Изменение ростовых характеристик и биопленкообразующей активности Escherichia coli в присутствии холестеринаó
- Авторы: Быкова Л.П.1, Трапезников Я.П.1, Годовалов А.П.1
-
Учреждения:
- Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера
- Выпуск: Том 36, № 2 (2019)
- Страницы: 98-101
- Раздел: Биология и экспериментальная медицина
- Статья получена: 23.06.2019
- Статья одобрена: 23.06.2019
- Статья опубликована: 23.06.2019
- URL: https://permmedjournal.ru/PMJ/article/view/14330
- DOI: https://doi.org/10.17816/pmj36298-101
- ID: 14330
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель. Оценить ростовые свойства и образование биопленок E. сoli в присутствии разных концентраций холестерина.
Материалы и методы. Штаммы E. сoli культивировали в мясопептонном бульоне с добавлением холестерина в концентрациях 3; 5; 7 и 9 ммоль/л, а также в питательной среде, не содержащей холестерин. Определяли ростовые параметры и концентрацию холестерина в пробах до и после культивирования микроорганизмов, а также влияние холестерина на биопленкообразующую активность E. сoli.
Результаты. Показано, что холестерин не оказывает бактерицидного действия на E. сoli, однако способен менять продолжительность фаз роста штаммов, что, возможно, обусловлено адаптацией к присутствию холестерина и переключением метаболических путей. Холестерин оказывает стимулирующее влияние на накопление тест-штаммом биомассы и его биопленкообразующую активность.
Выводы. В проведенном исследовании показана способность E. сoli метаболизировать человеческий холестерин.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время активно изучается вопрос о взаимодействии микроорганизмов с эукариотическими клетками [1]. Контакты между организмами осуществляются на молекулярном уровне, когда молекулы макроорганизма в той или иной степени могут быть участниками метаболизма прокариотических клеток. Показано, что резидентная и транзиторная микрофлора кишечника человека, синтезируя, трансформируя или разрушая экзогенные и эндогенные стерины, активно участвует в метаболизме макромолекул, в частности холестерина [2–3]. Описана утилизация холестерина микроорганизмами как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Первая идентификация продуктов деградации холестерина была представлена Horvath и Krimli в 1947 г., которые продемонстрировали продукцию холестенона и 7-дегидрохолестерина у видов Azotobacter [6].
Относительно мало сведений о включении холестерина в метаболизм микроорганизмов, имеющих медицинское значение. Идеальной системой для изучения биосинтеза фосфолипидов является Escherichia coli, поскольку ферменты микроорганизма участвуют в биосинтезе de novoфосфолипидов [6]. В связи с этим можно предположить, что ферменты E. сoli могут быть вовлечены в метаболизм холестерина.
Цель исследования – оценить ростовые свойства и образование биопленок E. сoli в присутствии разных концентраций холестерина.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании использованы штаммы E. сoli из коллекции АТСС, которые культивировали в мясопептонном бульоне с добавлением холестерина (США) в концентрациях 3; 5; 7 и 9 ммоль/л, а также в питательной среде, не содержащей холестерин. В течение 24 ч каждый час проводили измерение оптической плотности бульона при 580 нм с помощью планшетного спектрофотометра PowerWave X (США). Концентрацию холестерина определяли в пробах до и после культивирования микроорганизмов.
Для определения антибактериального действия холестерина использовали диско-диффузионный метод, когда диски из стерильной фильтрованной бумаги пропитывали в растворах с разной концентрацией холестерина. После непродолжительного подсушивания диски помещали на поверхность мясопептонного агара с посевом тест-штамма. Учитывали зоны задержки роста вокруг дисков в миллиметрах.
Биопленкообразующую активность E. coli в присутствии разных концентраций холестерина определяли согласно [5] в плоскодонных полистироловых планшетах. В лунки планшета вносили микробную суспензию тест-штамма и готовили разведения холестерина. Для каждой концентрации холестерина использовали не менее 3 повторностей. Через 24 ч инкубации планктонную часть удаляли, лунки промывали физиологическим раствором и окрашивали генцианвиолетом с последующей спиртовой экстракцией окрашенного продукта [5].
