antibioticsАнтибиотики и ХимиотерапияAntibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy0235-2990ООО «Издательство ОКИ»antibiotics-383Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSИсследование воздействия ампициллина на морфологические и механические свойства клеток Escherichia coli и Bacillus cereus с использованием метода атомно-силовой микроскопииInvestigation of Ampicillin Effect on Morphological and Mechanical Properties of Escherichia coli and Bacillus cereus Cells with Atomic Force MicroscopyДерябинД. Г.DeryabinD. G.dgderyabin@yandex.ruВасильченкоА. С.VasilchenkoA. S.noemail@neicon.ruНикиянА. Н.NikiyanA. N.noemail@neicon.ruОренбургский государственный университетRussian Federation201113052020567-8712Copyright © Дерябин Д.Г., Васильченко А.С., Никиян А.Н., 20202020Дерябин Д.Г., Васильченко А.С., Никиян А.Н.Deryabin D.G., Vasilchenko A.S., Nikiyan A.N.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/383

Методом атомно-силовой микроскопии изучено влияние суббактериостатических концентраций ампициллина на морфологические и механические свойства клеток грамотрицательного (Escherichia coli K12 TG1) и грамположительного (Bacillus cereus IP5832) микроорганизмов. Показана выраженная гетерогенность бактериальных популяций по характеру реагирования на воздействие антибиотика. Общим моментом являлось увеличение размера клеток, что может быть обусловлено действием внутреннего осмотического давления на снизившую свою прочность клеточную стенку. Помимо этого в популяции E.coli обнаружены аномально удлинённые клетки с признаками нарушения септирования, а также происходящие от них структуры, утратившие жидкую фракцию цитоплазматического содержимого. В свою очередь у B.cereus действие внутреннего осмотического давления преимущественно вело к увеличению поперечного сечения клетки, изменяя её форму от палочки к сфере, что сопровождалось выраженным нарушением структурированности поверхности с освобождением фрагментов пептидогликана в окружающую среду. В качестве причины наблюдаемых особенностей реагирования E.coli K12 TG1 и B.cereus IP5832 на воздействие ампициллина названы различия в строении их клеточных стенок, в том числе обусловленные особенностями синтеза и трёхмерной организации пептидогликана.

The effect of subbacteriostatic concentrations of ampicillin on morphological and mechanical properties of gramnegative and grampositive cells of Escherichia coli K12 TG1 and Bacillus cereus IP 5832 respectively was studied with atomic force microscopy. Significant heterogeneity of the bacterial populations was shown by the character of the response to the antibiotic effect. The common feature was increase of the cell size likely due to the effect of the inner osmotic pressure on the lowered cell wall strength. In the E.coli population there were besides observed anomalous elongated cells with signs of septation disorder, as well as their structurs, lacking the cytoplasmic liquid fraction. In the B.cereus the inner osmotic pressure mainly enlarged the cell cross section, changing the cell shape from rod to sphere, that was accompanied by significant impairment of the surface structure with liberation of the peptidoglycane fragments to the medium. The particular features of the E.coli K12 TG1 and B.cereus IP 5832 respond to the ampicillin effect were attributed to the differences in the structure of their cell wall, also due to specific properties of the peptidoglycane synthesis and three-dimensional organization.

