Антимикробная активность микроорганизмов, выделенных из почвы тропической пустыни Синайского полуострова

Распространение патогенных антибиотикорезистентных микроорганизмов зачастую приводит к неэффективности антимикробной терапии. Одним из решений этой проблемы является поиск новых активных природных антибиотиков.

Цель. Изыскание в природной среде продуцентов, проявляющих антибиотическую активность в отношении резистентных тест-микроорганизмов, в том числе из группы ESKAPE. Объектом исследования были бактерии, выделенные из мало исследованной среды — почвы тропической пустыни, а именно почвы Синайского полуострова.

Методы. Суспензии почвы высевали на универсальную полноценную агаровую среду №2 Гаузе, пригодную для роста многих бактерий и грибов. Выделенные микроорганизмы идентифицировали по морфологическим признакам и по анализу генов рибосомальной РНК. Глубинное культивирование осуществляли в питательных средах разного состава в условиях аэрирования. Для оценки антимикробной активности использовали тест-штаммы грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибы.

Результаты. Выделено 38 культур микроорганизмов: 9 штаммов грибов, 5 штаммов стрептомицетов, 2 штамма Bacillus subtilis и 22 штамма представителей других таксономических групп бактерий. 5 штаммов стрептомицетов и 2 штамма B. subtilis проявляют антибиотическую активность, в частности к резистентным патогенам группы ESKAPE, а именно метициллинорезистентному Staphylococcus aureus (MRSA), Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, а также к Mycobacterium smegmatis — предварительного теста при поиске противотуберкулёзных средств.

Заключение. Поиск продуцентов антибиотиков из выделенной почвы пустыни был продуктивным, поскольку четверть выделенных штаммов бактерий проявляет антимикробную активность, в том числе в отношении тест-штаммов с множественной лекарственной устойчивостью. Разработаны условия биосинтеза для последующего выделения и химического изучения. Наиболее перспективными признаны штаммы Streptomyces rochei ИНА 01452 и ИНА 01509, а также Streptomyces sp. ИНА 01523.

1. O’Neill J. Tackling Drug-Resistant Infections Globally: Final Report and Recommendations. Review on Antimicrobial Resistance. Wellcome Trust and HM Government. 2016. https://amr-review.org/sites/default/files/160525_Final%20paper_with%20cover.pdf;

2. WHO. Global antimicrobial resistance surveillance system (GLASS) report: early implementation 2020. Geneva: World Health Organization; 25 May 2020.

3. WHO Regional Office for Europe/European Centre for Disease Prevention and Control. Antimicrobial resistance surveillance in Europe 2022–2020 data. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe; 2022.

4. Bérdy J. Bioactive Microbial Metabolites. J Antibiot. 2005; 58 (1): 1–26. doi: 10.1038/ja.2005.1.

5. Bérdy J. Thoughts and facts about antibiotics: Where we are now and where we are heading. J Antibiot. 2012; 65 (8): 385–395. doi: 10.1038/ja.2012.27.

6. Xie F., Pathom-aree W. Actinobacteria from desert: diversity and biotechnological applications. Front Microbiol. 2021; 12: Article 765531. doi: 10.3389/fmicb.2021.765531.

7. Kamjam M., Sivalingam P., Deng Z., Hong K. Deep sea actinomycetes and their secondary metabolites. Front Microbiol. 2017; 8: 760. doi: 10.3389/fmicb.2017.00760.

8. van der Meij A., Worsley S.F., Hutchings M.I., van Wezel G.P. Chemical ecology of antibiotic production by actinomycetes. FEMS Microbiology Reviews. 2017; 41 (3): 392–416. doi: 10.1093/femsre/fux005.

9. Donald L., Pipite A., Taufa T., Owen J.G., Keyzers R.A., Subramani R. Streptomyces: still the biggest producer of new natural secondary metabolites, a current perspective. Microbiol Res. 2022; 13 (3): 418–465. doi: 10.3390/microbiolres13030031.

