Экзополисахариды морских бактерий: перспективы применения в медицине
Аннотация
В обзоре представлены основные направления биомедицинских исследований, посвящённых экзополисахаридам (ЭПС), полученным из различных видов морских бактерий. ЭПС - высокомолекулярные полимеры, состоящие из остатков сахаров и отличающиеся большим разнообразием структуры, что обусловливает их уникальные биологические свойства. Приведены многочисленные данные, касающиеся антиоксидантной, иммуномодулирующей и противоопухолевой активности ЭПС. Особое внимание обращается на противовирусное, антибактериальное и ингибирующее действие ЭПС на формирование биоплёнок. С учётом широкого спектра фармакологической активности и низкой токсичности эти соединения привлекают к себе внимание в качестве потенциального источника лекарственных субстанций.
Ключевые слова
Об авторах
Н. Н. Беседнова
Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. П. Сомова
Россия
Россия
Т. П. Смолина
Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. П. Сомова
Россия
Россия
Б. Г. Андрюков
Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. П. Сомова
Россия
Россия
Т. А. Кузнецова
Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. П. Сомова
Россия
Россия
В. В. Михайлов
Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН
Россия
Россия
Т. Н. Звягинцева
Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН
Россия
Россия
Список литературы
1. Blunt J.W., Copp B.R., Keyzers R.A., Munro M.H., Prinsep M.R. Marine natural products. Nat Prod Rep 2016; 33 (3): 382-431. doi: 10.1039/c5np00156k.
2. Михайлов В.В. Морская микробиология в ТИБОХ ДВО РАН. Вестник ДВО РАН. - 2005. - 4. - С. 145-151.
3. Михайлов В.В., Пивкин М.В. Изучение морских бактерий и грибов. Вестник ДВО РАН. - 2014. - № 1. - С. 149-156
4. Freitas F., Alves V., Reis M.Advances in bacterial exopolysaccharides: from production to biotechnological applications. Trends Biotechol 2011; 29 (8): 388-398.
5. Manivasagan P., Kim S.K. Extracellular polysaccharides produced by marine bacteria. Adv Food Nutr Res 2014; 72: 79-94. doi: 10.1016/B978-0-12-800269-8.00005-1
6. Field С.В., Behrenfeld M.J., Randerson J.T., Falkowski P. Terrestrialand oceanic components primary production of the biosphere. Integrating 1998; 281: 237-240. doi:10.1126/science.281.5374.237
7. Casillo A., Lanzetta R., Parrilli M., Corsaro M.M. Exopolysaccharides from marine and marine extremophilic bacteria: structures, properties, ecological roles and applications. Mar Drugs 2018; 16 (2): 69-78. doi:10.3390/md16020069
8. Senni K., Pereira J., Gueniche F. et al. Marine polysaccharides: a source of bioactive molecules for cell therapy and tissue engineering. Mar Drugs 2011; 9: 1664-1681. doi:10.3390/md9091664
9. Heissenberger A., Leppard G.G., Hernd G.J. Relationship between the intracellular integrity and the morphology of the capsular envelope in attached and free-living marine bacteria. Appl Environ Microbiol. 1996; 62: 4521-4528.
10. Harutoshi T. Exopolysaccharides of Lactic Acid Bacteria for Food and Colon Health Applications 2013; 1: 515-538. doi:10.5772/50839
11. Caliceti P., Salmaso S., Bersani S. Polysaccharide-based anticancer prodrugs. In Macromolecular anticancer therapeutics ed. Reddy, L., H. and Couvreur, P. New York, NY: Humana Press Inc 2010; 163-219.
12. Moscovici M. Present and future medical applications of microbial exopolysaccharides. Front Microbiol 2015; 6: 1012-1022. doi: 10.3389/fmicb.2015.01012.
13. Poli A., Anzelmo G., Nicolaus B. Bacterial exopolysaccharides from extreme marine habitats: production, characterization and biological activities. Mar Drugs 2010; 8 (6): 1779-802. doi: 10.3390/md8061779.
