These polypeptide cocktails may include the combination of antibiotics with natural compounds. The amtimicrobial efficacy has shown for combination of tobramycin and some plant extracts, partilularly cinnamaldehyde and baykalin hydrate against Burkholderia cenocepacia and Pseudomonas aeruginos (G. Brackman et al., 2011), a wide range of antibiotics, e.g., aminoglycosides (T.H. Jakobsen et al., 2012; M. Stenvang et al., 2016), quinolones (Q. Guo et al., 2016), polypeptide antibiotics (A. Furiga et al., 2016; Z.P. Bulman et al., 2017), cephalosporins and glycopeptides (D. Maura et al., 2017), and various quorum sensing inhibitors.
Keywords: quorum sensing, antibiotics, resistance, bacteria, plant extracts, enzymes.
ФГБНУ ФНЦ Биологических систем и агротехнологий РАН, |
Поступила в редакцию |
