Тюленев Алексей Валерьевич – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики микроорганизмов
614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Aleksey V. Tyulenev – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Physiology and Genetics of Microorganisms
Goleva str. 13, Perm 614081
Смирнова Галина Васильевна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики микроорганизмов
614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Galina V. Smirnova – Dr. Sc. (Biol.), Leading Research Officer at the Laboratory of Physiology and Genetics of Microorganisms
Goleva str. 13, Perm 614081
Музыка Надежда Геннадьевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики микроорганизмов
614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Nadezda G. Muzyka – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory of Physiology and Genetics of Microorganisms
Goleva str. 13, Perm 614081
Октябрьский Олег Николаевич – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией физиологии и генетики микроорганизмов
614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
Oleg N. Oktyabrsky – Dr. Sc. (Biol.), Professor, Head of the Laboratory of Physiology and Genetics of Microorganisms
Goleva str. 13, Perm 614081
Обоснование. Изучение механизмов действия антибиотиков требует комплексного использования традиционных микробиологических и физико-химических методов. Цель исследования. Изучить ответ бактерий Escherichia coli на действие четырёх антибиотиков, ингибиторов синтеза белка, используя комплексный подход. Методы. Бактерии выращивались в аэробных условиях на минимальной среде М9 с глюкозой. Испытывалось действие тетрациклина, канамицина, стрептомицина и хлорамфеникола. Определяли влияние антибиотиков на выживаемость (CFU) и скорость роста. Дыхательную активность, продукцию сульфида, экстраклеточный калий, а также рН и Eh среды измеряли, используя электрохимические сенсоры, непосредственно в растущей культуре в режиме «real time», мембранный потенциал – с помощью красителя DiBAC и флуоресцентного микроскопа Leica DM2000. Результаты. Испытуемые антибиотики по своим свойствам разделяются на две группы. Тетрациклин и хлорамфеникол обладали выраженным бактериостатическим действием, ингибирование роста начиналось сразу после добавления антибиотиков и происходило с высокой скоростью. Оба антибиотика ингибировали дыхание, стимулировали продукцию сульфида и скачок Eh. Бактерии, обработанные тетрациклином и хлорамфениколом, лучше сохраняли способность к поддержанию мембранного потенциала и удержанию внутриклеточного калия. Ингибирование дыхания приводило к снижению катаболизма глюкозы, о чём свидетельствовала более низкая ьскорость закисления среды по сравнению с контролем. Ингибирование роста стрептомицином и канамицином начиналось с 30-минутной задержкой. Оба антибиотика оказывали бактерицидное действие, не стимулировали продукцию сульфида и скачок Eh, не ингибировали дыхание, но стимулировали падение мембранного потенциала и внутриклеточного калия. Высокая дыхательная активность способствовала катаболизму глюкозы, о чём свидетельствовало быстрое закисление среды. Интерес представляет обнаружение индуцируемой канамицином продукции сульфида при росте E. coli на среде MOPS. Заключение. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что применение электрохимических сенсоров в сочетании с традиционными методами является перспективным подходом к изучению механизмов действия антибиотиков.
Background. The study of the mechanisms of action of antibiotics requires the integrated use of traditional microbiological and physicochemical methods. The aim. To study the response of Escherichia coli bacteria to the action of four antibiotics, inhibitors of protein synthesis, using combined approach. Methods. Bacteria were grown under aerobic conditions on minimal M9 medium with glucose. Tetracycline, kanamycin, streptomycin and chloramphenicol have been tested. The effect of antibiotics on survival (CFU) and growth rate was determined. Respiratory activity, sulfide production, extracellular potassium, as well as pH and Eh of the medium were measured using electrochemical sensors directly in a growing culture in the “real time”, membrane potential was measured using a DiBAC dye and a Leica DM2000 fluorescent microscope. Results. The tested antibiotics were divided into two groups according to their properties. Tetracycline and chloramphenicol showed a pronounced bacteriostatic effect, growth inhibition began immediately after the addition of antibiotics and occurred at a high rate. Both antibiotics inhibited respiration, stimulated sulfide production and an Eh jump. Bacteria treated with tetracycline and chloramphenicol retained the ability to maintain membrane potential and intracellular potassium better. Inhibition of respiration led to a decrease in glucose catabolism, as evidenced by a lower rate of acidification of the medium compared to the control. Growth inhibition with streptomycin and kanamycin was initiated with a 30-minute delay. Both antibiotics showed a bactericidal effect, did not stimulate sulfide production and Eh jump, did not inhibit respiration, but caused a drop in membrane potential and intracellular potassium. High respiratory activity promoted glucose catabolism, as evidenced by the rapid acidification of the medium. Of interest is the detection of kanamycin-induced sulfide production during E. coli growth on MOPS medium. Conclusion. An analysis of the data obtained indicates that the use of electrochemical sensors in combination with traditional methods is a promising approach to studying the mechanisms of action of antibiotics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.