РЕЗЮМЕ.
Проведены экспериментальные исследования оценки степени влияния эссенциальных элементов из группы тяжелых металлов на антагонистическую активность транзиторных пробиотических штаммов
Bacillus sp. Результаты исследования свидетельствуют о негативном влиянии избыточных концентраций металлов на показатели конкурентоспособности, характеризующееся снижением показателей ингибирующих характеристик в отношении тест организмов. Положительный эффект оказывает железо в отношении E. coli, что гипотетически можно охарактеризовать образованием ультрадисперсных металлокомплексов, увеличивающих
проникновение биологически активных ингибиторов роста через защитные механизмы бактериальных клеток.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: железо, цинк, кобальт, медь, Bacillus, антибиотикопродуктивность, E. coli, S. aureus.
Для цитирования: Здоров А.Н., Маринчев М.М., Семынин Т.А. Влияние Fe, Zn, Co на антагонистическую активность пробиотических штаммов Bacillus sp. в модельном эксперименте in vitro. Микроэлементы в медицине. 2024;25(3):33−35. DOI: 10.19112/2413-6174-2024-25-3-14.
ВВЕДЕНИЕ
В современной научной литературе представлены многочисленные экспериментальные данные,
свидетельствующие о выраженной антагонистической активности представителей рода Bacillus sp. и
их высоком потенциале практического применения (Santos, et al., 2022; Podnar, et al., 2022). Наряду с
этим широко известен биоремедиационный потенциал тяжелых металлов представителями данного
рода (Wrobel, et al., 2023).
Ц е л ь р а б о т ы – оценить степень влияния эссенциальных элементов (Fe, Zn, Co) на антибиотикопродуктивность транзиторных штаммов Bacillus sp. в модельных экспериментах in vitro.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Реализация поставленной цели включала в себя два этапа. Первый этап направлен на оценку
уровня резистентности исследуемых штаммов микроорганизмов к химическим соединениям тестируемых в эксперименте металлов (FeSO4, ZnSO4, CoSO4). Исследование проводили методом агаровых
лунок в комбинации с методом серийных разведений (от 1 до 0,016 М/л). В качестве тест-организмов
в работе использовали три пробиотических штамма Bacillus sp. (B. subtilis 534, B. сereus IP 5832 и B.
licheniformis ВКПМ В 7038) и два клинических изолята – E. coli и S. aureus. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о выраженном ингибирующем действии всех исследуемых солей
эссенциальных элементов на тест организмы. Так, внесение FeSO4 вплоть до концентрации 0,125 М/л
для штаммов B. subtilis 534, B. licheniformis ВКПМ В 7038, E. coli и S. aureus оказывает бактерицидный эффект, для B. сereus IP 5832 минимальная ингибирующая концентрация (МИК) железа составила 0,063 М/л. В отношении действия цинка наблюдается аналогичная картина толерантности, исключение составляет S. aureus, для которого МИК составила 0,032 М/л. Из всех тестируемых соединений
наиболее выраженным токсическим эффектом обладает CoSO4 подавляющий рост тестируемых
штаммов B. subtilis 534, B. licheniformis ВКПМ В 7038 в концентрациях до 0,032 М/л и B. сereus IP
5832 – до 0,016 М/л. Следует отметить, что штаммы E. coli и S. aureus обладают более высокими показателями резистентности, проявляя устойчивость к концентрациям сульфата кобальта 0,063 и 0,032
М/л соответственно. В ходе данного этапа определены рабочие концентрации исследуемых солей металлов для реализации следующего блока исследований.
