chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2016-11-3-64-73chemicallytech-31Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF MEDICINAL COMPOUNDS AND BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCESХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙThe antimicrobial activity of exogeno us anionic phospholipids against Mycobacterium tuberculosis and Escherichia coliАНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ЭКЗОГЕННЫХ АНИОННЫХ ФОСФОЛИПИДОВ В ОТНОШЕНИИ Mycobacterium tuberculosis И Escherichia coliМикуловичЮ. Л.MikulovichYu. L.

научный сотрудник,кафедра биотехнологии и промышленной фармации

Москва, 119571 Россия

Moscow, 119571 Russia

noemail@neicon.ruСорокоумоваГ. М.SorokoumovaG. M.

доцент,кафедра биотехнологии и промышленной фармации

 

Moscow, 119571 Russia

noemail@neicon.ruСелищеваА. А.SelishchevaА. А.

ведущий научный сотрудник

 

Moscow, 119234 Russia

noemail@neicon.ruШвецВ. И.ShvetsV. I.

профессор, кафедра биотехнологии и промышленной фармации

 

Moscow, 119571 Russia

noemail@neicon.ruМосковский технологический университет (Институт тонких химических технологий)РоссияMoscow Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationМГУ имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2016280620161136473Copyright © Mikulovich Y.L., Sorokoumova G.M., Selishcheva А.А., Shvets V.I., 20162016Микулович Ю.Л., Сорокоумова Г.М., Селищева А.А., Швец В.И.Mikulovich Y.L., Sorokoumova G.M., Selishcheva А.А., Shvets V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/31

The effect of anionic phospholipids, namely, cardiolipin, phosphatidylglycerol and phosphatidic acid, on the growth of gram-negative bacteria E. coli BL21(DE3), as well as gram-positive bacteria M. tuberculosis H37Rv was investigated in this study. The influence of all anionic phospholipids tested on the bacteria growth was shown to be dose-dependent. Lipids at concentrations below 335 μM didn’t affect, while at 335 μM and above they repressed bacteria growth and caused cellular death of both type of microorganisms. SOS response induction was observed by using strain E. coli CSH50 sfiA::lacZ during cultivation E. coli with cardiolipin, phosphatidylglycerol and phosphatidic acid. This indicates DNA damage through double-strand breaks. One reason of the DNA damage could be stabilization of transient complexes of DNA topoisomerase (types I and II) with DNA temporary broken by anionic phospholipids. However, neither phosphatidylglycerol nor phosphatidic acid affect the activity of types I and II DNA topoisomerases from E. coli in vitro. In contrast, cardiolipin inhibited DNA topoisomerase I and DNA gyrase (type II topoisomerase), but didn’t stabilize transient complexes of the enzyme with DNA. It indicates that DNA damage due to anionic phospholipids exposure didn’t result from inhibition of DNA topoisomerase activity through stabilization of the transient complex of the enzyme with DNA. The obtained results of cardiolipin, phosphatidylglycerol and phosphatidic acid bactericidal activity against grampositive M. tuberculosis and gram-negative E. coli make it possible to use anionic phospholipids as individual antimicrobial agents or as a matrix of effective and non-toxic liposomal drugs for tuberculosis treatment.

Исследовано влияние анионных фосфолипидов: кардиолипина, фосфатидилглицерина и фосфатидной кислоты на рост грамотрицательных бактерий E. coli BL21(DE3), а также на грамположительные бактерии M. tuberculosis H37Rv. Показано, что воздействие всех изученных анионных фосфолипидов на бактерии имеет дозозависимый характер: липиды в концентрациях до 335 мкМ не оказывают никакого действия на бактерии, тогда как в концентрациях выше 335 мкМ ингибируют рост и вызывают гибель клеток обоих микроорганизмов. С помощью тест-системы на основе штамма E. coli CSH50 sfiA::lacZ при культивировании бактерий с указанными фосфолипидами обнаружена индукция ДНК-репарационного SOS-ответа клеток, что является свидетельством повреждения ДНК из-за стабилизации липидами переходных комплексов ДНК-топоизомеразы (I или II типа) с временно расщепленной этим ферментом ДНК. Однако ни фосфатидилглицерин, ни фосфатидная кислота не влияли на активность ДНК-топоизомераз обоих типов из E. coli в экспериментах in vitro. В то же время кардиолипин, несмотря на ингибирование активности этих ферментов, не стабилизировал переходные комплексы. Таким образом, повреждение ДНК в присутствии этих анионных фосфолипидов не связано с их действием на ДНК-топоизомеразы. Полученные данные об их бактерицидной активности в отношении грамположительных M. tuberculosis и грамотрицательных E. coli позволяют предложить анионные фосфолипиды в качестве самостоятельных антибактериальных агентов или же в виде матрицы для создания эффективных липосомальных форм лекарственных препаратов, в частности, противотуберкулезных.

