mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-2018-1-107-114mimmun-1437Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSДЕЙСТВИЕ ПРОЛИН-БОГАТЫХ ПЕПТИДОВ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА НА АНТИБИОТИКОУСТОЙЧИВЫЕ ШТАММЫ БАКТЕРИЙEFFECTS OF PROLINE-RICH PEPTIDES OF THE INNATE IMMUNE SYSTEM ON DRUG-RESISTANT BACTERIAL STRAINSЖарковаМ. С.ZharkovaM. S.

к.б.н., научный сотрудник

PhD (Biology), Research Associate

oshamova@yandex.ruКопейкинП. М.KopeykinP. M.

аспирант, младший научный сотрудник

Postgraduate student, Junior Research Associate

oshamova@yandex.ruАфиногеновГ. Е.AfinogenovG. E.

д.м.н., профессор, профессор кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии

PhD, Dr. of Sci. (Medicine), MD, Professor, Dentistry Department

oshamova@yandex.ruОрловД. С.OrlovD. S.

к.м.н., доцент, заведующий лабораторией ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»; доцент кафедры биохимии, Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

PhD (Medicine), Associate Professor, Head of Laboratory, Institute of Experimental Medicine; Associate Professor, Department of Biochemistry, St. Petersburg State University

oshamova@yandex.ruАртамоновА. Ю.ArtamonovA. Yu.

к.б.н., научный сотрудник

PhD (Biology), Research Associate

oshamova@yandex.ruСафиуллинаК. Э.SafiullinaK. E.

студент-бакалавр, Санкт- Петербургский политехнический университет Петра Великого, выполняющий работу в ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»

Bachelor student

oshamova@yandex.ruСухареваМ. С.SukharevaM. S.

студент-бакалавр, Санкт- Петербургский политехнический университет Петра Великого, выполняющий работу в ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»

Bachelor student

oshamova@yandex.ruЦветковаЕ. В.TsvetkovaE. V.

к.б.н., старший научный сотрудник ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»; доцент кафедры биохимии, Санкт-Петербургский государственный университет

PhD (Biology), Senior Research Associate, Institute of Experimental Medicine; Associate Professor, Department of Biochemistry

oshamova@yandex.ruМильманБ. Л.MilmanB. L.

д.х.н., заведующий лабораторией

PhD, Dr. of Sci. (Chemistry), Professor, Head of Laboratory

oshamova@yandex.ruАфиногеноваА. Г.AfinogenovaA. G.

д.б.н., руководитель испытательного лабораторного центра ФБУН «Санкт- Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера»; профессор кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, Санкт-Петербургский государственный университет

PhD, Dr. of Sci. (Biology), Head, Testing Laboratory Centre, St. Petersburg L. Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology; Professor, Dentistry Department, St. Petersburg State University

oshamova@yandex.ruШамоваО. В.ShamovaO. V.

д.б.н., доцент, заведующий отделом ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»; профессор кафедры биохимии, Санкт-Петербургский государственный университет

PhD, Dr. of Sci. (Biology), Associate Professor, Head of Department, Institute of Experimental Medicine; Professor, Department of Biochemistry, St. Petersburg State University

oshamova@yandex.ruФГБНУ «Институт экспериментальной медицины», Санкт-ПетербургРоссияInstitute of Experimental Medicine, St. PetersburgRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университетРоссияSt. Petersburg State University, St. PetersburgRussian FederationФГБНУ «Институт экспериментальной медицины», Санкт-Петербург; Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-ПетербургРоссияInstitute of Experimental Medicine, St. Petersburg; St. Petersburg State University, St. PetersburgRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург; ФБУН «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера», Санкт-ПетербургРоссияSt. Petersburg State University, St. Petersburg; St. Petersburg L. Pasteur Research Institute of Epidemiology and Microbiology, St. PetersburgRussian Federation201811012018201107114Copyright © Жаркова М.С., Копейкин П.М., Афиногенов Г.Е., Орлов Д.С., Артамонов А.Ю., Сафиуллина К.Э., Сухарева М.С., Цветкова Е.В., Мильман Б.Л., Афиногенова А.Г., Шамова О.В., 20182018Жаркова М.С., Копейкин П.М., Афиногенов Г.Е., Орлов Д.С., Артамонов А.Ю., Сафиуллина К.Э., Сухарева М.С., Цветкова Е.В., Мильман Б.Л., Афиногенова А.Г., Шамова О.В.Zharkova M.S., Kopeykin P.M., Afinogenov G.E., Orlov D.S., Artamonov A.Y., Safiullina K.E., Sukhareva M.S., Tsvetkova E.V., Milman B.L., Afinogenova A.G., Shamova O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/1437