ампициллинатомно-силовая микроскопияморфологические и механические характеристики бактериальной клеткиEscherichia coliBacillus cereusampicillin. Escherichia coliBacillius cereusatomic force microscopy bacterialcell morphological and mechanical characteristicsReferencesFinberg R.V., Moellering R.C., Tally F.P. The Importance of bactericidal drugs: future directions in infectious disease. Clin Infect Dis 2004; 39: 1314-1320.Finberg R.V., Moellering R.C., Tally F.P. The Importance of bactericidal drugs: future directions in infectious disease. Clin Infect Dis 2004; 39: 1314-1320.Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope. Phys Rev Lett 1986; 6: 59: 930-933.Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope. Phys Rev Lett 1986; 6: 59: 930-933.Dufrêne Y.F. Atomic force microscopy, a powerful tool in microbiology. J Bacteriol 2002; 184: 19: 5205-5213.Dufrêne Y.F. Atomic force microscopy, a powerful tool in microbiology. J Bacteriol 2002; 184: 19: 5205-5213.Camesano T.A., Natan M.J., Logan B.E. Observation of changes in bacterial cell morphology using tapping mode atomic force microscopy. Langmuir 2000; 16: 4563-4572.Camesano T.A., Natan M.J., Logan B.E. Observation of changes in bacterial cell morphology using tapping mode atomic force microscopy. Langmuir 2000; 16: 4563-4572.Олюнина Л.H., Мацкова Ю.A., Гончарова Т.A., Гущина Ю.Ю. Оценка терморезистентности Azotobacter chrococcum методом атомно-силовой микроскопии. Приклад. биохим. микробиол. 2009; 45: 1: 45-50.Олюнина Л.H., Мацкова Ю.A., Гончарова Т.A., Гущина Ю.Ю. Оценка терморезистентности Azotobacter chrococcum методом атомно-силовой микроскопии. Приклад. биохим. микробиол. 2009; 45: 1: 45-50.Perry C.C., Weatherly M., Beale T., Randriamahefa A. Atomic force microscopy study of the antimicrobial activity of aqueous garlic versus ampicillin against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. J Sci Food Agric 2009; 89: 958-964.Perry C.C., Weatherly M., Beale T., Randriamahefa A. Atomic force microscopy study of the antimicrobial activity of aqueous garlic versus ampicillin against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. J Sci Food Agric 2009; 89: 958-964.Yang L., Wang K., Tan W. et al. Atomic force microscopy study of different effects of natural and semisynthetic β-lactam on the cell envelope of Escherichia coli. Anal Chem 2006; 78: 7341-7345.Yang L., Wang K., Tan W. et al. Atomic force microscopy study of different effects of natural and semisynthetic β-lactam on the cell envelope of Escherichia coli. Anal Chem 2006; 78: 7341-7345.Рачина C.A., Козлов Р.С., Шаль E.П. и др. Анализ антибактериальной терапии госпитализированных пациентов с внебольничной пневмонией в различных регионах: уроки многоцентрового фармакоэпидемиологического исследования. Клин. микробиол. антимикроб. химиотер. 2009; 11: 1: 66-78.Рачина C.A., Козлов Р.С., Шаль E.П. и др. Анализ антибактериальной терапии госпитализированных пациентов с внебольничной пневмонией в различных регионах: уроки многоцентрового фармакоэпидемиологического исследования. Клин. микробиол. антимикроб. химиотер. 2009; 11: 1: 66-78.Nikiyan A., Vasilchenko A., Deryabin D. Humidity-dependent bacterial cells functional morphometry investigations using atomic force microscope. Intern J Microbiol 2010; Article ID 704170, doi:10.1155/2010/704170.Nikiyan A., Vasilchenko A., Deryabin D. Humidity-dependent bacterial cells functional morphometry investigations using atomic force microscope. Intern J Microbiol 2010; Article ID 704170, doi:10.1155/2010/704170.Голутвин И.A., Насикан И.С., Игнатюк T.E. Новые подходы к исследованию вирусов при помощи сканирующей зондовой микроскопии. Биофизика. 2004; 49: 6: 1105-1111.Голутвин И.A., Насикан И.С., Игнатюк T.E. Новые подходы к исследованию вирусов при помощи сканирующей зондовой микроскопии. Биофизика. 2004; 49: 6: 1105-1111.Salerno M., Bykov I. Tutorial: mapping adhesion forces and calculating elasticity in contact-mode AFM. Microscopy and Analysis 2006; 20: S5-S8.Salerno M., Bykov I. Tutorial: mapping adhesion forces and calculating elasticity in contact-mode AFM. Microscopy and Analysis 2006; 20: S5-S8.Spratt B.G. Distinct penicillin binding proteins involved in the division, elongation, and shape of Escherichia coli K12. Proc Nat Acad Sci USA 1975; 72: 8: 2999-3003.Spratt B.G. Distinct penicillin binding proteins involved in the division, elongation, and shape of Escherichia coli K12. Proc Nat Acad Sci USA 1975; 72: 8: 2999-3003.

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