анионные фосфолипидыбактерицидное действиеДНК-топоизомеразыMycobacterium tuberculosisEscherichia colianionic phospholipidsbactericidal activityMycobacterium tuberculosisEscherichia coliDNA topoisomerasesReferencesАндреевская С.Н., Смирнова Т.Г., Жогина Ю.А., Смирнова Д.И., Микулович Ю.Л., Сорокоумова Г.М., Черноусова Л.Н., Селищева А.А., Швец В.И. // Докл. АН. 2010. Т. 434. С. 705-708.Аndreevskaya S.N., Smirnova T.G., Zhogina Ya.A., Smirnova D.I., Mikulovich Ya.L., Sorokooumova G.M., Chernousova L.N., Selishcheva A.A., Shvets V.I. // Dokl.Akad. Nauk 2010. V.434. P. 705–708.Смирнова Т.Г., Микулович Ю.Л., Андреевская С.Н., Сорокоумова Г.М., Черноусова Л.Н., Селищева А.А., Швец В.И. // Биофарм. журн. 2011. Т. 3. № 2. С. 19-27.Smirnova T.G., Mikulovich Ya.L., Аndreevskaya S.N., Sorokooumova G.M., Chernousova L.N., Selishcheva A.A., Shvets V.I. // Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2011. V. 3. № 2. P. 19–27.Silhavy T.J., Kahne D., Walker S. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. V. 2. № 5. P. a000414.Silhavy T.J., Kahne D., Walker S. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. V. 2. № 5. P. a000414.Guenin-Macé L., Siméone R., Demangel C. // Transboundary and Emerging Diseases. 2009. V. 56. № 6-7. P. 255-268.Guenin-Macé L., Siméone R., Demangel C. // Transboundary and Emerging Diseases. 2009. V. 56. № 6-7. P. 255–268.Lewis R.N.A.H., McElhaney R.N. // Bioch. Biophys. Acta. 2009. V. 1788. № 10. P. 2069-2079.Lewis R.N.A.H., McElhaney R.N. // Bioch. Biophys. Acta. 2009. V. 1788. № 10. P. 2069–2079.Sekimizu K.J. // Chem. and Phys. of Lipids. 1994. V. 73. № 1-2. P. 223-230.Sekimizu K. J. // Chem. and Phys. of Lipids. 1994. V. 73. № 1-2. P. 223-230.Mileykovskaya E., Fishov I., Fu X., Corbin B.D., Margolin W. Dowhan W. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 22193-22198.Mileykovskaya E., Fishov I., Fu X., Corbin B.D., Margolin W. and Dowhan W. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 22193–22198.Arias-Cartin R., Grimaldi S., Pommier J., Lanciano P., Schaefer C., Arnoux P., Giordano G., Guigliarelli B., Magalon A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. Р. 7781-7786.Arias-Cartin R., Grimaldi S., Pommier J., Lanciano P., Schaefer C., Arnoux P., Giordano G., Guigliarelli B., Magalon A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. P. 7781–7786.Gold V.A.M., Robson A., Bao H., Romantsov T., Duong F., Collinson I. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 10044-10049.Gold V.A.M., Robson A., Bao H., Romantsov T., Duong F., Collinson I. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 10044–10049.Charalambous K., Miller D., Curnow P., Booth P.J. // BMC Biochem. 2008. V. 25. P. 9-31.Charalambous K., Miller D., Curnow P., Booth P.J. // BMC Biochem. 2008. V. 25. P. 9-31.Haines T.H., Dencher N.A. // FEBS Letters. 2002. V. 528. № 1. P. 35-39.Haines T.H., Dencher N.A. // FEBS Letters. 