Резистентность патогенных микроорганизмов к применяемым в медицине антибиотикам в последние годы стремительно растет, повышается смертность от внутрибольничных инфекций. Поэтому поиск новых лекарственных средств для борьбы с антибиотикоустойчивыми бактериями является одной из первоочередных задач биомедицины. Есть все основания считать, что природные соединения, содержащиеся в защитных клетках человека и животных, могут послужить прототипами принципиально новых антибиотических препаратов. К таким соединениям относятся антимикробные пептиды врожденного иммунитета, в частности группа пролин-богатых пептидов. Целью данной работы явилось исследование антимикробной активности пролин-богатых пептидов семейства бактенецинов в отношении ряда клинических изолятов антибиотикоустойчивых грамотрицательных бактерий. Объектами исследования послужили бактенецины, обнаруженные ранее в лейкоцитах домашней козы Capra hircus: ChBac3.4, ChBac5, miniChBac7.5Nα, miniChBac7.5Nβ. Установлено, что химически синтезированные нами аналоги этих пептидов проявляют выраженную антимикробную активность в отношении Escherichia coli и Acinetobacter baumannii (минимальные ингибирующие концентрации (МИК), определенные методом серийных разведений в жидкой питательной среде, находились в пределах 1-4 мкМ) и в несколько меньшей степени в отношении Pseudomonas aeruginosa и Klebsiella pneumoniae (МИК – 2-16 мкМ) in vitro. Показано, что антибактериальная активность пептидов может повышаться при их совместном использовании с антибиотиками, применяемыми в медицине. Выявлен синергический эффект при действии бактенецина mini-ChBac7.5Nα в комбинации с амикацином на E. coli (минимальный индекс фракционной ингибирующей концентрации (иФИК) – 0,375), A. baumannii (иФИК 0,5) и K. pneumoniae (иФИК – 0,325), а также с офлоксацином – на K. pneumoniae (иФИК – 0,5). Важной характеристикой исследуемых пептидов является отсутствие у этих соединений гемолитической активности в отношении эритроцитов человека при применении их в концентрациях, в несколько раз превышающих антимикробные. Полученные данные свидетельствуют о перспективности дальнейшего исследования рассматриваемых пролин-богатых пептидов и их структурных модификаций для разработки на основе этих соединений новых комбинированных лекарственных средств для борьбы с антибиотикоустойчивыми микроорганизмами: различных препаратов местного применения, компонентов изделий медицинского назначения, в частности венозных катетеров, стентов, а также раневых покрытий.

 

