Актуальность

antibiotics

Антибиотики и Химиотерапия

Antibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy

0235-2990

ООО «Издательство ОКИ»

10.37489/0235-2990-2025-70-1-2-4-11

ACWJVD

antibiotics-1218

Research Article

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Experimental Research

Ингибирующее действие гемин-полимерной системы в отношении Escherichia coli и Staphylococcus aureus

Inhibitory Effect of Hemin-Polymer System Against Escherichia coli and Staphylococcus aureus

https://orcid.org/0000-0002-0241-1482

Грузнова

О. А.

Gruznova

O. A.

Ольга Александровна Грузнова, к. б. н., старший научный сотрудник

лаборатория жидкофазного окисления; лаборатория ветеринарной санитарии

Москва

Researcher ID: AAE-1710-2022; Author ID: 852788; Scopus Author ID: 57191475353

Olga A. Gruznova, Ph. D. in Biology, Senior Researcher

Laboratory of Liquid-Phase Oxidation; Laboratory of Veterinary Sanitation

Moscow

Researcher ID: AAE-1710-2022; Author ID: 852788; Scopus Author ID: 57191475353

https://orcid.org/0000-0001-6679-9466

Грузнов

Д. В.

Gruznov

D. V.

Дмитрий Вячеславович Грузнов, к. в. н., старший научный сотрудник

лаборатория ветеринарной санитарии и экологической безопасности в пчёловодстве

Москва

Researcher ID: U-2196-2018; Author ID: 900655; Scopus Author ID: 58885769800

Dmitry V. Gruznov, Ph. D. in Veterinary Sciences, SeniorResearcher

Laboratory of Veterinary Sanitation and Ecological Safety in Beekeeping

Moscow

Researcher ID: U-2196-2018; Author ID: 900655; Scopus Author ID: 58885769800

79164422245@yandex.ru

https://orcid.org/0000-0001-6020-2534

Попов

Н. И.

Popov

N. I.

Николай Иванович Попов, д. в. н., профессор, заведующий лабораторией

лаборатория ветеринарной санитарии

Москва

Researcher ID: V-2249-2018; Author ID: 826242; Scopus Author ID: 57830275200

Nikolay I. Popov, D. Sc. in Veterinary Sciences, Professor, Head of the Laboratory

Laboratory of Veterinary Sanitation

Moscow

Researcher ID: V-2249-2018; Author ID: 826242; Scopus Author ID: 57830275200

https://orcid.org/0000-0003-1324-5341

Щербакова

Г. Ш.

Shcherbakova

G. Sh.

Гулизар Шахбановна Щербакова, к. б. н., ведущий научный сотрудник

лаборатория ветеринарной санитарии

Москва

Researcher ID: AFC-9925-2022; Author ID: 967779; Scopus Author ID: 58885769900

Gulizar Sh. Shcherbakova, Ph. D. in Biology, Leading Researcher

Laboratory of Veterinary Sanitation

Moscow

https://orcid.org/0000-0001-8641-8827

Шутеева

Е. Н.

Shuteeva

E. N.

Екатерина Николаевна Шутеева, научный сотрудник

лаборатория ветеринарной санитарии

Москва

Researcher ID: GXH-2248-2022; Author ID: 1167483

Ekaterina N. Shuteeva, Researcher

Laboratory of Veterinary Sanitation

Moscow

Researcher ID: GXH-2248-2022; Author ID: 1167483

https://orcid.org/0000-0003-4205-7630

Лобанов

А. В.

Lobanov

A. V.

Антон Валерьевич Лобанов, д. х. н., профессор, заведующий кафедрой

кафедра общей химии

Москва

Researcher ID: F-4813-2016; Author ID: 194359; Scopus Author ID: 7101957556

Anton V. Lobanov, D. Sc. in Chemistry, Professor, Head ofthe Department

Department of General Chemistry

Moscow

Researcher ID: F-4813-2016; Author ID: 194359; Scopus Author ID: 7101957556

https://orcid.org/0000-0003-4217-2022

Тюбаева

П. М.