10. Hozzein W.N., Ali M.I.A., Ahmed M.S. Antimicrobial activities of some alkaliphilic and alkaline-resistant microorganisms isolated from Wadi Araba, the eastern desert of Egypt. Life Sci J. 2013; 10 (4): 1823–1828.

11. Kumar S., Solanki D.S., Parihar K., Tak A. Actinomycetes isolates of arid zone of Indian Thar Desert and efficacy of their bioactive compounds against human pathogenic bacteria. Biol Futur. 2021; 72: 431–440.

12. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGAX: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Mol Biol Evol. 2018; 35 (6): 1547–1549. doi: 10.1093/molbev/msy096.

13. Shirling E.B., Gottlieb D. Methods for characterization of Streptomyces species. Int J Syst Bacteriol. 1966; 16 (3): 313–340. doi:0.1099/00207713-16-3-313.

14. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова Т.П., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов. М.: Наука; 1983.

15. Caulier S., Nannan C., Gillis A., Licciardi F., Bragard C., Mahillon J. Overview of the Antimicrobial compounds produced by members of the Bacillus subtilis group. Front Microbiol. 2019; (10): article 302. doi: 10.3389/fmicb.2019.00302.

16. Stein T. Bacillus subtilis antibiotics: structures, syntheses and specific functions. Mol Microbiol. 2005; 56 (4): 845–857. doi: 10.1111/j.1365-2958.2005.04587.x.

17. Brockmann H., Schmidt-Kastner G. Resistomycin, ein neues antibioticum aus actinomyceten. Naturwissenschaften 1951; 38: 479–480. (in German). doi: 10.1007/BF00622090.

18. Berger J., Jampolsky L.M., Goldberg M.W. Borrelidin, a new antibiotic with anti-borrelia activity and penicillin enhancement properties. Arch Biochem. 1949; 22 (3): 476–478.

19. Reddy N.G., Ramakrishna D.P.N., Rajagopal S.V. Optimization of culture conditions of Streptomyces rochei (MTCC 10109) for the production of antimicrobial metabolites. Egyptian Journal of Biology, 2011; 13: 21–29. doi:10.4314/ejb.v13i1.4.

20. Pazhanimurugan R., Radhakrishnan M., Shanmugasundaram T., Gopikrishnan V., Balagurunathan R. Terpenoid bioactive compound from Streptomyces rochei (M32): taxonomy, fermentation and biological activities. World J Microbiol Biotechnol. 2016; 32 (10): 161. doi: 10.1007/s11274-016-2121-5.

21. Kanini G.S., Katsifas E.A., Savvides A.L., Karagouni A.D. Streptomyces rochei ACTA1551, an indigenous Greek isolate studied as a potential biocontrol agent against Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici. Biomed Res Int. 2013; 2013: 387230. doi: 10.1155/2013/387230.

22. le Roes-Hill M., Prins A., Meyers P.R. Streptomyces swartbergensis sp. nov., a novel tyrosinase and antibiotic producing actinobacterium. Antonie van Leeuwenhoek. 2018; 111: 589–600. doi: 10.1007/s10482-017-0979-3.

23. Bouizgarne B., Lanoot B., Loqman S., Spröer C., Klenk H.P., Swings J., Ouhdouch Y. Streptomyces marokkonensis sp. nov., isolated from rhizosphere soil of Argania spinosa L. Int J Syst Evol Microbiol. 2009; 59 (Pt 11): 2857–2863. doi: 10.1099/ijs.0.011387-0.

24. Chen L., Lai Y.M., Yang Y.L., Zhao X. Genome mining reveals the biosynthetic potential of the marine-derived strain Streptomyces marokkonensis M10. Synth Syst Biotechnol. 2016; 1 (1): 56–65. doi: 10.1016/j.synbio.2016.02.005.