Resistance of pathogenic microorganisms to conventional antibiotics is growing rapidly in recent years, accompanying with an increase of mortality caused by hospital-acquired infections. Therefore, a search for novel drugs to combat antibiotic resistant bacteria is one of the priorities in biomedicine. Natural compounds which are contained in host defense effector cells of humans and animals, may serve as prototypes for developing principally new antibiotics. Such compounds include antimicrobial peptides of innate immunity, in particular, a group of proline-rich peptides. The aim of this work was to evaluate antimicrobial activity of proline-rich peptides, belonging to bactenecins family, against several clinical isolates of drug-resistant Gram-negative bacteria. The bactenecins under examination (ChBac3.4, ChBac5, mini-ChBac7.5Nα, miniChBac7.5Nβ) have been previously found in leukocytes of a domestic goat Capra hircus. We have shown that chemically synthesized analogs of these peptides exhibited a pronounced in vitro antimicrobial activity against Escherichia coli and Acinetobacter baumannii (minimum inhibitory concentrations (MIC) as estimated by a broth microdilution assay varied between 1 to 4 µM) and, to a lesser degree, against Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumoniae (MIC 2-16 µM). It was revealed that antibacterial activity of these peptides may be increased if applied in combination with some conventional, antibiotics. E.g., synergistic antimicrobial effects against E. coli have been shown for mini-ChBac7.5Nα bactenecin combined with amikacin (minimal fractional inhibitory concentration index (FICI), 0.375), A. baumannii (FICI, 0.5), and K. pneumoniae (FICI, 0.325), and, using ofloxacin, towards K. pneumoniae (FICI 0.5). Lack of hemolytic activity towards human red blood cells is an important benefit of the studied peptides when used at concentrations several times higher than those showing antimicrobial effects. The data obtained presume certain prospects for further investigations of proline-rich peptides, as well as their structural modifications, for the development of new combined drugs based on these compounds, in order to combat antibiotic-resistant microorganisms, e.g., medications for local applications, various components of medical devices, in particular, venous catheters, stents and wound dressings.

 