Tyubaeva

P. M.

Полина Михайловна Тюбаева, ведущий научный сотрудник, младший научный сотрудник

Базовая кафедра химии инновационных материалов и технологий; лаборатория физико-химии композиций синтетических и природных полимеров

Москва

Researcher ID: H-2401-2019; Author ID: 941829; Scopus Author ID: 57190939102

Polina M. Tyubaeva, Leading Researcher, Junior Researcher

Academic Department of Innovational Materials and Technologies Chemistry; Department of Biological and Chemical Physics of Polymers

Moscow

Researcher ID: H-2401-2019; Author ID: 941829; Scopus Author ID: 57190939102

https://orcid.org/0000-0002-7174-9102

Варьян

И. А.

Varyan

I. A.

Иветта Арамовна Варьян, младший научный сотрудник, инженер

лаборатория физико-химии композиций синтетических и природных полимеров; Центр коллективного пользования

Москва

Researcher ID: F-7913-2017; Author ID: 1059857; Scopus Author ID: 57190939993

Ivetta A. Varyan, Junior Researcher, Еngineer

Department of Biological and Chemical Physics of Polymers; Joint research center «Scientific equipment»

Moscow

Researcher ID: F-7913-2017; Author ID: 1059857; Scopus Author ID: 57190939993

https://orcid.org/0000-0003-0615-6914

Ольхов

А. А.

Olkhov

A. A.

Анатолий Александрович Ольхов, д. х. н., доцент, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией

научная лаборатория «Перспективные композиционные материалы и технологии»; Лаборатория диффузионных явлений в полимерных системах

Москва

Researcher ID: F-9265-2017; Author ID: 47048. Scopus Author ID: 6602363287

Anatoly A. Olkhov, D. Sc. in Chemistry, Associate Professor,Leading Researcher, Head of the Laboratory

Scientific Laboratory of Advanced Composite Materials and Technologies; Laboratory of Diffusion Phenomena in Polymer Systems

Moscow

Researcher ID: F-9265-2017; Author ID: 47048. Scopus Author ID: 6602363287

ФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова Российской академии наук; Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии — филиал ФГБНУ Федеральный научный центр Всероссийский институт экспериментальной ветеринарии РАНРоссияN. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, RAS; All-Russian Research Institute of Veterinary Sanitation, Hygiene and Ecology — Branch of the Federal Scientific Center — K. I. Skryabin, Ya. R. Kovalenko All-Russian Research Institute of Experimental Veterinary Medicine, RASRussian Federation

Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии — филиал ФГБНУ Федеральный научный центр Всероссийский институт экспериментальной ветеринарии РАНРоссияAll-Russian Research Institute of Veterinary Sanitation, Hygiene and Ecology — Branch of the Federal Scientific Center — K. I. Skryabin, Ya. R. Kovalenko All-Russian Research Institute of Experimental Veterinary Medicine, RASRussian Federation

ФГБОУ ВО «Московский педагогический государственный университет»РоссияMoscow Pedagogical State UniversityRussian Federation

ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова»; ФГБУН Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наукРоссияPlekhanov Russian University of Economics; Emanuel Institute of Biochemical Physics, RASRussian Federation

ФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова Российской академии наук; ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова»РоссияN. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, RAS; Plekhanov Russian University of EconomicsRussian Federation

2025

09062025

701-2411

2025

Грузнова О.А., Грузнов Д.В., Попов Н.И., Щербакова Г.Ш., Шутеева Е.Н., Лобанов А.В., Тюбаева П.М., Варьян И.А., Ольхов А.А.

Gruznova O.A., Gruznov D.V., Popov N.I., Shcherbakova G.S., Shuteeva E.N., Lobanov A.V., Tyubaeva P.M., Varyan I.A., Olkhov A.A.

