Антибиоплёночная активность фукоиданов бурых водорослей

Биоплёнки играют значительную роль в существовании бактерий в неблагоприятных условиях и патогенезе инфекций. Они способствуют созданию резервуаров резистентных к антибиотикам возбудителей. Это определяет актуальность поиска биологически активных веществ, ингибирующих формирование биоплёнок. В последние годы объектом интенсивного изучения являются фукоиданы — сульфатированные полисахариды из морских бурых водорослей, обладающие широким полифункциональным спектром действия. В работе исследовали их влияние на формирование биоплёнки Yersinia pseudotuberculosis в динамической модели, имитирующей естественные условия экосистем фукоиданов, принадлежащих к разным структурным группам. Они синтезируются бурыми водорослями Fucus evanescens, Saccharina cichorioides и Saccharina japonica. Наиболее выраженной антиплёночной активностью обладал фукоидан из F.evanescens. Авторами разработан новый подход, позволяющий получать устойчивые результаты разнонаправленного действия сульфатированных полисахаридов на биоплёнкообразование Y.pseudotuberculosis.

1. Zhou D., Yang R. Formation and regulation of Yersinia biofilms. Protein & Cell. 2011; 2: 173–179.

2. Harr R. R. Medical Laboratory Science Review. New York: F. A. Davis Company; 2012.

3. Erickson D.L., Jarrett C.O., Wren B.W., Hinnebusch B.J. Serotype differences and lack of biofilm formation characterize Yersinia pseudotuberculosis infection of the Xenopsylla cheopis flea vector of Yersinia pestis. J Bacteriol. 2006; 188: 1113–1119.

4. Терентьева Н.А., Тимченко Н.Ф., Рассказов В.А. Исследование влияния биологически активных веществ на формирование бактериальных биоплёнок. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014; 57 (3): 54–55.

5. Масюк А.Г., Елисейкина М.Г., Терентьева Н.А., Долматова Л.С., Тимченко Н.Ф. Влияние биологически активных веществ из морских организмов на формирование биоплёнки Yersinia pseudotuberculosis на биотической поверхности. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2017; 72 (5): 88–90. doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.1115939.

6. Guo X.P., Ren G.X., Zhu H., Mao X.J., Sun Y.C. Differential regulation of the hmsCDE operon in Yersinia pestis and Yersinia pseudotuberculosis by the Rcs phosphorelay system. Sci Rep. 2015; 5: 8412.

7. Achtman M., Zurth K., Morelli G., Torrea G., Guiyoule A., Carniel E. Yersinia pestis, the cause of plague, is a recently emerged clone of Yersinia pseudotuberculosis. Proc Natl Acad Sci USA. 1999; 24 (96): 14043–14048.

8. Fang N., Yang H., Fang H., Liu L., Zhang Y., Wang L. et al. RcsAB is a major repressor of Yersinia biofilm development through directly acting on hmsCDE, hmsT, and hmsHFRS. Sci Rep. 2015; 5: 9566.

9. Fitton J.H., Stringer D.N., Karpiniec S.S. Therapies from Fucoidan: An Update. Mar. Drugs. 2015; 13: 5920–5946.

10. Макаренкова И.Д., Ахматова Н.К., Ермакова С.П., Беседнова Н.Н. Морфофункциональные изменения дендритных клеток под действием сульфатированных полисахаридов бурых водорослей. Биомедицинская химия. 2017; 63 (1): 39–46. doi: https://doi.org/10.18097/PBMC20176301039.

11. Имбс Т.И., Харламенко В.И., Звягинцева Т.Н. Оптимизация процесса экстракции фукоидана из бурой водоросли Fucus evanescens. // Химия растительного сырья. 2012; 1: 143–147.

12. Фукоиданы — сульфатированные полисахариды бурых водорослей. Структура, ферментативная трансформация и биологические свойства. Под ред. Н. Н. Беседновой, Т. Н. Звягинцевой. Владивосток: Дальнаука. 2014.

