antibioticsАнтибиотики и ХимиотерапияAntibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy0235-2990ООО «Издательство ОКИ»10.37489/0235-2990-2023-68-7-8-11-16antibiotics-1058Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИExperimental ResearchАнализ механизмов антибактериального действия экстрактов лекарственных растений с использованием системы двойных репортеров Dualrep2Analysis of Antibacterial Action Mechanisms of Medicinal Plant Extracts Using Dual Reporter System Dualrep2https://orcid.org/0000-0003-0606-6740БаймиевАл. Х.BaymievA. Кh.

Баймиев Алексей Ханифович — д. б. н., заведующий лабораторией биоинженерии растений и микроорганизмов; профессор кафедры фундаментальной и прикладной микробиологии 

пр-кт Октября, д. 71., г. Уфа, Республика Башконтостан

ResearcherID: R-8393-2016

 

Alexey Kh. Baymiev — D. Sc. in Biology, Head of the Laboratory of Bioengineering of Plants and Microorganisms; Professor at the Department of Fundamental and Applied Microbiology

71 Oktyabrya Ave., Ufa, 450054

ResearcherID: R-8393-2016

 

baymiev@mail.ruЧуваткинаА. К.ChuvatkinaA. К.

Чуваткина Анна Кирилловна — студент

Уфа

Anna K. Chuvatkina — Student

Ufа

ВладимироваА. А.VladimirovaA. A.

Владимирова Анастасия Андреевна — м. н. с. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Уфа

Anastasia A. Vladimirova — Junior researcher at the Laboratory of Bioengineering of Plants and Microorganisms

Ufa

МатниязовР. Т.MatniyazovR. Т.

Матниязов Рустам Тахирович — к. б. н., н. с. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Уфа

Rustam T. Matniyazov — Ph. D. in Biology, Researcher at the Laboratory of Bioengineering of Plants and Microorganisms

Ufa

МавзютовА. Р.MavzyutovА. R.

Мавзютов Айрат Радикович — д. м. н., проф., заведующий кафедрой фундаментальной и прикладной микробиологии

Уфа

Ayrat R. Mavzyutov — D. Sc. in Medicine, Professor, Head of the Department of Fundamental and Applied Microbiology

Ufa

БаймиевАн. Х.BaymievА. Kh.

Баймиев Андрей Ханифович — д. б. н., в. н. с. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов; профессор кафедры фундаментальной и прикладной микробиологии

Уфа

Andrey H. Baymiev — D. Sc. in Biology, Leading Researcher at the Laboratory of Bioengineering of Plants and Microorganisms; Professor at the Department of Fundamental and Applied Microbiology

Ufa

Институт биохимии и генетики УФИЦ РАН; ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics; Bashkir State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияBashkir State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationИнститут биохимии и генетики УФИЦ РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут биохимии и генетики УФИЦ РАН; ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences; Bashkir State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation202324122023687-81116Copyright © Баймиев А.Х., Чуваткина А.К., Владимирова А.А., Матниязов Р.Т., Мавзютов А.Р., Баймиев А.Х., 20232023Баймиев А.Х., Чуваткина А.К., Владимирова А.А., Матниязов Р.Т., Мавзютов А.Р., Баймиев А.Х.Baymiev A.К., Chuvatkina A.К., Vladimirova A.A., Matniyazov R.Т., Mavzyutov А.R., Baymiev А.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.antibiotics-chemotherapy.ru/jour/article/view/1058

Актуальность. Одной из основных проблем антибиотикотерапии является развитие резистентности у микроорганизмов. В связи с этим актуален поиск новых, природных антибиотиков, в том числе растительного происхождения. Цель. Определение механизмов антибактериального действия водных и спиртовых экстрактов лекарственных растений, собранных на территории Республики Башкортостан. Материал и методы. В качестве объектов исследования были взяты кора, корни, стебли, листья и соцветия лекарственных растений. Механизмы антибактериального действия препаратов растений определяли высокопроизводительным скринингом, используя систему двойных репортеров Dualrep2. Результаты. В результате проделанной работы были установлены механизмы антибактериального действия некоторых растительных экстрактов, полученных из свежего и высушенного сырья. Показано, что продукты спиртовой экстракции соцветий тысячелистника подавляют синтез белка, а корней и стеблей чистотела вызывают активацию SOS-системы репарации ДНК у бактерий Escherichia coli. Заключение. Полученные результаты позволяют рассматривать исследуемые экстракты лекарственных растений как основу для получения новых антибактериальных средств с определённым механизмом действия.