Для определения уровня холестерина в питательной среде использовали ферментативный метод с помощью набора реагентов ЗАО «Вектор-Бест» (Россия). Детекцию результатов осуществляли с помощью планшетного спектрофотометра PowerWave X (США). Суть метода заключается в том, что под действием фермента фолестеролэстеразы эфиры холестерина распадаются на холестерин и жирные кислоты. Далее холестерин окисляется под воздействием холестеролоксидазы с выделением перекиси водорода. Образовавшаяся перекись водорода в ходе реакции Триндера формирует окрашенное соединение. Интенсивность окраски реакционной среды прямо пропорциональна исходному содержанию холестерина в анализируемом растворе и определялась фотометрическим методом на приборе PowerWave X (США) в кюветах с длиной оптического слоя 10 мм при зеленом светофильтре (максимум поглощения – 540 нм). Результат выражали в условных единицах оптической плотности (у.е.).
Статистическую обработку данных проводили с использованием парного варианта t-критерия Стьюдента, а также коэффициента корреляции Пирсона.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
С помощью диско-диффузионного метода показан рост тест-штаммов вплотную к дискам, пропитанным холестерином, во всех изученных концентрациях. Следовательно, холестерин не обладает антибактериальным действием на E. сoli.
В присутствии холестерина удлиняется фаза экспоненциального роста штаммов, что задерживает начало стационарной фазы. При культивировании E. сoli в мясо-пептонном бульоне без холестерина фаза стационарного роста начинается через 6 ч, а в присутствии разных концентраций холестерина – через 18 ч (рисунок). Подобная ситуация может быть обусловлена переключением ряда метаболических путей, когда
Рис. Кинетика роста E. сoli в присутствии разных концентраций холестерина
происходит увеличение экспрессии генов, кодирующих синтез ферментов, метаболизирующих холестерин.
При изучении биопленкообразующей активности установлено ее увеличение при культивировании E. сoli с холестерином в концентрации 3 ммоль/л – 0,55 ± 0,03 у.е. (в контрольных пробах – 0,30 ± 0,03 у.е.; p < 0,05). При увеличении концентрации холестерина способность E. сoli к образованию биопленки существенно не меняется.
При проведении корреляционного анализа показано наличие прямой связи между концентрацией холестерина и уровнем биомассы (r = 0,69) и обратной связи между концентрацией холестерина и выраженностью биопленкообразующей активности E. сoli (r = –0,71). Можно предположить, что при высокой концентрации холестерина микроорганизм переключает свой метаболизм, когда снижается синтез полисахаридов, необходимых для образования матрикса биопленки. В то же время в такой ситуации наблюдается избыточное накопление биомассы E. сoli. Более того, показано, что утилизация липидов и холестерина микроорганизмами лежит в основе нарушения функционирования гистогематических барьеров [4].
ВЫВОДЫ
Таким образом, в проведенном исследовании показана способность E. сoli метаболизировать человеческий холестерин, который, возможно, используется при формировании новых клеток микроорганизма.
Результаты исследования могут быть использованы для поиска и разработки способов коррекции содержания холестерина в крови с целью повышения эффективности лечения дислипидемических нарушений.
Об авторах
Лилия Павловна Быкова
Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера
Автор, ответственный за переписку.
Email: AGodovalov@gmail.com
доцент кафедры микробиологии и вирусологии
Россия, 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская 26Яков Павлович Трапезников
Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера
Email: AGodovalov@gmail.com
студент лечебного факультета
Россия, 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская 26Анатолий Петрович Годовалов
Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера
Email: AGodovalov@gmail.com
в.н.с
Россия, 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская 26Список литературы
- Годовалов А.П., Быкова Л.П., Бадыков И.И. Холестеринметаболизирующая активность клинических штаммов Candida albicans. Боткинские чтения: материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб. 2017; 52–53.
- Трапезников Я.П., Быкова Л.П., Годовалов А.П. Холестеринметаболизирующая активность Staphylococcus aureus. Материалы I Российского микробиологического конгресса. Пущино 2017; 129.
- Хамагаева И.С., Цыбикова А.Х., Замбалова Н.А. Исследование холестеринметаболизирующих свойств пробиотических микроорганизмов. Молочная промышленность 2011; 10: 56.
- Loh L.N., McCarthy E.M.C., Narang P., Khan N.A., Ward T.H. Escherichia coli K1 utilizes host macropinocytic pathways for invasion of brain microvascular endothelial cells. Traffic 2017; 18(11): 733–746.
- O'Toole G.A. Microtiter dish biofilm formation assay. J Vis Exp 2011; 47: 2437.
- Wilkison W.O., Bellr R.M. sn-Glycerol-3-phosphate acyltransferase from Escherichia coli. Biochimica et Biophysica Acta 1997; 1348: 3–9.
Дополнительные файлы