2002. V. 528 № 1. P. 35–39.Alvis S.J., Williamson I.M., East J.M., Lee A.G. // Biophys. J. 2003. V. 85. P. 3828-3838.Alvis S.J., Williamson I.M., East J.M., Lee A.G. // Biophys. J. 2003. V. 85. P. 3828–3838.Kawai F., Hara H., Takamatsu H., Watabe K., Matsumoto K. // Genes Genet. Syst. 2006. V. 81. № 2. P. 69-76.Kawai F., Hara H., Takamatsu H., Watabe K., Matsumoto K. // Genes Genet. Syst. 2006. V. 81. № 2. P. 69–76.Minami N., Yasuda T., Ishii Y., Fujimori K., Amano F. // J. Biochem. 2011. V. 149. № 5. P. 519-527.Minami N., Yasuda T., Ishii Y., Fujimori K., Amano F. // J. Biochem. 2011. V. 149. № 5. P. 519–527.Wang X., Devaiah S.P., Zhang W., Welti R. // Prog. Lipid Res. 2006. V. 45. № 3. P. 250-278.Wang X., Devaiah S.P., Zhang W., Welti R. // Prog. Lipid Res. 2006. V. 45. № 3. P. 250–278.Mizushima T., Natori S., Sekimizu K. // Biochem. J. 1992. V. 285. P. 503-506.Mizushima T., Natori S., Sekimizu K. // Biochem. J. 1992. V. 285. P. 503–506.Бергельсон Л.Д., Дятловицкая Э.В., Молотковский Ю.Г., Батраков С.Г., Барсуков Л.И., Проказова Н.В. Препаративная биохимия липидов. M.: Наука, 1981. 256 с.Bergelson L.D., Daytlovitskaya E.V., Molotkovskiy Ya. G., Batrakov S.G., Barsukov L.I., Prokazova N.V. Preparative biochemistry of lipids (Preparative biochemistry of lipids) M.: Nauka, 1981. 256 p.Ghilarov D., Serebryakova M., Shkundina I., Severinov K. J. // Biol. Chem. 2011. V. 286. P. 26308-26318.Ghilarov D., Serebryakova M., Shkundina I., Severinov K. J. // Biol. Chem. 2011. V. 286. P. 26308-26318.Garg S.K. Valente E., Greco E., Santucci M.B., De Spirito M., Papi M., Bocchino M., Saltini C., Fraziano M. // Clin. Immunol. 2006. V. 121. № 1. P. 23-28.Garg S.K. Valente E., Greco E., Santucci M.B., De Spirito M., Papi M., Bocchino M., Saltini C., Fraziano M. // Clin. Immunol. 2006. V. 121. № 1. P. 23–28.Сорокоумова Г.М., Андреевская С.Н., Смирнова Т.Г., Петрова Е.Е., Жогина Ю.А., Калашникова Т.Ю., Черноусова Л.Н., Селищева А.А., Швец В.И. // Бюлл. эксперим. биол. и мед. 2009. Т. 147. С. 550-553.Sorokoumova G.M., Andreevskaya S.N., Smirnova T.G., Petrova E.E., Zhogina Yu.A., Kalashnikova T.Yu., Chernousova L.N., Selishcheva A.A., Shvets V.I. // Bull. Exp. Biol. Med., 2009. V. 11, P. 550-553.Ушаков В.Ю. // Вестник Пермского университета. 2010. № 2. С. 19-30.Ushakov V.Ya. // Vestnik of Perm University 2010. № 2. Р. 19-30.Chen C.R., Malik M., Snyder M., Drlica K. // J. Mol. Biol. 1996 . V. 258. № 4. P. 627-637.Chen C.R., Malik M., Snyder M., Drlica K. // J. Mol. Biol. 1996 . V. 258. № 4. P. 627–637.Wiseman H., Halliwell B. // Biochem. J. 1996. V. 313. P. 17-29.Wiseman H., Halliwell B. // Biochem. J. 1996. V. 313. P. 17–29.Микулович Ю.Л., Сорокоумова Г.М., Селищева А.А., Швец В.И. // Вестник МИТХТ. 2012. T. 7. № 4. С. 58-63.Mikulovich Ya.L., Sorokooumova G.M., Selishcheva A.A., Shvets V.I. // Vestnik MITHT (Fine chem. Tech.). 2012. V. 7. №4. P. 58–63.Schlame M. // J. Lipid Res. 2008.V . 49. P. 1607-1620.Schlame M. // J. Lipid Res. 2008. V. 49. P. 1607–1620. 26. Bugreev D.V., Nevinskiy G.A. // Special issue. Biological chemistry reviews. 2009. V. 49. P. 129–158.Бугреев Д.В., Невинский Г.А. // Успехи биол. xимии. 2009. Т. 49. С. 129-158.Бугреев Д.В., Невинский Г.А. // Успехи биол. xимии. 2009. Т. 49. С. 129-158.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.