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/1218

Актуальность

Актуальность. Раневые инфекции бактериальной этиологии являются социально-значимой проблемой. Отсутствие рациональной антибиотикотерапии может приводить к учащению случаев появления резистентных штаммов микроорганизмов. В связи с этим, поиск подходов к решению данной задачи представляется актуальным.

Цель

Цель. Изучить ингибирующее действие порфирин-полимерной системы — гемин-поли (3-гидроксибутират) (гемин-ПГБ) в отношении Escherichia coli и Staphylococcus aureus, играющих значительную роль в развитии гнойно-воспалительных процессов.

Материал и методы

Материал и методы. Чистоту гемина подтверждали в сравнении с аналитическим стандартом с помощью электронной абсорбционной спектроскопии. Систему гемин-ПГБ получали методом электроформования. Морфология гемин-полимерной системы была определена методом сканирующей электронной микроскопии. Антибактериальную активность гемин-ПГБ (с содержанием 1, 3 и 5 % гемина) оценивали в отношении тест-культур Escherichia coli (штамм 1257) и Staphylococcus aureus (штамм 209-Р) в разведениях 104–107 КОЕ/мл путём измерения зоны задержки роста бактерий.

Результаты

Результаты. Установлено, что введение металлокомплекса гемина в полимерную матрицу приводило к изменению геометрических параметров волокон полигидроксибутирата, что являлось следствием уплотнения и анизотропии нетканого волокнистого материла. Антибактериальная активность гемин-ПГБ находилась в прямой зависимости от процентного содержания гемина в полимере. Существенное ингибирующее действие оказывал ПГБ с 5 % гемина. S. aureus проявил более высокую (в среднем на 10 %) чувствительность к гемину, по сравнению с E. coli.

Заключение

Заключение. Варьирование содержания гемина в ПГБ сказывается на его структурных и функциональных свойствах. Волокна ПГБ с содержанием 5 % гемина подавляет рост грамотрицательных и грамположительных бактерии — E. coli и S. aureus. Полученная порфирин-полимерная система может быть рекомендована для использования в качестве антисептического материала при обработке ран.

Background

Background. Wound infections of bacterial etiology are a socially significant problem. The lack of rational antibiotic therapy can lead to an increase in the emergence of resistant strains of microorganisms. Thus, the search for approaches to solving this problem seems relevant.

Aim

Aim. To study the inhibitory effect of the porphyrin-polymer system — heminpoly (3-hydroxybutyrate) (hemin-PHB) against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, which play a significant role in the development of purulent-inflammatory processes.

Material and methods

Material and methods. The purity of hemin was verified against the analytical standard by electron absorption spectroscopy. The hemin-PHB system was obtained by electrospinning. The hemin-polymer system morphology was determined by scanning electron microscopy. The antibacterial activity of hemin-PHB (containing 1, 3, and 5% hemin) was evaluated against test cultures of Escherichia coli (strain 1257) and Staphylococcus aureus (strain 209-P) at dilutions of 104–107 CFU/ml by measuring inhibition zone diameters.

Results

Results. It was found that hemin metal complex introduction into the polymer matrix led to a change in the geometric parameters of polyhydroxybutyrate fibers, which was a consequence of the compaction and anisotropy of the nonwoven fibrous material. The hemin-PHB antibacterial activity was directly dependent on the hemin percentage in the polymer. PHB with 5 % hemin had the significant inhibitory effect. S. aureus showed a higher (on average, 10 %) sensitivity to hemin compared to E. coli.

Conclusion

Conclusion. The variation of hemin content in PHB affects its structural and functional properties. PHB fibers containing 5 % hemin inhibit the growth of gram-negative and gram-positive bacteria — E. coli and S. aureus. The resulting porphyrin-polymer system can be recommended for use as the antiseptic material for wound treatment.

