Исследование воздействия ампициллина на морфологические и механические свойства клеток Escherichia coli и Bacillus cereus с использованием метода атомно-силовой микроскопии

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.

ампициллин, атомно-силовая микроскопия, морфологические и механические характеристики бактериальной клетки

1. 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.

2. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope. Phys Rev Lett 1986; 6: 59: 930-933.

3. Dufrêne Y.F. Atomic force microscopy, a powerful tool in microbiology. J Bacteriol 2002; 184: 19: 5205-5213.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Salerno M., Bykov I. Tutorial: mapping adhesion forces and calculating elasticity in contact-mode AFM. Microscopy and Analysis 2006; 20: S5-S8.

12. 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.