13. Беседнова Н.Н. Морские гидробионты — потенциальные источники лекарств. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014; 57 (3): 4–10.

14. Урванцева А.М., Бакунина И.Ю., Ким Н.Ю., Исаков В.В., Глазунов В.П., Звягинцева Т.Н. Выделение очищенного фукоидана из природного комплекса с полифенолами и его характеристика. Химия растительного сырья. 2004; 3: 15–24

15. Kusaykin M.I., Chizhov A.O., Grachev A.A., Alekseeva S.A., Bakunina I.Yu., Nedashkovskaya O.I. et al. A comparative study of specificity of fucoidanases from marine microorganisms and invertebrates. J Appl Phycol. 2006; 18 (3–5): 369–373.

16. Sternberg C., Bjarnsholt T., Shirtliff М. Methods for dynamic investigations of surface-attached in vitro bacterial and fungal biofilms. Methods Mol Biol. 2014; 1147: 3–22. doi: 10.1007/978-1-4939-0467-9_1.

17. O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis. Mol Microbiol. 1998; 28 (3): 449–461. doi: 10.1046/j.13652958.1998.00797.x.

18. Ommen P., Zobek N., Meyer R.L. Quantification of biofilm biomass by staining Non-toxic safranin can replace the popular crystal violet. J Microbiol Methods. 2017; 141: 87–89. doi: 10.1016/j.mimet.2017.08.003.

19. Usoltseva R., Shevchenko N., Malyarenko O., Anastyuk S., Kasprik A., Zvyagintsev N., Ermakova S. Fucoidans from brown algae Laminaria longipes and Saccharina cichorioides: Structural characteristics, anticancer and radiosensitizing activity in vitro. Carbohydr Polym. 2019; 221: 157–165. doi:10.1016/j.carbpol.2019.05.079.

20. Zvyagintsev N., Usoltseva R., Shevchenko N., Surits V., Imbs T., Malyarenko O., Besednova N., Ivanushko L., Ermakova S. Structural diversity of fucoidans and their radioprotective effect. Carbohydr Polym. 2021; 273: 118551. doi: 10.1016/j.carbpol.2021.118551

21. Rasin A., Shevchenko N., Silchenko A., Kusaykin M., Likhatskaya G., Zvyagintsevа T., Ermakova S. Relationship between the structure of a highly regular fucoidan from Fucus evanescens and its ability to form nanoparticles. Int J Biol Macromol. 2021; 185: 679–687. doi:10.1016/j.ijbiomac.2021.06.180.

22. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clinical Microbiology Reviews. 2002; 15 (2): 167–193.

23. Беседнова Н.Н., Макаренкова И.Д., Звягинцева Т.Н., Кузнецова Т.А., Запорожец Т.С. Ингибирующее действие полисахаридов морских гидробионтов на формирование биоплёнок. Антибиотики и химиотер. 2016; 61 (9–10): 64–73.

24. Busetti A., Thompson T.P., Tegazzini D., Megaw J., Maggs C.A., Gilmore B.F. Antibiofilm activity of the brown alga Halidrys siliquosa against clinically relevant human pathogens. Mar Drugs. 2015; 13 (6): 3581–3605. doi: 10.3390/md13063581.

25. Запорожец Т.С., Макаренкова И.Д., Бакунина И.Ю., Бурцева Ю.В., Кусайкин М.И., Балабанова Л.А. и др. Ингибирование адгезии С.diphtheria к буккальному эпителию человека гликозид гидролазами из морских гидробионтов. Биомедицинская химия. 2010; 56 (3): 350–358.

26. Marudhupandi T., Kumar A. Antibacterial effect of fucoidan from Sargassum wightii against the chosen human bacterial pathogens. Int Current Pharmaceutical J. 2013; 10 (2): 156–158.

27. Vasconcelos A.A., Pomin V.H. Marine Carbohydrate-Based Compounds with Medicinal Properties. Mar Drugs. 2018; 16 (7): 233. doi: 10.3390/md16070233.