геминполи (3-гидроксибутират) (ПГБ)Escherichia coliStaphylococcus aureusингибирующее действие

heminpoly (3-hydroxybutyrate) (PHB)Escherichia coliStaphylococcus aureusinhibitory effect

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований РФ (Госзадание FFZE-2025-0025)

The work was performed within the framework of Fundamental Scientific Research Programs of the Russian Federation (State Assignment FFZE-2025-0025)

References1

Блатун Л. А. Местное медикаментозное лечение ран. Хирургия. 2011; 4: 51–59.

Blatun L. A. Local medicamentous treatment of wounds. Khirurgiya. 2011; 4: 51–59. (in Russian)

Фоминых С. Г. Раневые инфекции: значение микробиологического мониторинга при составлении больничного формуляра антимикробных препаратов. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2011; 13 (4): 368–375.

Fominykh S. G. Wound Infections: a Role of Microbiological Monitoring for the Hospital Antimicrobial Policy. Klinicheskaya Mikrobiologiya i Antimikrobnaya Khimioterapiya. 2011; 13 (4): 368–375. (in Russian)

Привольнев В. В., Пасхалова Ю. С., Родин А. В., Митиш В. А. Местное лечение ран и раневой инфекции по результатам анонимного анкетирования хирургов России. Раны и раневые инфекции. 2016; 3 (1): 19–24. doi: 10.17650/2408-9613-2016-3-1-19-24.

Privol’nev V. V., Paskhalova Yu.S., Rodin A. V., Mitish V. A. Local treatment for wounds and wound infection according to the results of an anonymous survey of surgeons in Russia. Wounds and Wound Infections. 2016; 3 (1): 19–24. doi: 10.17650/2408-9613-2016-3-1-19-24. (in Russian)

Фролова А. В., Косинец А. Н., Окулич В. К. Раневая инфекция. Состояние проблемы. Вестник ВГМУ. 2014; 13 (2): 62–69.

Frolova A. V., Kosinets A. N., Okulich V. K. Wound infection. Problem state. Vestnik V. G.MU. 2014; 13 (2): 62–69. (in Russian)

Пахомов Ю. Д., Блинкова Л. П., Абдуллаева А. М., Валитова Р. К. Изучение динамики перехода в некультивируемое состояние антибиотикоустойчивых клеток Escherichia coli. Антибиотики и химиотер. 2022; 67: 9–10: 11–17. doi: 10.37489/0235-2990-2022-67-9-10-11-17.

Pakhomov Yu. D., Blinkova L. P., Abdullaeva A. M., Valitova R. K. Study of transitional dynamics towards the nonculturable state of antibiotic-resistant Escherichia coli сells. Antibiotiki i Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy. 2022; 67: 9–10: 11–17. doi: 10.37489/0235-2990-2022-67-9-10-11-17. (in Russian)

Huang M., Wang Zh., Yao L., Zhang L., Xingchun G., Haizhen M., et al. Ferric chloride induces ferroptosis in Pseudomonas aeruginosa and heals wound infection in a mouse model. Intern J Antimicrob Agents. 2023; 61 (5): 106794. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2023.106794.

Бегунов Р. С., Егоров Д. О., Четвертакова А. В., Савина Л. И., Зубишина А. А. Антибактериальная активность галоген- и нитропроизводных бензимидазола в отношении Bacillus subtilis. Антибиотики и химиотерапия. 2023; 68: 3–4: 19–24. doi: 10.37489/0235-2990-2023-68-3-4-19-24.

Begunov R. S., Egorov D. O., Chetvertakova A. V., Savina L. I., Zubishina A. A. Antibacterial activity of the halogenand nitro derivatives of benzimidazole against Bacillus Subtilis. Antibiotiki i Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy. 2023; 68: 3–4: 19–24. doi: 10.37489/0235-2990-2023-68-3-4-19-24. (in Russian)

Tovmasyan A., Batinic-Haberle I., Benov L. Antibacterial Activity of Synthetic Cationic Iron Porphyrins. Antioxidants. 2020; 9 (10): 972. doi: 10.3390/antiox9100972.