Background. One of the main problems of antibiotic therapy is the development of resistance in microorganisms. In this regard, the search for new natural antibiotics, including those of plant origin, is relevant. The aim of the study was the determination of antibacterial action mechanisms of aqueous and alcoholic extracts of medicinal plants collected on the territory of the Republic of Bashkortostan. Methods. The bark, roots, stems, leaves, and inflorescences of medicinal plants were selected as objects of the study. The mechanisms of antibacterial action of plant preparations were determined via high throughput screening using the Dualrep2 double reporter system. Results. The mechanisms of the antibacterial action of certain plant extracts obtained from fresh and dried raw materials were established. It has been shown that the products of alcohol extraction of yarrow inflorescences inhibit protein synthesis, while the products of celandine roots and stems cause the activation of the SOS DNA repair system in Escherichia coli bacteria. Conclusion. The results obtained allow us to consider the studied extracts of medicinal plants as a basis for obtaining new antibacterial agents with a specific mechanism of action.

антибактериальный механизмлекарственные растениярепортерыantibacterial mechanismmedicinal plantsreportersИсследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 22-24-00193, https://rscf.ru/project/22-24-00193/.ReferencesТренин А.С. Методология поиска новых антибиотиков: состояние и перспективы. Антибиотики и химиотер. 2015; 60 (7–8): 34–46Trenin A.S. Methodology of screening new antibiotics: present status and prospects. Antibiotiki i Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy. 2015; 60 (7–8): 34–46. (in Russian)Федько И.В., Китапова Р.Р., Муштоватова Л.С. Скрининговое исследование антимикробной активности некоторых растений из флоры Сибири. Медицинский вестник Башкортостана. 2016; 11 (5) (65): 117–119.Fedko I.V., Kitapova R.R., Mushtovatova L.S. Screening study of antimicrobial activity of some plants from the Siberia flora. Meditsinskii Vestnik Bashkortostana. 2016; 11 (5) (65): 117–119. (in Russian)Тапальский Д.В., Тапальский Ф.Д. Антибактериальная активность официальных лекарственных растений в отношении экстремально-антибиотико-резистентных грамотрицательных бактерий. Проблемы здоровья и экологии. 2015. 4 (46): 69–74.Tapalski D.V., Tapalski F.D. The antibacterial activity of officinal herbs in regard to extensively antibiotic-resistant gram-negative rods. Problemy Zdorov'ya i Ekologii. 2015; 4 (46): 69–74. (in Russian)Самбукова Т.В., Овчинников Б.В., Ганапольский В.П., Ятманов А.Н., Шабанов П.Д. Перспективы использования фитопрепаратов в современной фармакологии. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2017; 15 (2): 56–63. doi: https://doi.org/10.17816/RCF15256-63Sambukova T.V., Ovchinnikov B.V., Ganapolskii V.P., Yatmanov A.N., Shabanov P.D. Prospects for phytopreparations (botanicals) use in modern pharmacology. Obzory po Klinicheskoi Farmakologii i Lekarstvennoi Terapii. 2017; 15 (2): 56–63. doi: https://doi.org/10.17816/RCF15256-63. (in Russian)Терехов С.С., Остерман И.А., Смирнов И.В. Высокопроизводительный скрининг природного биоразнообразия с целью поиска новых антибиотиков. Acta Naturae. 2018; 10 (3) (38): 24–30.Terekhov S.S., Osterman I.A., Smirnov I.V. Vysokoproizvoditel'nyi skrining prirodnogo bioraznoobraziya s tsel'yu poiska novykh antibiotikov. Acta Naturae. 2018; 10 (3) (38): 24–30. (in Russian)Сергиев П.В., Остерман И.А., Головина А.Я., Андреянова Е.С., Лаптев И.Г., Плетнев Ф.И. и др. Высокопроизводительная платформа для скрининга новых ингибиторов биосинтеза белка. Вестник Московского университета. сер. 2. Химия. 2015; 56 (6): 405–408.Sergiev P.V., Osterman I.A., Golovina A.Ya., Andreyanova E.S., Laptev I.G., Pletnev P.I. High throughput screening platform for new inhibitors of protein synthesis. Vestnik Moscow University Chemistry Bulletin. 2015; 56 (6): 405–408. (in Russian)Кьосев П.А. Лекарственные растения: самый полный справочник. М.: Эксмо; 2011.K'osev P.A. Lekarstvennye rasteniya: samyi polnyi spravochnik. Moscow: Eksmo, 2011. (in Russian).Цугленок Г.И., Худоногова Е.Г. Коэффициент выхода активно действующих веществ лекарственных растениях. Вестник КрасГАУ. 2006. 11: 213–216Tsuglenok G.I., Khudonogova E.G. Koeffitsient vykhoda aktivno deistvuyushchikh veshchestv lekarstvennykh rasteniyakh. Vestnik KrasGAU. 