врожденный иммунитетантибиотикорезистентные бактериипролин-богатые пептидыбактенециныinnate immunitydrug-resistant bacteriaproline-rich peptidesbactenecinsReferencesЖаркова М.С., Орлов Д.С., Коряков В.Н., Шамова О.В. Антимикробные пептиды млекопитающих: классификация, биологическая роль, перспективы практического применения // Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2014. Вып. 1. C. 98-114. [Zharkova M.S., Orlov D.S., Kokryakov V.N., Shamova O.V. Mammalian antimicrobial peptides: classification, biological role, perspectives of practical use. Vestnik SPbGU. = Bulletin of St. Petersburg State University. Biology, 2014, Iss. 1, pp. 98-114. (In Russ.)]Жаркова М.С., Орлов Д.С., Коряков В.Н., Шамова О.В. Антимикробные пептиды млекопитающих: классификация, биологическая роль, перспективы практического применения // Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2014. Вып. 1. C. 98-114. [Zharkova M.S., Orlov D.S., Kokryakov V.N., Shamova O.V. Mammalian antimicrobial peptides: classification, biological role, perspectives of practical use. Vestnik SPbGU. = Bulletin of St. Petersburg State University. Biology, 2014, Iss. 1, pp. 98-114. (In Russ.)]Кудряшов Б.А., Ляпина Л.А., Мазинг Ю.А. Кокряков В.Н., Кондашевская М.В., Шамова О.В. Действие дефенсина на процесс заживления асептической кожной раны и на проницаемость кровеносных сосудов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1990. Т. 59, № 4. С. 391-393. [Kudriashov B.A., Kondashevskaia M.V., Liapina L.A., Kokriakov V.N., Mazing Yu.A., Shamova O.V. Effect of defensin on the process of healing of aseptic skin wound and on the permeability of blood vessels. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 1990, Vol. 59, Iss. 4, pp. 391-393. (In Russ.)]Кудряшов Б.А., Ляпина Л.А., Мазинг Ю.А. Кокряков В.Н., Кондашевская М.В., Шамова О.В. Действие дефенсина на процесс заживления асептической кожной раны и на проницаемость кровеносных сосудов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1990. Т. 59, № 4. С. 391-393. [Kudriashov B.A., Kondashevskaia M.V., Liapina L.A., Kokriakov V.N., Mazing Yu.A., Shamova O.V. Effect of defensin on the process of healing of aseptic skin wound and on the permeability of blood vessels. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 1990, Vol. 59, Iss. 4, pp. 391-393. (In Russ.)]Черныш С.И., Гордя Н.А. Антимикробное вещество // Патент РФ 2447896. Заявка: 2010146289/15,Черныш С.И., Гордя Н.А. Антимикробное вещество // Патент РФ 2447896. Заявка: 2010146289/15,11.2010. Опубликовано: 20.04.2012. Бюл. № 11. 27 с. [Chernysh S.I., Gordya N.A. Antimicrobial substance. Patent of the Russian Federation 2447896. Application: 2010146289/15, 15.11.2010]. Published: 20.04.2012. Bulletin No. 11. 27 p.11.2010. Опубликовано: 20.04.2012. Бюл. № 11. 27 с. [Chernysh S.I., Gordya N.A. Antimicrobial substance. Patent of the Russian Federation 2447896. Application: 2010146289/15, 15.11.2010]. Published: 20.04.2012. Bulletin No. 11. 27 p.Шамова О.В., Орлов Д.С., Жаркова М.С., Баландин С.В., Ямщикова Е.В., Кнаппе Д., Хоффманн Р., Кокряков В.Н., Овчинникова Т.В. Минибактенецины ChBac7.5N-альфа и ChBac7.5N-бета – антимикробные пептиды из лейкоцитов козы Capra hircus // Acta Naturae, 2016. Т. 8, № 3 (30). С. 108-118. [Shamova O.V., Orlov D.S., Zharkova M.S., Balandin S.V., Yamschikova E.V., Knappe D., Hoffmann R., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V. Minibactenecins ChBac7.Nα and ChBac7.Nβ – antimicrobial peptides from leukocytes of the goat Capra hircus. Acta Naturae, 2016, Vol. 8, no. 3 (30), pp. 136-146.Шамова О.В., Орлов Д.С., Жаркова М.С., Баландин С.В., Ямщикова Е.В., Кнаппе Д., Хоффманн Р., Кокряков В.Н., Овчинникова Т.В. Минибактенецины ChBac7.5N-альфа и ChBac7.5N-бета – антимикробные пептиды из лейкоцитов козы Capra hircus // Acta Naturae, 2016. Т. 8, № 3 (30). С. 108-118. [Shamova O.V., Orlov D.S., Zharkova M.S., Balandin S.V., Yamschikova E.V., Knappe D., Hoffmann R., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V. Minibactenecins ChBac7.Nα and ChBac7.Nβ – antimicrobial peptides from leukocytes of the goat Capra hircus. Acta Naturae, 2016, Vol. 8, no. 3 (30), pp. 136-146.Antibacterial peptide protocols. in: Methods in Molecular Biology, Vol. 78, 1997. Ed. Shafer W., Totowa, N.J.: Humana Press Inc., 1997. 259 p.Antibacterial peptide protocols. in: Methods in Molecular Biology, Vol. 78, 1997. Ed. Shafer W., Totowa, N.J.: Humana Press Inc., 1997. 