Влияние фитохимических веществ на сигнальные молекулы системы «Quorum Sensing» у бактерий

Система межклеточной коммуникации необходима бактериям для координации взаимодействий между собой и с высшими организмами. Она регулирует ряд свойств микроорганизмов, в том числе патогенность и устойчивость к антибиотикам. Поэтому изучение способов воздействия на данную систему представляется критически значимым. Особое место в подобном контексте занимают растения и их метаболиты (фитохимические вещества), обладающие способностью ингибировать систему межклеточной коммуникации в бактериальных сообществах. Исследования с использованием рубцовой жидкости крупного рогатого скота могут приблизить к пониманию способов регуляции данного процесса в рубце животных. Целью работы стала оценка возможного влияния фитохимических веществ (коричный альдегид, кверцетин, кумарин, ванилин) на сигнальные молекулы системы «Quorum sensing» бактерий (на примере рекомбинантного люминесцирующего биосенсора Escherichia coli pAL103) в присутствии рубцовой жидкости крупного рогатого скота. Установлено, что рубцовая жидкость в концентрации 12,5% не оказывала влияния на уровень свечения биосенсора. Для всех исследуемых фитохимических веществ зафиксирована способность ингибировать процесс межклеточной коммуникации (путем связывания сигнальных молекул), что выражалось в значительном снижении биолюминесценции тест-штамма E. Coli pAL103. При этом наиболее выраженное изменение уровня свечения биосенсора детектировали при совместном действии рубцовой жидкости с коричным альдегидом, меньшее – при влиянии рубцовой жидкости с кумарином, ванилином или кверцетином. Полученные результаты расширяют представления о действии фитохимических веществ, что может быть востребовано при составлении рациона крупного рогатого скота и позволит контролировать активность патогенных бактерий у животных, путем подавления системы межклеточной коммуникации.

1. Defoirdt, T. Quorum-Sensing Systems as Targets for Antivirulence Therapy / T. Defoirdt // Trends Microbiol. – 2018. – Vol. 26. – No. 4. – P. 313-328. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29132819/

2. LaSarre, B. Exploiting Quorum Sensing To Confuse Bacterial Pathogens / B. LaSarre, M.J. Federle // Microbiol Mol Biol Rev. – 2013. – Vol. 77. – No. 1. – P. 73-111. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23471618/

3. Hayat, S. Quorum quenching: role of nanoparticles as signal jammers in Gramnegative bacteria / S. Hayat, S. Muzammil, Shabana, B. Aslam, M.H. Siddique, M. Saqalein, M.A. Nisar // Future Microbiol. – 2019. – Vol. 14. – P. 61-72. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30539663/

4. Deryabin, D. Plant-Derived Inhibitors of AHL-Mediated Quorum Sensing in Bacteria: Modes of Action / D. Deryabin, A. Galadzhieva, D. Kosyan, G. Duskaev // Int J Mol Sci. – 2019. – Vol. 20. – No. 22. – P. 5588. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31717364/

5. Ta, C.A.K. Mini Review of Phytochemicals and Plant Taxa with Activity as Microbial Biofilm and Quorum Sensing Inhibitors / C.A.K. Ta, J.T. Arnason // Molecules. – 2015. – Vol. 21. – No. 1. – doi: 10.3390/molecules21010029. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26712734/

6. Duskaev, G.K. Eucalyptus viminalis leaf extract alters the productivity and blood parameters of healthy broiler chickens / G.K. Duskaev, O.V. Kvan, Sh.G. Rakhmatullin / Vet. World. – 2020. – Vol. 13. – No. 12. – P. 2673-2680. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33487986/

7. Duskaev, G.K. Assessment of (In vitro) toxicity of quorum-sensing inhibitor molecules of Quercus cortex / G.K. Duskaev, D.G. Deryabin, I.F. Karimov, D.B. Kosyan, S.V. Notova // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. – 2018. – Vol. 10. – No. 1. – P. 91-95. Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/322939864_Assessment_of_In_vitro_toxicity_of_quorumsensing_inhibitor_molecules_of_Quercus_cortex

8. Edrington, T.S. Acyl-Homoserine-Lactone Autoinducer in the Gastrointesinal Tract of Feedlot Cattle and Correlation to Season, E. Coli O157:H7 Prevalence, and Diet / T.S. Edrington R. L. Farrow, V. Sperandio, D.T. Hughes, T.E. Lawrence, T.R. Callaway, R.C. Anderson, D.J. Nisbet // Curr Microbiol. – 2009. – Vol. 58. – P. 227-232. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18982388/

9. Каримов, И.Ф. Влияние растительных веществ на сигнальные молекулы quorum sensing (исследование in vitro) / И.Ф. Каримов, Г.К. Дускаев, Г.И. Левахин // Животноводство и кормопроизводство. – 2018. – Т. 101. – С. 7-14. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanierastitelnyh-veschestv-na-signalnye-molekuly-quorum-sensing-issledovanie-in-vitro

10. Ali, S.M. Antimicrobial activities of Eugenol and Cinnamaldehyde against the human gastric pathogen Helicobacter pylori / S.M. Ali, A.A. Khan, I. Ahmed, M. Musaddiq, K.S. Ahmed, H. Polasa, L.V. Rao, C.M. Habibullah, L.A. Sechi, N. Ahmed // Ann Clin Microbiol Antimicrob. – 2005. – Vol. 4. – P. 20. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16371157/

11. Chang, C-Y. Non-antibiotic quorum sensing inhibitors acting against N-acyl homoserine lactone synthase as druggable target / C-Y. Chang, T. Krishnan, H. Wang, Y. Chen, W-F. Yin, Y-M. Chong, L.Y. Tan, T.M. Chong, K-G. Chan // Sci Rep. – 2014. – Vol. 4. – P. 7245. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25430794/

12. Ahmed, S.A.K.S. Natural quorum sensing inhibitors effectively downregulate gene expression of Pseudomonas aeruginosa virulence factors / S.A.K.S. Ahmed, M. Rudden, T.J. Smyth, J.S.G. Dooley, R. Marchant, I.M. Banat // Appl Microbiol Biotechnol. – 2019. – Vol. 103. – No. 8. – P. 3521-3535. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30852658/

13. Gutiérrez-Barranquero, J.A. Deciphering the role of coumarin as a novel quorum sensing inhibitor suppressing virulence phenotypes in bacterial pathogens / J.A. GutiérrezBarranquero, F.J. Reen, R.R. McCarthy, F. O’Gara // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2015. – Vol. 99. – P. 3303-3316. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25672848/

14. D'Almeida, R.E. Comparison of seven structurally related coumarins on the inhibition of Quorum sensing of Pseudomonas aeruginosa and Chromobacterium violaceum / R.E. D'Almeida, R.D.I. Molina, C.M. Viola, M.C. Luciardi, C.N. Peñalver, A. Bardón, M.E. Arena // Bioorg Chem. – 2017. – Vol. 73. – P. 37-42. Режим доступа: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28599132/