14. Delbarre-Ladrat C,Sinquin C., Lebellenger L. et al. Exopolysaccharides produced by marine bacteria and their applications as glycosaminoglycan-like molecules. Front Chem 2014; 2: 85. doi: 10.3389/fchem. 2014.00085
15. Finore I., Di Donato P., Mastascusa V. et al. Fermentation technologies for the optimization of marine microbial exopolysaccharide production. Mar Drugs 2014; 12 (5): 3005-3024. doi: 10.3390/md12053005
16. Osama H., El Sayed, Abd El Kader et al. Isolation, characterization and biological activities of exopolysaccharide produced by Bacillus marinus. Der Pharma Chemica 2015; 7 (2): 200-208.
17. Wu S., Liu G., Jin W. et al. Antibiofilm and anti-infection of a marine bacterial exopolysaccharide against Pseudomonas aeruginosa. Front Microbiol. 2016; 7: 102. doi: 10.3389/fmicb.2016.00102
18. Медведев С.С. Физиология растений. СПб. БХВ-Петербург, 2012. - 512 с.
19. Mohsen M. S., Asker, Manal G. et al. Inhibitory effect of exopolysaccharide from Achromobacter piechaudii NRC2 against cyclooxygenases and acetylcholinesterase with evaluation of its antioxidant properties and structure elucidation. Der Pharmacia Lettre 2015; 7 (4): 129-141.
20. Hardas S.S., Sultana R., Clark A.M. et al. Oxidative modification of lipoic acid by HNE in Alzheimer disease brain. Redox Biol 2013; 1: 1: 80-85. doi: 10.1016/j.redox.2013.01.002
21. Duh P.D., Tu Y.Y., Yen G.C. Antioxidantactivity of water extract of harngjyur (Chrysanthemum morifolium Ramat). LebensmittelWissenschaft and Technologie 1999; 32: 269-277.
22. Tsiapali E., Whaley S., Kalbfleisch J. et al. Glucans exhibit weak antioxidant activity, but stimulate macrophage free radical activity. Free Radic Biol Med 2001; 30 (4): 393-402.
23. Priyanka P., Arun A.B., Ashwini P. et al. Versatile properties of an exopolysaccharide R-PS18 produced by Rhizobium sp. PRIM-18. Carbohydr Polym 2015; 126: 215-221. doi: 10.1016/j.carbpol.2015. 03.017
24. Pawar R., Mohandass C., Sivaperumal E. et al. Epiphytic marine pigmented bacteria: A prospective source of natural antioxidants. Braz J Microbiol 2015; 46 (1): 29-39.doi: 10.1590/S1517-838246120130353
25. Lin M.H., Yang Y.L, Chen Y.P. et al. A novel exopolysaccharide from the biofilm of Thermusaquaticus YT-1 induces the immune response through Toll-like receptor 2. Biol Chem. 2011; 286 (20): 17736-17745. doi: 10.1074/jbc.M110.200113
26. Yu L., Sun G., Wei J. Activation of macrophages by an exopolysaccharide isolated from Antarctic Psychrobacter sp. B-3. Chinese J. of Oceanology and Limnology 2016; 34: 5: 1064-1071.
27. Bai Y., Zhang P., Chen G. et al. Macrophage immunomodulatory activity of extracellular polysaccharide (PEP) of Antarctic bacterium Pseudoaltermonas sp. S-5. International Immunopharmacology 2012; 12: 4: 611-617.
28. Courtois A., Berthou C., Guézennec J., Boisset C. et al. Exopolysaccharides isolated from hydrothermal vent bacteria can modulate the complement system. PLoS One 2014; 9 (4): e94965. doi: 10.1371/journal.pone. 0094965
29. Zanchetta P., Lagarde N., Guezennec J. A new bone-healing material: a hyaluronic acid-like bacterial exopolysaccharide. Calcif Tissue Int. 2003; 72 (1): 74-79.