259 p.Benincasa M., Scocchi M., Podda E., Skerlavaj B., Dolzani L., Gennaro R. Antimicrobial activity of Bac7 fragments against drug-resistant clinical isolates. Peptides, 2004, Vol. 25, Iss. 12, pp. 2055-2061.Benincasa M., Scocchi M., Podda E., Skerlavaj B., Dolzani L., Gennaro R. Antimicrobial activity of Bac7 fragments against drug-resistant clinical isolates. Peptides, 2004, Vol. 25, Iss. 12, pp. 2055-2061.Chan Y., Gallo R. PR-39, a syndecan-inducing antimicrobial peptide, binds and affects p130(Cas). J. Biol. Chem., 1998, Vol. 273, pp. 28978-28985.Chan Y., Gallo R. PR-39, a syndecan-inducing antimicrobial peptide, binds and affects p130(Cas). J. Biol. Chem., 1998, Vol. 273, pp. 28978-28985.Kokryakov V.N., Harvig S.S.L., Panyutich E.A., Shevchenko A.A., Aleshina G.V., Shamova O.V., Korneva E.A., Lehrer R.I. Protegrins: leukocyte antimicrobial peptides that combine features of corticostatic defensins and tachyplesins. FEBS Letters, 1993, Vol. 327, Iss. 2, pp. 231-236.Kokryakov V.N., Harvig S.S.L., Panyutich E.A., Shevchenko A.A., Aleshina G.V., Shamova O.V., Korneva E.A., Lehrer R.I. Protegrins: leukocyte antimicrobial peptides that combine features of corticostatic defensins and tachyplesins. FEBS Letters, 1993, Vol. 327, Iss. 2, pp. 231-236.Mansour S.C., Pena O.M., Hancock R.E. Host defense peptides: front-line immunomodulators. Trends Immunol., 2014, Vol. 35, Iss. 9, pp. 443-450.Mansour S.C., Pena O.M., Hancock R.E. Host defense peptides: front-line immunomodulators. Trends Immunol., 2014, Vol. 35, Iss. 9, pp. 443-450.Mardirossian M., Grzela R., Giglione C., Meinnel T., Gennaro R., Mergaert P., Scocchi M. The host antimicrobial peptide Bac7 1-35 binds to bacterial ribosomal proteins and inhibits protein synthesis. Chem. Biol., 2014, Vol. 21, Iss. 12, pp. 1639-1647.Mardirossian M., Grzela R., Giglione C., Meinnel T., Gennaro R., Mergaert P., Scocchi M. The host antimicrobial peptide Bac7 1-35 binds to bacterial ribosomal proteins and inhibits protein synthesis. Chem. Biol., 2014, Vol. 21, Iss. 12, pp. 1639-1647.Ostorhazi E., Holub M.C., Rozgonyi F., Harmos F., Cassone M., Wade J.D., Otvos L.Jr. Broad-spectrum antimicrobial efficacy of peptide A3-APO in mouse models of multidrug-resistant wound and lung infections cannot be explained by in vitro activity against the pathogens involved. Int. J. Antimicrob. Agents, 2011, Vol. 3, Iss. 5, pp. 480-484.Ostorhazi E., Holub M.C., Rozgonyi F., Harmos F., Cassone M., Wade J.D., Otvos L.Jr. Broad-spectrum antimicrobial efficacy of peptide A3-APO in mouse models of multidrug-resistant wound and lung infections cannot be explained by in vitro activity against the pathogens involved. Int. J. Antimicrob. Agents, 2011, Vol. 3, Iss. 5, pp. 480-484.Otvos L. Jr. Antibacterial peptides isolated from insects. J. Pept. Sci., 2000, Vol. 6, Iss. 10, pp. 497-511.Otvos L. Jr. Antibacterial peptides isolated from insects. J. Pept. Sci., 2000, Vol. 6, Iss. 10, pp. 497-511.Scocchi M., Tossi A., Gennaro R. Proline-rich antimicrobial peptides: converging to a non-lytic mechanism of action. Cell. Mol. Life Sci., 2011, Vol. 68, Iss.13, pp. 2317-2330.Scocchi M., Tossi A., Gennaro R. Proline-rich antimicrobial peptides: converging to a non-lytic mechanism of action. Cell. Mol. Life Sci., 2011, Vol. 68, Iss.13, pp. 2317-2330.Shamova O.V., Brogden K.A., Zhao C., Nguen T., Turner J., Kokryakov V.N., Lehrer R.I. Purification and properties of proline-rich antimicrobial peptides from sheep and goat leukocytes. Infection and Immunity, 1999, Vol. 67, no. 8, pp. 4106-4111.Shamova O.V., Brogden K.A., Zhao C., Nguen T., Turner J., Kokryakov V.N., Lehrer R.I. Purification and properties of proline-rich antimicrobial peptides from sheep and goat leukocytes. Infection and Immunity, 1999, Vol. 67, no. 8, pp. 4106-4111.Shamova O., Orlov D., Stegemann C., Czihal P., Hoffmann R., Brogden K., Kolodkin N., Sakuta G., Tossi A., Sahl H.-G., Kokryakov V., Lehrer R.I. ChBac3.4: A novel proline-rich antimicrobial peptide from goat leukocytes. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 2009, Vol. 15, Iss. 1, pp. 31-35.Shamova O., Orlov D., Stegemann C., Czihal P., Hoffmann R., Brogden K., Kolodkin N., Sakuta G., Tossi A., Sahl H.-G., Kokryakov V., Lehrer R.I. ChBac3.4: A novel proline-rich antimicrobial peptide from goat leukocytes. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 2009, Vol. 15, Iss. 1, pp. 31-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.