Induction and Stabilization of Antibacterial Activity in a Bacillus subtilis 534 Probiotic Strain

Medicinal probiotic Sporobacterin is based on the Bacillus subtilis 534 strain, which has been shown to have antimicrobial activity against many bacteria, both the collection strains and the antibiotic-resistant forms of clinical isolates of pathogenic bacteria and fungi. Considering this strain as an antibiotic producer, a step-by-step mutagenic treatment was carried out in order to obtain a variant that consistently exhibits a certain high-level antibiotic activity. A mutant variant was obtained during the three stages of mutagenic treatment and selection; it effectively suppresses the growth of pathogenic staphylococci, including methicillin-resistant staphylococcus (MRSA).

1. Duc L.H., Hong H.A., Barbosa T.M., Henriques A.O., Cutting S.M. Сharacterization of Bacillus probiotics available for human use. Appl Environ Microbiol. 2004; 70: 2161–2171. doi: 10.1128/AEM.70.4.2161-2171.2004.

2. Скрыпник И.Н., Маслова А.С. Современные спорообразующие антибиотики в клинической практике. Современная гастроэнтерология. 2009; 3: 81–90. [Skrypnik I.N., Maslova A.S. Modern sporeforming probiotics in clinical practice. Sovremennaya Gastroehnterologiya. 2009; 47 (3): 81–90. (in Russian)]

3. Похиленко В.Д., Перелыгин В.В. Пробиотики на основе спорообразующих бактерий и их безопасность. Химическая и биологическая безопасность. 2007; 2–3: 20–41. [Pokhilenko V.D., Perelygin V.V. Probiotics based on spore-forming bacteria and their safety. Khim Biol Bezop. 2007; 2–3: 20–41. (in Russian)]

4. Савустьяненко А.В. Механизмы действия пробиотиков на основе Bacillus subtilis. Актуальная инфектология. 2016; 2 (11): 35–44. [Savust'yanenko A.V. Mechanisms of action of probiotics based on Bacillus subtilis. Aktual'naya Infektologiya. 2016; 2 (11): 35–44. (in Russian)]

5. Fickers P. Antibiotic compounds from Bacillus: why are they so amazing? Am J Biochem Biotech. 2012; 8: 38–43. doi: 10.3844/AJBBSP.2012.38.43.

6. 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.

7. Cotter P.D., Ross R.P., Hill C. Bacteriocins — a viable alternative to antibiotics? Nat Rev Microbiol. 2013; 11: 95–105. doi: 10.1038/nrmicro2937.

8. Sumi C.D., Yang B.W., Yeo I.C., Hahm Y.T. Antimicrobial peptides of the genus Bacillus: a new era for antibiotics. Can J Microbiol. 2015; 61: 93–103. doi: 10.1139/cjm-2014-0613.

9. Efremenkova O.V., Gabrielyan N.I., Malanicheva I.A., Demiankova M.V., Efimenko T.A., Rogozhin E.A., Sharapchenko S.O., Krupenio T.V., Davydov D., Kornilov M. Antibiotic properties of the probiotic strain Bacillus subtilis 534. International Archives of Medical Microbiology. 2019, 2: 008. https://doi.org/10.23937/iamm-2017/1710008.

10. Baruzzi F., Quintieri L., Morea M., Caputo L. Antimicrobial compounds produced by Bacillus spp. and applications in food. In: Vilas A.M. (ed.). Science against microbial pathogens: communicating current research and technological advances. Formatex, Badajoz, Spain. 2011; 1102–1111.