2006; 11: 213–216. (in Russian)Колдаев В.М., Зориков П.С., Бездетко Г.Н. Физико-химические свойства настоек на свежих и высушенных листьях лекарственных растений. Тихоокеанский медицинский журнал. 2013; 2: 94–96.Koldaev V.M., Zorikov P.S., Bezdetko G.N. Fiziko-khimicheskie svoistva nastoek na svezhikh i vysushennykh list'yakh lekarstvennykh rastenii. Tikhookeanskii Meditsinskii Zhurnal. 2013; 2: 94–96. (in Russian)Ершова И.Б., Осипова Т.Ф. Общие требования к приготовлению настоек, отваров. Дозирование фитопрепаратов. Актуальная инфектология. 2016; 13 (12): 123–127. doi: https://doi.org/10.22141/2312- 413x.3.12.2016.81727.Ershova I.B., Osipova T.F. General Requirements to the Preparation of Tinctures, Decoctions. Dosage of Phytopreparations. Actual Infectology. 2016; 3 (12): 123–127. doi: https://doi.org/10.22141/ 2312-413x.3.12.2016.81727. (in Russian)Остерман И.А. Поиск и изучение новых антибиотиков ингибиторов синтеза белка: Дисс. док. хим. наук. М.: 2018.Osterman I.A. Poisk i izuchenie novykh antibiotikov ingibitorov sinteza belka. [dissertation] Moscow: 2018. (in Russian)Буданова Е.В., Горленко К.Л., Киселев Г.Ю. Вторичные метаболиты растений: механизмы антибактериального действия и перспективы применения в фармакологии. Антибиотики и химиотер. 2019; 64 (5–6): 69–76. doi: https://doi.org/10.24411/0235-2990-2019-100034.Budanova E.V., Gorlenko K.L., Kiselev G.Yu. Secondary plant metabolites: mechanisms of antibacterial action and perspectives of application in pharmacology. Antibiotiki i Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy. 2019; 64 (5–6): 69–76. doi: https://doi.org/10.24411/0235-2990-2019- 100034. (in Russian)Slavokhotova A.A., Rogozhin E.A. Defense Peptides From the α-Hairpinin Family Are Components of Plant Innate Immunity. Front Plant Sci. 2020; 11: 465. doi: 10.3389/fpls.2020.00465.Slavokhotova A.A., Rogozhin E.A. Defense Peptides From the α-Hairpinin Family Are Components of Plant Innate Immunity. Front Plant Sci. 2020; 11: 465. doi: 10.3389/fpls.2020.00465.Travin D.Y., Watson Z.L., Metelev M., Ward F.R., Osterman I.A., Khven I.M., Khabibullina N.F., Serebryakova M., Mergaert P., Polikanov Y.S., Cate J.H.D., Severinov K. Structure of ribosome-bound azole-modified peptide phazolicin rationalizes its species-specific mode of bacterial translation inhibition. Nat Commun. 2019; 10: 4563. doi: 10.1038/s41467- 019-12589-5.Travin D.Y., Watson Z.L., Metelev M., Ward F.R., Osterman I.A., Khven I.M., Khabibullina N.F., Serebryakova M., Mergaert P., Polikanov Y.S., Cate J.H.D., Severinov K. Structure of ribosome-bound azole-modified peptide phazolicin rationalizes its species-specific mode of bacterial translation inhibition. Nat Commun. 2019; 10: 4563. doi: 10.1038/s41467- 019-12589-5.Roger T., Pierre-Marie M., Igor V., Patrick V. Phytochemical screening and antibacterial activity of medicinal plants used to treat typhoid fever in Bamboutos division, West Cameroon. J Appl Pharm Sci. 2015; 5 (06): 034–049.Roger T., Pierre-Marie M., Igor V., Patrick V. Phytochemical screening and antibacterial activity of medicinal plants used to treat typhoid fever in Bamboutos division, West Cameroon. J Appl Pharm Sci. 2015; 5 (06): 034–049.Zhang Y.-M., Rock C.O. Evaluation of epigallocatechin gallate and related plant polyphenols as inhibitors of the FabG and FabI reductases of bacterial type II fatty-acid synthase. J Biol Chem. 2004; 279: 30994–31001. doi: 10.1074/jbc.M403697200.Zhang Y.-M., Rock C.O. Evaluation of epigallocatechin gallate and related plant polyphenols as inhibitors of the FabG and FabI reductases of bacterial type II fatty-acid synthase. J Biol Chem. 2004; 279: 30994–31001. doi: 10.1074/jbc.M403697200.Paiva P.M.G., Gomes F.S., Napoleão Th. Antimicrobial activity of secondary metabolites and lectins from plants. Curr Res Technol Educ Top Appl Microbiol Microb Biotechnol. 2010; 396–406.Paiva P.M.G., Gomes F.S., Napoleão Th. Antimicrobial activity of secondary metabolites and lectins from plants. Curr Res Technol Educ Top Appl Microbiol Microb Biotechnol. 2010; 396–406.Pommier Y. Topoisomerase I inhibitors: camptothecins and beyond. Nat Rev Cancer. 2006; 6: 789–802. doi: 10.1038/nrc1977.Pommier Y. Topoisomerase I inhibitors: camptothecins and beyond. Nat Rev Cancer. 2006; 6: 789–802. doi: 10.1038/nrc1977.

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