30. Смолина Т.П., Беседнова H.H. Влияние гликополимеров морских бактерий Pseudoalteromonas nigrifaciens на экспрессию молекул адгезии лейкоцитами человека. Здоровье. Медицинская экология. Наука. - 2014. - Т. 3. - № 57. - 49-50.
31. Смолина Т.П., Запорожец Т.С., Беседнова H.H. Активация клеток врожденного иммунитета человека липополисаридом и экстрацеллюлярным полисахаридом морских бактерий. Антибиотики и химиотер. - 2017. - № 7-8: C. 3-7
32. ВОЗ. Информационный бюллетень 2017; 2: 95: 85-164
33. Goldstraw P., Ball D., Jett J.R. et al. Non-smallcell lung cancer. Lancet 2011; 378: 1727-1740.
34. Cao R., Jin W., Shan Y. et al. Marine bacterial polysaccharide EPS11 inhibits cancer cell growth via blocking cell adhesion and stimulating anoikis. Mar Drugs 2018; 16 (3): 85-96. doi: 10.3390/md16030085.
35. Gilmore A.P. Anoikis. Cell Death Differ 2005; 12: 1473-1477. doi:10.1038/sj.cdd.4401723
36. Sanders T.A., Llagostera E., Barna M. Specialized filopodia direct long-range transport of SHH during vertebrate tissue patterning. Nature 2013; 497 (7451): 628-632. doi: 10.1038/nature12157
37. Jacquemet G., Hamidi H., Ivaska J. Filopodia in cell adhesion, 3D migration and cancer cell invasion. Curr Opin Cell Biol. 2015; 36: 23-31. doi: 10.1016/j.ceb.2015.06.007
38. Jacquemet G., Hamidi H., Ivaska J. Filopodia in cell adhesion, 3D migration and cancer cell invasion. Current Opinion in Cell Biology 2015; 36: 23-31.
39. El-Newary S.A., Ibrahim A.Y., Asker M.S. et al. Production, characterization and biological activitieso facidicexopolysaccharidefrommarine Bacillus amylolique faciens 3MS 2017. AsianPac J TropMed 2017; 10 (7): 652-662. doi: 10.1016/j.apjtm.2017.07.005
40. Heymann D., Ruiz-Velasco C., Chesneau J. et al. Anti-Metastatic Properties of a Marine Bacterial Exopolysaccharide-Based Derivative Designed to Mimic Glycosaminoglycans. Molecules 2016; 21 (3): 309. doi: 10.3390/molecules21030309
41. Roger O., Kervarec N., Ratiskol J. et al. Structural studies of the main exopolysaccharide produced by the deep-sea bacterium Alteromonas infernus. Carbohydr Res 2004; 339 (14): 2371-2380.
42. Chopin N., Sinquin C., Ratiskol J. et al. A Direct Sulfation Process of a Marine Polysaccharide in Ionic Liquid. Biomed Res Int 2015; 2015: 508-656. doi: 10.1155/2015/508656
43. Ruiz-Ruiz C., Srivastava G.K., Carranza D. et al. An exopolysaccharide produced by the novel halophilic bacterium Halomonasstenophila strain B100 selectively induces apoptosis in human T leukaemia cells. Appl Microbiol Biotechnol 2011; 89 (2): 345-355. doi: 10.1007/s00253-010-2886-7
44. Abdelnasser S.M., Yahya S.M., Mohamed W.F. et al. Antitumor exopolysaccharides derived from novel marine bacillus: isolation, characterization aspect and biological activity. Asian Pac J CancerPrev 2017; 18 (7): 1847-1854. doi:10.22034/apjcp.2017.18.7.1847
45. Arena A.,Maugeri T.L., Pavone B. et al. Antiviral and immunoregulatory effect of a novel exopoly saccharide from a marine thermotolerant Bacillus licheniformis. Int Immunopharmacol 2006; 6 (1): 8-13. doi:10.1016/j.intimp.2005.07.004
46. Gugliandolo C., Spano A., Maugeri T.L. et al. Role of bacterial exopolysaccharides as agents in counteracting immune disorders induced by herpes virus. Microorganisms 2015; 3 (3): 464-483. doi: 10.3390/microorganisms3030464
47. Matsuda M., Shigeta S., Okutani K. Antiviral Activities of Marine Pseudomonas Polysaccharides and Their Oversulfated Derivatives.Mar Biotechnol (NY) 1999; 1: 68-73.