Dharmaratne P., Sapugahawatte D. N., Wang B., Chan Ch.L., Lau K.-M., Lau C.Bs., et al. Contemporary approaches and future perspectives of antibacterial photodynamic therapy (aPDT) against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) : A systematic review. Eur J Med Chem. 2020; 200: 112341. doi: 10.1016/j.ejmech.2020.112341.

Андрейченко С. А., Суконников Т. А., Бычинин М. В., Клыпа Т. В. Трудности диагностики острой порфирии: описание клинического случая. Анестезиология и реаниматология. 2019; 3: 90–96. doi: 10.17116/anaesthesiology201903190.

Andreychenko S. A., Sukonnikov T. A., Bychinin M. V., Klypa T. V. Difficulties in the diagnosis of acute porphyria: case report. Russian Journal of Anaesthesiology and Reanimatology = Anesteziologiya i Reanimatologiya. 2019; 3: 90–96. doi: 10.17116/anaesthesiology201903190. (in Russian)

Almahia W. A., Yud K. N., Mohammed F., Konga P., Han W. Hemin enhances radiosensitivity of lung cancer cells through ferroptosis. Exper Cell Res. 2022; 410 (1): 112946. doi: 10.1016/j.yexcr.2021.112946.

Bi S., Zhao T., Jia X., He P. Magnetic graphene oxide-supported hemin as peroxidase probe for sensitive detection of thiols in extracts of cancer cells. Biosens Bioelectron. 2014; 57: 110–116. doi: 10.1016/j.bios.2014.01.025.

Kim H., Yin K., Falcon D. M., Xue X. The interaction of Hemin and Sestrin2 modulates oxidative stress and colon tumor growth. Toxicol Appl Pharmacol. 2019; 374: 77–85. doi: 10.1016/j.taap.2019.04.025.

Ladan H., Nitzan Y., Malik Z. The antibacterial activity of haemin compared with cobalt, zinc and magnesium protoporphyrin and its effect on potassium loss and ultrastructure of Staphylococcus aureus. FEMS Microbiology Letters. 1993; 112: 1173–178.

Malik Z., Ladan H., Nitzan Ye., Ehrenberg B. The bactericidal activity of a deuteroporphyrin–hemin mixture on gram-positive bacteria. A microbiological and spectroscopic study. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 1990; 6 (4): 419–430.

Sahu A., Min K., Jeon J., Yang H. S., Tae G. Catalytic nanographene oxide with hemin for enhanced photodynamic therapy. J Control Release. 2020; 326: 442–454. doi: 10.1016/j.jconrel.2020.07.023.

Li Ch., Luo Z., Yang L., Chen J., Cheng K., Xue Ya. et al. Self-assembled porphyrin polymer nanoparticles with NIR-II emission and highly efficient photothermal performance in cancer therapy. Mater Today Bio. 2022; 13: 100198. doi: 10.1016/j.mtbio.2021.100198.

Ji W., Wang T.-X., Ding X., Lei Sh., Han B.-H. Porphyrin- and phthalocyanine-based porous organic polymers: From synthesis to application. Coordination Chemistry Reviews. 2021; 439: 213875. doi: 10.1016/j.ccr.2021.213875.

Faustova M. R., Nikolskaya E. D., Mollaev M. D., Sokol M. B., Zabolotsky A. I., Zhunina O. A., et al. Polymer particles containing Fe-based metalloporphyrin as a highly efficient stimulator of reactive oxygen species formation in vitro and in vivo. Russian Chemical Bulletin, International Edition. 2019; 68 (12): 2216–2224. doi: 10.1007/s11172-019-2690-1.

Li J., Tian J., Li Ch., Chen L., Zhao Yu. A hydrogel spinal dural patch with potential anti-inflammatory, pain relieving and antibacterial effects. Bioact Mater. 2022; 14: 389–401. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.01.043.

Yakushin S., Polyakova S., Shvarts Yu., Kastanayan A., Krechikova D., Ershova O. et al. Comparison of the efficacy and safety of ketoprofen plaster and diclofenac plaster for osteoarthritis-related knee pain: a multicenter, randomized, active-controlled, open-label, parallel-group, phase I. I. I. clinical trial. Clin Ther. 2021; 43 (10): 1720–1734. doi: 10.1016/j.clinthera.2021.08.002.