11. Тагиева С.А., Гахраманова Ф.Х. Преимущества применения бактерицидных препаратов по сравнению с химическими антибиотиками для лечения инфекций у человека и животных. (Обзор). Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2020; 4: 122–128. [Tagieva S.A., Gakhramanova F.Kh. Advantages of the use of bacteriocins compared to chemical antibiotics for the treatment of infections in human and animals. (Review). Vestnik Voronezhskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmaciya. 2020; (4): 122–128. (in Russian)]

12. Никитенко В.И., Полякова B.C., Никитенко М.В., Симоненко Е.В., Бородин А.В., Копылов В.А., Фомина М.В. Препарат споробактерин. Новые данные о механизме действия этого и других живых бактериальных препаратов. Научный вестник Тюменской медицинской академии.2001; 2: 70–72. [Nikitenko V.I., Polyakova B.C., Nikitenko M.V., Simonenko E.V., Borodin A.V., Kopylov V.A., Fomina M.V. Preparat sporobakterin. Novye dannye o mekhanizme dejstviya ehtogo i drugikh zhivykh bakterial'nykh preparatov. Nauchnyj vestnik Tyumenskoj medicinskoj akademii. 2001; 2: 70–72. (in Russian)]

13. Патент СССР на изобретение № 1723116 A1/ 30.03.1992. Бюл. № 12. Никитенко В.И., Никитенко И.К. Бактериальный штамм Bacillus subtilis, используемый для получения препарата для профилактики и лечения воспалительных процессов и аллергических заболеваний. [Patent SU № 1723116 A1/ 30.03.1992. Byul. № 12. Nikitenko V.I., Nikitenko I.K. Bakterial'nyj shtamm Bacillus subtilis, ispol'zuemyj dlya polucheniya preparata dlya profilaktiki i lecheniya vospalitel'nyh processov i allergicheskih zabolevanij. (in Russian)]. Доступно по: https://patenton.ru/patent/SU1723116A1. Ссылка активна на 20.09.2022.

14. Патент РФ на изобретение № 2217154C2/ 27.11.2003 Бюл. № 33. Никитенко М.В., Никитенко В.И. Лекарственный препарат Споробактерин жидкий. [Patent RUS № 2217154C2/ 27.11.2003 Byul. № 33. Nikitenko M.V., Nikitenko V.I. Lekarstvennyj preparat Sporobakterin zhidkij (in Russian)] Доступно по: https://patents.google.com/patent/RU2217154C2/ru. Ссылка активна на 20.09.2022.

15. Габриэлян Н.И., Давыдов Д.С., Горская Е.М., Спирина Т.С., Осипова И.Г. Антагонизм in vitro споробактерина в отношении нозокомиальных штаммов бактерий. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2008; 6: 12–18. [Gabrielyan N.I., Davydov D.S., Gorskaya E.M., Spirina T.S., Osipova I.G. In vitro antagonism of sporobacterin against nosocomial strains of microbes. Vestnik Transplantologii i Iskusstvennyh Organov. 2008; 6: 12–18. (in Russian)]

16. Казаков Э.Н., Габриэлян Н.И., Сенченко О.Р., Петраков К.В., Арефьева Л.И., Воронин Е.М. К вопросу о профилактике инфекционных осложнений после кардиохирургических вмешательств в условиях искусственного кровообращения. Российский медицинский журнал. 2013; 2: 13–16. [Kazakov E.N., Gabrielyan N.I., Senchenko O.R., Petrakov K.V., Aref'eva L.I., Voronin E.M. The clinical and economic issues of patient management after cardiac-surgery operations. Rossijskij Medicinskij Zhurnal. 2013; 2: 13–16. (in Russian)]

17. Третьяков А.А., Стадников А.А., Валышев А.В. Клинико-экспериментальное обоснование применения споробактерина в комплексной терапии при механической желтухе. Анналы травматологии и ортопедии. 2001; 2: 42–48. [Tret'yakov A.A., Stadnikov A.A., Valyshev A.V. Kliniko-eksperimental'noe obosnovanie primeneniya sporobakterina v kompleksnoj terapii pri mekhanicheskoj zheltuhe. Annaly Travmatologii i Ortopedii. 2001; 2: 42–48. (in Russian)]

18. Сорокина В.О., Минасов Б.Ш., Попова О.В., Попов О.С. Применение споробактерина в лечении пациентов с ожоговыми ранами. Медицинский вестник Башкортостана. 2013; 8 (6): 106–108. [Sorokina V.O., Minasov B.SH., Popova O.V., Popov O.S. Sporobacterin in treatment of patients with burn wounds. Medicinskij Vestnik Bashkortostana. 2013; 8 (6): 106–108. (in Russian)]