Второй этап направлен на оценку степени влияния исследуемых металлов на антибиотикопродуктивность тестируемых в эксперименте транзиторных штаммов Bacillus sp. в отношении E. coli и
S. aureus. Данный этап работы включал культивирование B. subtilis 534, B. сereus IP 5832 и B.
licheniformis ВКПМ В 7038 в присутствии рабочих концентраций металлов, определенных на первом этапе исследования в течение 48 ч и интактных образцов (контроль роста). После культивирования
отделялась биомасса клеток методом центрифугирования при 3000 оборотов/мин в течение 20 мин. В
эксперименте использовали супернатант, отделенный от биомассы автоматической пипеткой. Для
чистоты эксперимента контрольные и опытные образцы (культивирование в присутствии различных
металлов) тестировали на одной чашки в 10 повторностях (определение статистически достоверных
различий). После посева тест-культур E. coli и S. aureus на стерильные питательные среды микробиологическим пробойником в толще агаризованной пластинки вырезали лунки диаметром 5 мм, в которые вносили исследуемый супернатант к дозе 30 мкл.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о выраженном ингибирующем действии супернатанта полученного из контрольных образцов, при этом более выраженное действие регистрируется в отношении S. aureus (от 11,5 до 14,8 мм). Присутствие металлов негативно влияет на
антагонистическую активность транзиторных штаммов. Так, присутствие Fe снижает показатели подавления роста на 10,81% (p<0,05), 7,52% (p<0,05) и 14,78% (p<0,01) для B.subtilis 534, B. сereus IP
5832 и B. licheniformis ВКПМ В 7038 соответственно. Присутствие Zn снижает биологическую активность штаммов на 37,16% (p<0,01), 35,34% (p<0,05), 45,22% (p<0,01) и Co – на 62,84% (p<0,001), 58,6
% (p<0,01) и 53,91% (p<0,01) соответственно.
В отношении E. coli тестируемые штаммы проявляют менее выраженную биологическую активность (от 6,3 до 9,5 мм). Культивирование B. сereus IP 5832 и B. licheniformis ВКПМ В 7038 в присутствии FeSO4, активизировало уровень биологической активности на 24,60% (p<0,01) и 26,88%
(p<0,01) соответственно. При этом биологическая активность B. subtilis 534 снизилась на 4,30%. Присутствие цинка не оказывает выраженного влияния на биологическую активность, разница между результатами средних показателей составляет менее 3,00% для всех транзиторных штаммов. Кобальт
негативно влияет на антагонистическую активность, снижая показатели ингибирования роста E. coli
на 33,39% (p<0,05), 47,37% (p<0,01) и 8,82% для B. subtilis 534, B. сereus IP 5832 и B. licheniformis
ВКПМ В 7038 соответственно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о выраженной антагонистической активности исследуемых транзиторных штаммов Bacillus sp. в отношении тест-организмов, при этом
максимальные показатели регистрируются в отношении S. aureus. Однако присутствие металлов в
субстрате оказывает негативное влияние на выработку антибиотикоподобных веществ, что визуально
проявляется в достоверно значимом снижении зон ингибирования роста. Соединения цинка и кобальта аналогично влияют и в отношении E. coli, исключение составляет железо, которое, напротив, стимулирует ингибирующие характеристики B. сereus IP 5832 и B. licheniformis ВКПМ В 7038, что гипотетически можно охарактеризовать образованием ультрадисперсных металлокомплексов, увеличивающих проникновение биологически активных ингибиторов роста через защитные механизмы бактериальных клеток.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Santos J.E.Á., de Brito M.V., Pimenta A.T.Á., et al. Antagonism of volatile organic compounds of the Bacillus sp. against
Fusarium kalimantanense. World J Microbiol Biotechnol. 2022; 39(2): 60. DOI: 10.1007/s11274-022-03509-9.
Podnar E., Erega A., Danevčič T., et al. Nutrient Availability and Biofilm Polysaccharide Shape the Bacillaene-Dependent Antagonism of Bacillus subtilis against Salmonella typhimurium. Microbiol Spectr. 2022; 10(6): e0183622. DOI:
10.1128/spectrum.01836-22.
Wróbel M., Śliwakowski W., Kowalczyk P., et al. Bioremediation of Heavy Metals by the Genus Bacillus. Int J Environ Res
Public Health. 2023; 20(6): 4964. DOI: 10.3390/ijerph20064964.