Tanabe H., Dоi T., Akai M., Fujino K., Arai S., Hayashi K. Effect and usability of anti-inflammatory drug plasters for knee osteoarthritis: A crossover, double-blind, repeated measures, randomized controlled trial. J Orthop Sci. 2021; 26: 421-429. doi: 10.1016/j.jos.2020.04.014.

Sebe I., Zsidai L., Zelkó R. Novel modified vertical diffusion cell for testing of in vitro drug release (IVRT) of topical patches. HardwareX. 2022; 11: e00293. doi: 10.1016/j.ohx.2022.e00293.

Wei Sh., Li J., He H., Shu Ch., Dardik A., Bai H. A three-layered hydrogel patch with hierarchy releasing of PLGA nanoparticles drugs decrease neointimal hyperplasia. Smart Materials in Medicine. 2022; 3: 139–147. doi: 10.1016/j.smaim.2021.12.005.

Saratale G. D., Oh M.-K. Characterization of poly-3-hydroxybutyrate (PHB) produced from Ralstonia eutropha using an alkali-pretreated biomass feedstock. Int J Biol Macromol. 2015; 80: 627–635. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2015.07.034.

Kosmachevskaya O. V., Osipov E. V., Van Ch.T. Mai Ph.Th.T., Topunov A. F. Effect of cultivation conditions on poly (3-hydroxybutyrate) synthesis by nodule bacteria rhizobium phaseoli. Applied Biochemistry and Microbiology. 2020; 56: 64–71 doi: 10.1134/S000368382001010X.

Tertyshnaya Y. V., Shibryaeva L. S., Levina N. S. Biodestruction of polylactide and poly (3-hydroxybutyrate) non-woven materials by micromycetes. Fibre Chemistry. 2020; 52 (1): 43–47. doi: 10.1007/s10692-020-10148-z.

Olkhov A. A., Zykova A. K., Pantyukhov P. V., Karpova S. G., Kosenko R. Y., Markin V. S., et al. Analysis of structure of hyperfine poly (3-hydroxybutyrate) fibers (PHB) for controlled drug delivery. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 286. doi: 10.1088/1757-899X/286/1/012033.

Карпова С. Г., Ольхов А. А., Бакиров А. В., Чвалун С. Н., Шилкина Н. Г., Попов А. А. Матрицы поли (3-гидроксибутирата), модифицированные комплексом железа (III) с тетрафенилпорфирином. Анализ структурно-динамических параметров. Химическая физика. 2018; 37 (2): 64–77. doi: 10.7868/S0207401X18020097.

Karpova S. G., Olkhov A. A., Bakirov A. V., Chvalun S. N., Shilkina N. G., Popov A. A. Poly (3-hydroxybutyrate) matrices modified with iron (III) complex with tetraphenylporphyrin. Analysis of structural and dynamic parameters. Chemical Physics. 2018; 37 (2): 64–77. doi: 10.7868/S0207401X18020097. (in Russian)

Karpova S. G., Ol’khov A. A., Lobanov A. V., Popov A. A., Iordanskii A. L. Biodegradable compositions of ultrathin poly-3-hydroxybutyrate fibers with MnCl<sub>2</sub>–tetraphenylporphyrin complexes. dynamics, structure, and properties. Nanotechnologies in Russia. 2019; 14 (3–4): 132–143. doi: 10.1134/S1995078019020083.

Karpova S. G., Ol'khov A. A., Krivandin A. V., Shatalova O. V., Popov A. A., Lobanov A. V. et al. Effect of zinc–porphyrin complex on the structure and properties of poly (3-hydroxybutyrate) ultrathin fibers. Polymer Science, Series A. 2019; 61 (1): 70–84. doi: 10.1134/S0965545X19010140.

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