48. Nicolaus B., Panico A., Manca M.C. et al. A thermophilic Bacillus isolated from an Eolian shallow hydrothermal vent, able to produce exopolysaccharides. Syst Appl Microbiol. 2000; 23(3): 426-32.
49. Hayashi K., Nakano T., Hashimoto M. et al. Defensive effects of a fucoidan from brown alga Undariapinnatifida against herpes simplex virus infection.Int Immunopharmacol 2008; 8 (1): 109-116.
50. Беседнова H.H., Макаренкова И.Д., Звягинцева Т.Н. и др. Ингибирующее действие полисахаридов морских гидробионтов на формирование биопленок. Антибиотики и химиотерапия. - 2016. - 61. - № 9-10. - С. 64
51. El Essawy A. K., Abu Shady H.M., Abu El Kher A.M., Helal M.M. Molecular characterization of a marine klebsiella isolate by 16s ribosomal rna gene sequence and optimization of its exopolysaccharide production. Egypt J Exp Biol (Bot.) 2015; 11 (2): 227-236
52. El Essawy A.K., Abu Shady H.M., Abu El Kher A.M., Helal M.M. Antimicrobial, anticoagulation, fibrinolytic and prebiotic activities of exopolysaccharide produced by marine Klebsiella spp. Egypt. J. Exp. Biol. (Bot.) 2016; 12 (2): 267-274. doi: 10.4172/1948-5948-C1-034
53. Голуб А. В. Бактериальные биопленки - новая цель терапии? Клин микробиол антимикроб химиотерапия 2012; 14: 1: 23-29
54. Spano A., Laganà P., Visalli G. et al. In vitro antibiofilm activity of an exopolysaccharide from the marine thermophilic Bacillus licheniformis T14. Curr Microbiol 2016; 72 (5): 518-28. doi: 10.1007/s00284-015-0981-9
55. Маянский А.Н., Чеботарь И.В. Стратегия управления бактериальным биопленочным процессом. Журнал инфектологии. - 2012. - Т. 4 - № 3. - С. 5-15
56. Donlan R. M. Biofilms: Microbial life on surfaces. Emerging Infectious Diseases 2002; 8: 9: 881-890.
57. Vu B, Chen M., Crawford R.J., Ivanova E.P. Bacterial extracellular polysaccharides involved in biofilm formation. Molecules 2009; 14 (7): 2535-2554. doi: 10.3390/molecules14072535.
58. Jiang P., Li J., Han F. et al. Antibiofilm activity of an exopolysaccharide from marine bacterium Vibrio sp. QY101. PLoS One 2011; 6 (4):18514. doi: 10.1371/journal.pone.0018514
59. Brian-Jaisson F., Molmeret M., Fahs A. et al. Characterization and anti-biofilm activity of extracellular polymeric substances produced by the marine biofilm-forming bacterium Pseudoalteromonas ulvae strain TC14. Biofouling 2016; 32 (5): 547-60. doi: 10.1080/08927014.2016.1164845.
