Изменение скорости бактерицидного эффекта стрептомицина при действии на зрелые биоплёнки Еscherichia coli в присутствии экстрактов лекарственных растений

Обоснование. Экстракты лекарственных растений, обладающие про- и антиоксидантным действием, могут оказывать двойственное модулирующее влияние на бактерицидные эффекты антибиотиков.
Цель исследования: изучить модулирующие эффекты водных экстрактов лекарственных растений на скорость бактерицидного эффекта стрептомицина при действии на зрелые биопленки Escherichia coli.
Методы. Измеряли скорость бактерицидного эффекта и валовое биоплёнкообразование в присутствии различных доз экстрактов и стрептомицина.
Результаты. Выявлен синергизм между 100 мкг/мл стрептомицина и низкими дозами (0,83 мг сухого вещества/мл) зелёного, чёрного чая, Arctostaphylos uva-ursi, Betula pendula и Laminaria japonica. В то же время, высокие дозы (6,64 мг сухого вещества/мл) зелёного, чёрного чая и Vaccinium vitis-ideae оказывали антагонистические эффекты, подавляя скорость бактерицидного эффекта и стимулируя биоплёнкообразование. В последнем случае, вероятно, подавлялось проникновение стрептомицина в матрикс биоплёнки, что и способствовало снижению скорости бактерицидного эффекта.
Заключение. Широко применяемые человеком в пищу зелёный, чёрный чай и V. vitis-ideae снижали бактерицидный эффект стрептомицина. Эти экстракты также стимулировали биоплёнкообразование, что может положительно сказываться на жизнедеятельности нормальной микрофлоры человека, однако может привести к стимулированию толерантности болезнетворных микробов. Выявленные ситуации подавления скорости бактерицидного эффекта в присутствии испытуемых экстрактов указывают на необходимость корректировки схем лечения, включающих совместный прием антибиотиков и фитопрепаратов. Полученные данные представляют практический интерес и нуждаются в дальнейшем изучении. 
Исследование выполнено в рамках государственного задания № госрегистрации темы 01201353246, а также при поддержке грантами Президента МК-3376.2018.4 и Программы УрО РАН АААА-А18-118041890005-1.

1. TB Alliance. Handbook of anti-tuberculosis agents. Streptomycin. Tuberculosis. 2008; 88(2): 162-163. doi: 10.1016/S1472-9792(08)70027-1

2. Schatz A, Bugie E, Waksman S, Hanssen A, Patel R, Osmon D. The classic: streptomycin, a substance exhibiting antibiotic activity against gram-positive and gram-negative bacteria. Clin Orthop Relat Res. 2005; (437): 3-6. doi: 10.1097/01.blo.0000175887.98112.fe

3. Wojnicz D, Kucharska AZ, Sokół-Łętowska A, Kicia M, Tichaczek-Goska D. Medicinal plant extracts affect virulence factors expression and biofilm formation by the uropathogenic Escherichia coli. Urol Res. 2012; 40(6): 683-697. doi: 10.1007/s00240-012-0499-6

4. Akagawa M, Shigemitsu T, Suyama K. Production of hydrogen peroxide by polyphenols and polyphenol-rich beverages under quasi-physiological conditions. Biosci Biotechnol Biochem. 2003; 67(12): 2632-2640. doi: 10.1271/bbb.67.2632

5. Samoilova Z, Muzyka N, Lepekhina E, Oktyabrsky O, Smirnova G. Medicinal plant extracts can variously modify biofilm formation in Escherichia coli. Antonie Van Leeuwenhoek. 2014; 105(4): 709-722. doi: 10.1007/s10482-014-0126-3

6. Kohanski MA, Dwyer DJ, Hayete B, Lawrence CA, Collins JJ. A common mechanism of cellular death induced by bactericidal antibiotics. Cell. 2007; 130(5): 797-810. doi: 10.1016/j.cell.2007.06.049

7. Belenky P, Ye JD, Porter CBM, Cohen NR, Lobritz MA, Ferrante T, et al. Bactericidal antibiotics induce toxic metabolic perturbations that lead to cellular damage. Cell Rep. 2015; 13(5): 968-980. doi: 10.1016/j.celrep.2015.09.059

8. Daglia M. Polyphenols as antimicrobial agents. Curr Opin Biotechnol. 2012; 23(2): 174-181. doi: 10.1016/j.copbio.2011.08.007

9. Monte J, Abreu AC, Borges A, Simões LC, Simões M. Antimicrobial activity of selected phytochemicals against Escherichia coli and Staphylococcus aureus and their biofilms. Pathogens. 2014; 3(2): 473-498. doi: 10.3390/pathogens3020473

10. Goswami M, Magnoli SH, Jawali N. Effects of glutathione and ascorbic acid on streptomycin sensitivity in Escherichia coli. Antimicrob Agents Chemother. 2007; 51(3): 1119-1122. doi: 10.1128/AAC.00779-06

11. Baba T, Ara T, Hasegawa M, Takai Y, Okumura Y, Baba M, et al. Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutants: the Keio collection. Mol Syst Biol. 2006; 2: 2006.0008. doi: 10.1038/msb4100050

12. Miller JH. Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1972.

13. Regoes RR, Wiuff C, Zappala RM, Garner KN, Baquero F, Levin BR. Pharmacodynamic functions: a multiparameter approach to the design of antibiotic treatment regimens. Antimicrob Agents Chemother. 2004; 48(10): 3670-3676. doi: 10.1128/AAC.48.10.3670-3676.2004

14. Naves P, del Prado G, Huelves L, Gracia M, Ruiz V, Blanco J, et al. Measurement of biofilm formation by clinical isolates of Escherichia coli is method-dependent. J Appl Microbiol. 2008; 105(2): 585-590. doi: 10.1111/j.1365-2672.2008.03791.x

15. O’Toole GA, Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signaling pathways: a genetic analysis. Mol Microbiol. 1998; 28(3): 449-461. doi: 10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x

16. Samoilova Z, Smirnova G, Muzyka N, Oktyabrsky O. Medicinal plant extracts variously modulate susceptibility of Escherichia coli to different antibiotics. Microbiol Res. 2014; 169(4): 307-313. doi: 10.1016/j.micres.2013.06.013