Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Child`s Health" Том 12, №7, 2017

Back to issue

Potential value of bacteriocins in the etiological treatment of infectious diseases of the respiratory tract

Authors: Абатуров А.Е.(1), Крючко Т.А.(2)
(1) — ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», г. Днепр, Украина
(2) — ВГУЗУ «Украинская медицинская стоматологическая академия», г. Полтава, Украина

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

Бактеріоцини являють собою рибосомно синтезовані гідрофобні антимікробні пептиди, що мають широкий антимікробний спектр дії, основним джерелом яких є грампозитивні бактерії. Бактеріоцини різних класів, діючи на грампозитивні і грамнегативні бактерії, використовують різні молекулярні механізми, функціонування яких призводить до порушення цілісності клітинної стінки або пригнічення синтезу нуклеїнових кислот чи протеїнів таргетних бактерій. На сьогодні описано понад 100 лантибіотичних пептидів, багато з яких використовують для розробки майбутніх лікарських засобів. Кілька лантибіотиків в даний час проходять клінічні та доклінічні випробування, у тому числі біоінженерні лантибіотики, які можуть зіграти ключову роль в подоланні антибіотикорезистентності до бактеріальних патогенів.

Бактериоцины представляют собой рибосомно синтезированные и обладающие широким антимикробным спектром действия гидрофобные антимикробные пептиды, основным источником которых являются грамположительные бактерии. Бактериоцины различных классов, оказывая действие на грамположительные и грамотрицательные бактерии, используют разные молекулярные механизмы, функционирование которых приводит к нарушению целостности клеточной стенки или ингибированию синтеза нуклеиновых кислот и протеинов таргетных бактерий. В настоящее время описано более 100 лантибиотических пептидов, многие из которых используют для разработки будущих лекарственных средств. Несколько лантибиотиков в настоящее время проходят клинические и доклинические испытания, в том числе биоинженерные лантибиотики, которые могут сыграть ключевую роль в преодолении антибиотикорезистентности бактериальных патогенов.

Bacteriocins are ribosomal-synthesized hydrophobic antimicrobial peptides with a broad antimicrobial spectrum of action. Gram-positive bacteria are the main source of bacteriocins. Bacteriocins of different classes acting on Gram-positive and Gram-negative bacteria use different molecular mechanisms, the functioning of which leads to disruption of the integrity of the cell wall or inhibition of the synthesis of nucleic acids and proteins of targeted bacteria. Currently, more than 100 lantibiotic peptides are described in the literature. Many of them are used to develop future medicines. Several lantibiotics are currently undergoing clinical and preclinical trials, including bioengineering lantibiotics, which can play a key role in overcoming the antibiotic resistance of bacterial pathogens.


Keywords

інфекційні захворювання респіраторного тракту; діти; бактеріоцини

инфекционные заболевания респираторного тракта; дети; бактериоцины

infectious diseases of the respiratory tract; children; bacteriocins

Введение

Для лечения инфекций, вызванных патогенными бактериями, предлагается использовать бактериоцины, которые представляют собой рибосомно синтезированные гидрофобные антимикробные пептиды или белки, обладающие широким антимикробным спектром действия. Основным источником бактериоцинов, используемых в биотехнологических процессах, являются грамположительные бактерии [20]. 

Общая характеристика бактериоцинов

Бактериоцины проявляют выраженную активность против патогенных микробов, включая метициллинрезистентные бактерии Staphylococcus aureus (methicillin-resistant Staphylococcus aureus — MRSA) и ванкомицинрезистентные энтерококки (vancomycin-resistant enterococci — VRE) [8]. Бактериоцины в зависимости от молекулярной архитектуры делятся на четыре основных класса. Класс I представляют малые линейные термостабильные пептиды (< 5 кДа), которые содержат модифицированные аминокислотные остатки, так называемые лантибиотики; класс II — малые термостабильные пептиды (< 10 кДа), которые не содержат модифицированные аминокислотные остатки; класс III — термолабильные антимикробные протеины (> 25 кДа) и класс IV — малые термостабильные циклические пептиды (< 8 кДа) [3, 5] (табл. 1).
В настоящее время также используется классификация бактериоцинов, в основе которой лежит особенность консенсусной последовательности (табл. 2).

Спектр действия бактериоцинов

Бактериоцины различных классов, оказывая действие на грамположительные и грамотрицательные бактерии, используют разные молекулярные механизмы, функционирование которых приводит к нарушению целостности клеточной стенки или ингибированию синтеза нуклеиновых кислот и протеинов таргетных бактерий [18]. Установлено, что бактериоцины обладают некоторой специфичностью антибактериального действия. Так, низин, продуцируемый Lactococcus lactis subsp., и педиоцин, продуцируемый Pediococcus, проявляют выраженную активность против грамотрицательных бактерий [4, 12]. Бактериоцины различных видов Bacillus spp. ингибируют рост грамположительных бактерий [1]. 