60. Papa R., Selan L., Parrilli E. et al. Anti-Biofilm activities from marine cold adapted bacteriaagainst Staphylococci and Pseudomonas aeruginosa. Front Microbiol 2015; 6: 1333. doi: 10.3389/fmicb.2015.01333
61. Wittschier N, Lengsfeld C., Vorthems S. et al. Large molecules as antiadhesive compounds against pathogens. Pharm Pharmacol 2007; 59 (6): 777-786. doi: 10.1211/jpp.59.6.0004
62. Kim H.S., Kim S.M., Lee H.J. et al. Expression of the cpdA gene, encoding a 3',5'-cyclic AMP (cAMP) phosphodiesterase, is positively regulated by the cAMP-cAMP receptor protein complex. Bacteriol 2009; 191 (3): 922-930. doi: 10.1128/JB.01350-08
63. Valle J., Da Re S., Henry N. et al. Broad-spectrum biofilm inhibition by a secreted bacterial polysaccharide. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006; 103 (33): 12558-12563.
64. Sayem S.M., Manzo E., Ciavatta L. et al. Anti-biofilm activity of an exopolysaccharide from a sponge-associated strain of Bacillus licheniformis. Microbial Cell Factories 2011; 10: 74. doi: 10.1186/1475-2859-10-74
65. Erejuwa O. Effect of honey in diabetes mellitus: matters arising. J Diabetes Metab Disord 2014: 13 (1): 23. doi: 10.1186/2251-6581-13-23
66. Крыжановский С. П., Гелъцер Б.И., Запорожец Т.С. и др. Бурые водоросли Тихого океана в лечении и профилактике атеросклероза. Владивосток. Дальнаука. - 2016. - 152 с.
67. Zhou X., Wang F., Yang H. et al. Selenium enriched exopolysaccharides produced by Enterobacter cloacae Z0206 alleviate adipose inflammation in diabetic KKAy mice through the AMPK/SirT1 pathway. Mol Med Rep 2014; 9 (2): 683-688. doi: 10.3892/mmr.2013.1859
68. Ghoneim M.A.M., Hassan A.I., Mahmoud M.G. et al. Effect of polysaccharide from Bacillus subtilis sp. on cardiovascular diseases and atherogenic indices in diabetic rats. BMC Complement Altern Med 2016; 16: 112. doi: 10.1186/s12906-016-1093-1.
69. Rollet-Labelle E., Grange M.J., Elbim C. et al. Hydroxyl radical as a potential intracellular mediator of polymorphonuclear neutrophil apoptosis. Free Radic Biol Med 1998; 24 (4): 563-572.
70. Велъков B.B. Новые международные критерии инфаркта миокарда и высокочувствительные тропонины: новые возможности и новые проблемы. Клиническая лабор диагностика. - 2014. - № 2. - С. 64: 59-71.
71. Postic C.,Dentin R., Girard J. Role of the liver in the control of carbohydrate and lipid homeostasis.Diabetes Metab 2004; 30 (5): 398-408.
72. Senni K., Singuin C., Collec-Jouaults et al. Sulfated depolymerized derivatives of exopolysaccharides (EPS) from mesophilic marine bacteria, method for preparing same, and uses thereof in tissue regeneration. 0.131,472. US Patent 2008; jun 5.
73. Rederstorff E,, Rethore G., Weiss P. et al. Enriching a cellulose hydrogel with a biologically active marine exopolysaccharide for cell-based cartilage engineering. J Tissue Eng Regen Med 2017; 11 (4): 1152-1164. doi: 10.1002/term.2018
Рецензия
Для цитирования:
Беседнова Н.Н., Смолина Т.П., Андрюков Б.Г., Кузнецова Т.А., Михайлов В.В., Звягинцева Т.Н. Экзополисахариды морских бактерий: перспективы применения в медицине. Антибиотики и Химиотерапия. 2018;63(7-8):67-78.
For citation:
Besednova N.N., Smolina T.P., Andryukov B.G., Kuznetsova T.A., Mikhailov V.V., Zvyagintseva T.N. Exopolysaccharides of Marine Bacteria: Prospects for Use in Medicine. Antibiotics and Chemotherapy. 2018;63(7-8):67-78. (In Russ.)
Просмотров: 523
Послать статью по эл. почте 