Влияние метаболитов микроорганизмов многолетнемерзлых пород на синтез цитокинов мононуклеарными клетками периферической крови человека in vitro

Вечная мерзлота является уникальной экосистемой, характеризующейся стабильно отрицательными температурами и в которой микроорганизмы могут находиться в состоянии гипометаболизма или анабиоза на протяжении геологического времени. Известно, что микроорганизмы занимают широкий ареал обитания благодаря наличию полифункциональных систем адаптации и коммуникации. Одним из проявлений данных систем является выработка вторичных метаболитов (МБ), в состав которых входят сигнальные молекулы, не имеющие строгой видовой специфичности. Биологическая активность сигнальных молекул в значительной степени зависит от количества бактериальных клеток и температуры их культивирования.

В данной работе использованы вторичные метаболиты Bacillus sp. из вечной мерзлоты, полученные при различных температурах культивирования микроорганизмов (при -5 °C – «холодовые» МБ и при 37 °C – «тепловые» МБ) в дозах 0,05 × 106 (малая доза) микробных клеток (м.кл.) в мл физиологического раствора или 500 × 106 (высокая доза) м.кл./мл. Оценено влияние МБ Bacillus sp. на продукцию TNFα, IL-1β, IL-8, IL-2, IFNγ, IL-4, IL-10 мононуклеарными клетками периферической крови (МНК) человека в супернатантах 24-часовых клеточных культур методом ИФА с использованием тест-системы «ВекторБЕСТ» (Россия) на спектрофотометре LUCY-2 (ANTHOS) (Австрия) согласно рекомендациям производителя.

Установлено, что по сравнению с контролем под влиянием МБ Bacillus sp. вне зависимости от температуры их получения и дозы бактерий активность синтеза МНК человека основного спектра цитокинов достоверно возросла (p < 0,01 для всех показателей), за исключением IL-8, уровень которого не отличался от контрольного под влиянием высокой дозы «тепловых» МБ. По сравнению с ФГА синтез цитокинов МНК зависел от дозы и температуры получения МБ. Так, под влиянием «тепловых» МБ уровень TNFα был достоверно ниже его уровня под влиянием ФГА не зависимо от дозы. Уровень IL-8 был снижен относительно ФГА под влиянием метаболитов от 500 × 106 м.кл. вне зави- симости от температуры их получения. Сравнение между собой влияния «тепловых» и «холодовых» МБ Bacillus sp. показало, что малые дозы «холодовых» метаболитов в большей степени стимулируют синтез провоспалительных цитокинов (TNFα, IL-1β, IL-8, IFNγ). Высокие дозы «тепловых» метаболитов Bacillus sp. в большей степени активируют МНК человека на синтез противовоспалительных цитокинов (IL- 4 и IL-10). Учитывая, что TNFα, IL-1β и IL-10 являются цитокинами системного действия, ответственными не только за активацию системы иммунитета, а также мобилизацию других регуляторных систем организма, можно в перспективе рассматривать возможность использования вторичных метаболитов микроорганизмов многолетнемерзлых пород в качестве субстрата для разработки новых иммуномодуляторов и адаптогенов.

1. Brushkov A.V., Melnikov V.P., Shchelchkova M.V., Griva G.I., Repin V.E., Brenner E.V., Tanaka M. Biogeochemistry of frozen rocks of Central Yakutia. Earth’s Cryosphere (Russia), 2011, Vol. 15, no. 4, pp. 90-100. (In Russ.)

2. Budchanov Yu.I. Hormones and mediators of the immune system. Regulation of the immune response. Tver: Publishing house of Tver State Medical Academy, 2008. 10 р.

3. Chernykh E.R., Leplina O.Yu., Tikhonova М.A., Paltzev A.V., Ostanin А.А. Cytokine Balance in Systemic Inflammation: a new target for immunotherapy of sepsis. Medical Immunology (Russia), 2001, Vol. 3, no. 3, pp. 415-429. (In Russ.)

4. El-Registan G.I., Mulyukin A..L, Nikolaev Yu.A., Galchenko V.F., Suzina N.E., Duda V.I. Adaptogenic functions of extracellular autoregulators of microorganisms. Microbiology, 2006, Vol. 75, no. 4, pp. 380-389. (In Russ.)

5. Erin K., Shiner А., Kendra P. Interkingdom signaling: deciphering the language of acylhomoserine lactones. Microbiol. Rev., 2005, Vol. 29, pp. 935-947.

6. Kalenova L.F., Bazhin A.S., Novikova M.A. Effects of metabolites of bacteria Bacillus sp. from permafrost on speed repair of skin wound. Journal of New Medical Technologies, 2014, Vol. 21, no. 4, pp. 53-61. (In Russ.)

7. Kalenova L.F., Subbotin A.M., Bazhin A.S. Influence of bacteria from perennial frozen species of different geological age on the immune system. Journal of New Medical Technologies, eEdition, 2013, 1. Available at: http://elibrary.ru/download/39510323.pdf.

8. Kalyonova L.F., Novikova M.A., Subbotin A.M., Bazhin A.S. Effects of temperature on biological activity of permafrost microorganisms. Bull. Exp. Biol. Med., 2015, Vol. 158, no. 6, pp. 772-775.

9. Karaevskaya E.S., Demidov N.E., Shmelev D.G., Rivkina E.M., Bulat S.A. The study of the bacterial communities in the Antarctic Oases’ permafrost by means of culturing. Arctic and Antarctic Research, 2017, Vol. 2, no. 112, pp. 27-42. (In Russ.)

10. Kolyvanova S.S., Solovyov V.S., Kalyonova L.F. The influence of bacterial strains of the genus Bacillus isolated from Permafrost of different geological age on the immunological parameters of laboratory animals. Russian Journal of Immunology, 2015, Vol. 9 (18), no. 3 (1), pp. 105-107. (In Russ.)]

11. Levin B.R., Rozen D.E. Non-nherited antibiotic resistance. Nat. Rev. Microbiol., 2006, Vol. 4, pp. 556-562.

12. Nikolaev Yu.A. Autoregulation of the stress response of microorganisms: DocSci. Dissertation Abstract, Biology. Moscow, 2011. 50 р. (In Russ.)

13. Shherbakova V.A. Anaerobic bacteria and archaea in permafrost deposits of the Arctic: DocSci. Dissertation Abstract, Biology. Mosсow, 2018. 48 р. (In Russ.)

14. Surkova E.A., Kuzubova N.A., Ses T.P., Totolian Areg A. Features of cytokine-mediated regulation of focal and systemic inflammation in cOPD. Medical Immunology (Russia), 2010, Vol. 12, no. 4-5, pp. 349-354. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2010-4-5-349-354.

15. Titova Zh.V., Bodienkova G.M. Cytokine net role in mechanisms of neuroimmune interaction (literature review). Acta Biomedica Scientifica, 2013, Vol. 2, no. 90, pp. 171-175. (In Russ.)