Возможности применения бактериоцинов при инфекционных заболеваниях респираторного тракта

В настоящее время продемонстрирована эффективность применения бактериоцинов при инфекциях респираторного тракта, вызванных Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis, Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pyogenes, Pasteurella multocida [2]. Планоспорицин Planomonospora spр. DSM14920 проявляет активность против Staphylococcus aureus (МПК = 4 мкг/мл), 
Streptococcus pneumoniae (МПК = 0,25 мкг/мл) и Streptococcus pyogenes (МПК = 0,5 мкг/мл) [6]. Бактериоцины могут подавлять рост антибиотикорезистентных бактериальных штаммов. Clare Piper и соавт. [17] показали, что лактицин 3147 и низин А оказывают бактерицидное действие против MRSA и VRE. Согласно полученным экспериментальным данным, M. De Kwaadsteniet и соавт. [9] считают, что низин F может быть применен при лечении острых инфекций респираторного тракта, вызванных бактериями Staphylococcus aureus
Бактериоцины, эффективность которых продемонстрирована in vivo, представлены в табл. 3.

Выводы

Бактериоцины обладают многочисленными свойствами, необходимыми для лечения инфекций, вызванных бактериями, устойчивыми к нескольким антибактериальным препаратам, в связи с чем возможность их использования в качестве альтернативы традиционной антибиотикотерапии обсуждается в течение нескольких последних лет. В настоящее время описано более 100 лантибиотических пептидов, многие из которых используют для разработки будущих лекарственных средств. Несколько лантибиотиков в настоящее время проходят клинические и доклинические испытания. Эксперты считают, что биоинженерные лантибиотики могут способствовать преодолению антибиотикорезистентности бактериальных патогенов [11, 16, 18].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.