19. Габриэлян Н.И., Горская Е.М., Крупенио Т.В., Зенкова В.А., Ефименко Т.А., Маланичева И.А., Сумарукова И.Г., Ефременкова О.В., Евлашкина В.Ф., Давыдов Д.С. Оценка антимикробной активности бациллярного пробиотика Bacillus subtilis (штамм 534). Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2016; 1: 41–47. [Gabrielyan N.I., Gorskaya E.M., Krupenio T.V., Zenkova V.A., Efimenko T.A., Malanicheva I.A., Sumarukova I.G., Efremenkova O.V., Evlashkina V.F., Davydov D.S. Evaluation of the antimicrobial activity of the bacterial probiotic Bacillus subtilis 534. Epidemiologiya i Infekcionnye Bolezni. Aktual'nye Voprosy. 2016; 1: 41–47. (in Russian)]

20. Ефременкова О.В., Габриэлян Н.И., Маланичева И.А., Ефименко Т.А., Терехова Л.П., Удалова В.В., Глухова А.А., Рогожин Е.А., Алферова В.А., Коршун В.А., Кубанова М.Х., Драбкина И.В., Крупенио Т.В. Антибиотическая активность пробиотического штамма Bacillus subtilis 534 в отношении клинических изолятов Acinetobacter baumannii. Антибиотики и химиотер. 2016; 61 (9–10): 3–7. [Efremenkova O.V., Gabrielyan N.I., Malanicheva I.A., Efimenko T.A., Terekhova L.P., Udalova V.V., Gluhova A.A., Rogozhin E.A., Alferova V.A., Korshun V.A., Kubanova M.H., Drabkina I.V., Krupenio T.V. Аntibiotic activity of probiotic strain Bacillus subtilis 534 against clinical isolates of Acinetobacter baumannii. Antibiotiki i Khimioter. 2016; 61 (9–10): 3–7. (in Russian)]

21. Габриэлян Н.И., Драбкина И.В., Крупенио Т.В., Демьянкова М.В., Маланичева И.А., Васильева Б.Ф., Ефименко Т.А., Сумарукова И.Г., Глухова А.А., Бойкова Ю.В., Малкина Н.Д., Удалова В.В., Алфёрова В.А., Коршун В.А., Ефременкова О.В. Антимикотическая активность штамма Bacillus subtilis 534 — основы лекарственного препарата пробиотика споробактерина. Антибиотики и химиотер. 2017; 62 (11–12): 7–11. [Gabrielyan N.I., Drabkina I.V., Krupenio T.V., Dem'yankova M.V., Malanicheva I.A., Vasil'eva B.F., Efimenko T.A., Sumarukova I.G., Gluhova A.A., Bojkova YU.V., Malkina N.D., Udalova V.V., Alfyorova V.A., Korshun V.A., Efremenkova O.V. Antimycotic activity of the Bacillus subtilis 534 strain — foundations of probiotic sporobakterin. Antibiotiki i Khimioter. 2017; 62 (11–12): 7–11. (in Russian)]

22. Маланичева И.А., Кубанова М.Х., Алферова В.А., Коршун В.А., Драбкина И.В., Крупенио Т.В., Ефременкова О.В., Габриэлян Н.И. Антимикробные свойства штамма Bacillus subtilis 534 — основы лекарственного препарата пробиотика споробактерина. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии имени Ю. А. Овчинникова, 2017, 13 (4): 59–65. [Malanicheva I.A., Kubanova M.H., Alferova V.A., Korshun V.A., Drabkina I.V., Krupenio T.V., Efremenkova O.V., Gabrielyan N.I. Antimikrobnye svojstva shtamma Bacillus subtilis 534 — osnovy lekarstvennogo preparata probiotika sporobakterina. Vestnik Biotekhnologii i Fiziko-Himicheskoj Biologii imeni Yu. A. Ovchinnikova, 2017, 13 (4): 59–65. (in Russian)]