Bibliography

1. Abriouel H. Diversity and applications of Bacillus bacteriocins / H. Abriouel, C.M. Franz, N. Ben Omar, A. Gálvez // FEMS Microbiol. Rev. — 2011 Jan. — 35(1). — 201-32. — doi: 10.1111/j.1574-6976.2010.00244.x.
2. Ahmad V. Antimicrobial potential of bacteriocins: in therapy, agriculture and food preservation / V. Ahmad, M.S. Khan, Q.M. Jamal et al. // Int. J. Antimicrob. Agents. — 2017 Jan. — 49(1). — 1-11. — doi: 10.1016/j.ijantimicag.2016.08.016.
3. Alvarez-Sieiro P. Bacteriocins of lactic acid bacteria: extending the family / P. Alvarez-Sieiro, M. Montalbán-López, D. Mu, O.P. Kuipers // Appl. Microbiol. Biotechnol. — 2016 Apr. — 100(7). — 2939-51. — doi: 10.1007/s00253-016-7343-9.
4. Arthur T.D., Cavera V.L., Chikindas M.L. On bacteriocin delivery systems and potential applications // Future Microbiol. — 2014. — 9(2). — 235-48. — doi: 10.2217/fmb.13.148.
5. Bastos Mdo C., Coelho M.L., Santos O.C. Resistance to bacteriocins produced by Gram-positive bacteria // Microbiology. — 2015 Apr. — 161(Pt. 4). — 683-700. — doi: 10.1099/mic.0.082289-0.
6. Castiglione F. A novel lantibiotic acting on bacterial cell wall synthesis produced by the uncommon actinomycete Planomonospora sp / F. Castiglione, L. Cavaletti, D. Losi et al. // Biochemistry. — 2007 May 22. — 46(20). — 5884-95. — doi: 10.1021/bi700131x.
7. Chatterjee C. Biosynthesis and mode of action of lantibiotics / C. Chatterjee, M. Paul, L. Xie, W.A. van der Donk // Chem. Rev. — 2005 Feb. — 105(2). — 633-84. — doi: 10.1021/cr030105v.
8. Cotter P.D., Ross R.P., Hill C. Bacteriocins — a viable alternative to antibiotics? // Nat. Rev. Microbiol. — 2013 Feb. — 11(2). — 95-105. — doi: 10.1038/nrmicro2937.
9. De Kwaadsteniet M., Doeschate K.Т., Dicks L.M. Nisin F in the treatment of respiratory tract infections caused by Staphylococcus aureus // Lett. Appl. Microbiol. — 2009 Jan. — 48(1). — 65-70. — doi: 10.1111/j.1472-765X.2008.02488.x.
10. Donaldson S.H., Galietta L. New pulmonary therapies directed at targets other than CFTR // Cold Spring. Harb. Perspect. Med. — 2013 Jun 1. — 3(6). — Р. a009787. — doi: 10.1101/cshperspect.a009787.
11. Field D. Bioengineering Lantibiotics for Therapeutic Success / D. Field, P.D. Cotter, C. Hill, R.P. Ross // Front. Microbiol. — 2015 Nov 27. — 6. — 1363. — doi: 10.3389/fmicb.2015.01363.
12. Khosa S., Lagedroste M., Smits S.H. Protein Defense Systems against the Lantibiotic Nisin: Function of the Immunity Protein NisI and the Resistance Protein NSR // Front. Microbiol. — 2016 Apr 12. — 7. — 504. — doi: 10.3389/fmicb.2016.00504.
13. Kruszewska D. Mersacidin eradicates methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in a mouse rhinitis model / Kruszewska D., Sahl H.G., Bierbaum G. et al. // J. Antimicrob. Chemother. — 2004 Sep. — 54(3). — 648-53. — doi: 10.1093/jac/dkh387.
14. Lohans C.T., Vederas J.C. Development of Class IIa Bacteriocins as Therapeutic Agents // Int. J. Microbiol. — 2012. — 2012. — 386410. — doi: 10.1155/2012/386410.
15. Ongey E.L. Pharmacological and pharmacokinetic properties of lanthipeptides undergoing clinical studies / E.L. Ongey, H. Yassi, S. Pflugmacher, P. Neubauer // Biotechnol. Lett. — 2017 Apr. — 39(4). — 473-482. — doi: 10.1007/s10529-016-2279-9.
16. Ongey E.L., Neubauer P. Lanthipeptides: chemical synthesis versus in vivo biosynthesis as tools for pharmaceutical production // Microb. Cell Fact. — 2016 Jun 7. — 15. — 97. — doi: 10.1186/s12934-016-0502-y. 
17. Piper C. A comparison of the activities of lacticin 3147 and nisin against drug-resistant Staphylococcus aureus and Enterococcus species / C. Piper, L.A. Draper, P.D. Cotter et al. // J. Antimicrob. Chemother. — 2009 Sep. — 64(3). — 546-51. — doi: 10.1093/jac/dkp221.
18. Rios A.C. Alternatives to overcoming bacterial resistances: State-of-the-art / A.C. Rios, C.G. Moutinho, F.C. Pinto et al. // Microbiol. Res. — 2016 Oct. — 191. — 51-80. — doi: 10.1016/j.micres.2016.04.008.
19. Shin J.M. Biomedical applications of nisin / J.M. Shin, J.W. Gwak, P. Kamarajan et al. // J. Appl. Microbiol. — 2016 Jun. — 120(6). — 1449-65. — doi: 10.1111/jam.13033.
20. Singh S. Antimicrobial seafood packaging: a review / S. Singh, M. Ho Lee, L. Park et al. // J. Food Sci. Technol. — 2016 Jun. — 53(6). — 2505-18. — doi: 10.1007/s13197-016-2216-x.
21. Tagg J.R. Prevention of streptococcal pharyngitis by anti-Streptococcus pyogenes bacteriocin-like inhibitory substances (BLIS) produced by Streptococcus salivarius // Indian J. Med. Res. — 2004 May. — 119 Suppl. — 13-6. — PMID: 15232154.

Similar articles

Бактерицидная активность пробиотических средств
Authors: Абатуров А.Е., Герасименко О.Н., Высочина И.Л., Кривуша Е.Л., Агафонова Е.А. - Государственное учреждение «Днепропетровская медицинская академия Министерства; здравоохранения Украины»; Гирина И.А., Узилевская И.А. - КУ «Днепропетровская городская детская клиническая больница № 1» Днепропетровского областного совета
"Child`s Health" 8 (51) 2013
Date: 2014.01.13
Categories: Family medicine/Therapy, Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Proteases that degrade the biofilm matrix
Authors: Абатуров А.Е.
ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», г. Днепр, Украина

"Child`s Health" Том 15, №3, 2020
Date: 2020.06.07
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Possibilities of using lantibiotics to prevent recurrent  upper respiratory tract infections in children
Authors: Крючко Т.О., Ткаченко О.Я.
Вищий державний навчальний заклад України «Українська медична стоматологічна академія», м. Полтава, Україна

"Child`s Health" Том 12, №8, 2017
Date: 2018.01.26
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Drugs inhibiting the quorum-sensing of bacteria  Staphylococcus aureus
Authors: Абатуров А.Е.(1), Крючко Т.А.(2)
(1) — ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», г. Днепр, Украина
(2) — ВГНУЗ «Украинская медицинская стоматологическая академия», г. Полтава, Украина

"Child`s Health" Том 14, №3, 2019
Date: 2019.06.07
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual

Back to issue