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 13, №6, 2018

Back to issue

The effect on the availability of manganese and zinc ions for pathogenic bacteria

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

Марганець та цинк відіграють важливу роль в інфекційному процесі, зміна концентрації яких може істотно змінити перебіг захворювання. Бактеріальні патогени використовують іони марганцю як протектор, що оберігає мікроорганізм від радикальних сполук, які генеруються макроорганізмом при інфекційному процесі. Тому зміна в рівні забезпечення патогенних бактерій даними мікроелементами може змінити перебіг захворювання. Макроорганізм під час інфекційного процесу обмежує доступність марганцю для бактеріальних патогенів за допомогою кальпротектину, який може зв’язувати Mn2+, Zn2+, конкуруючи з бактеріями за дані елементи. Кальпротектин вивільняється в дуже високих концентраціях під час утворення нейтрофільних позаклітинних пасток, і за рахунок секвестрування цинку він пригнічує ріст бактерій. Однак кальпротектин може також сприяти розвитку пневмонії, викликаної бактеріями Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa. Широко вивчена ефективність застосування препаратів цинку при різних інфекційних захворюваннях, застосування яких запобігає розвитку і сприяє більш легкому перебігу гострих респіраторних інфекцій, у тому числі тяжкої пневмонії у дітей.

Марганец и цинк играют определенную роль в инфекционном процессе, изменение концентрации которых может существенно изменить течение заболевания. Бактериальные патогены используют ионы марганца как протектор, предохраняющий микроорганизм от радикальных соединений, которые генерируются макроорганизмом при инфекционном процессе. Поэтому изменение в уровне обеспечения патогенных бактерий данными микроэлементами может изменить течение заболевания. Макроорганизм во время инфекционного процесса ограничивает доступность марганца для бактериальных патогенов с помощью кальпротектина, который может хелатировать Mn2+, Zn2+, конкурируя с бактериальными патогенами за данные элементы. Кальпротектин высвобождается в очень высоких концентрациях во время образования нейтрофильных внеклеточных ловушек, и за счет секвестрации цинка он ингибирует рост бактерий. Однако кальпротектин может и способствовать развитию пневмонии, вызванной бактериями Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa. Широко изучена эффективность применения препаратов цинка при различных инфекционных заболеваниях, применение которых предотвращает развитие и способствует более легкому течению острых респираторных инфекций, в том числе тяжелой пневмонии у детей.

Manganese and zinc play a role in the infectious process, wherein a change in the concentration of manganese and zinc can significantly impact the disease course. Bacterial pathogens utilize manganese ions as a protector that protects the organism from compounds of radicals generated by macroorganisms in infectious process. Therefore, a change in the level of supply of pathogenic bacteria with these microelements can impact the disease course. The macroorganism in the infectious process limits the availability of manganese for bacterial pathogens with the help of calprotectin, which can chelate Mn2+, Zn2+, competing with bacterial pathogens for these elements. Calprotectin is released at very high concentrations during the formation of neutrophilic extracellular traps, wherein calprotectin inhibits bacterial growth by sequestering zinc. However, calprotectin can promote the development of pneumonia caused by bacteria Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa. The effectiveness of the use of zinc preparations for various infectious dise­ases is widely studied, wherein the use of such preparations prevents the development of acute respiratory infections and contributes to milder course, including severe pneumonia in children.


Keywords

пневмонії; марганець; цинк; патогенні бактерії; препарати цинку

пневмонии; марганец; цинк; патогенные бактерии; препараты цинка

pneumonia; manganese; zinc; pathogenic bacteria; zinc drugs


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Achouiti A. Myeloid-related protein-14 contributes to protective immunity in gram-negative pneumonia derived sepsis / A. Achouiti, T. Vogl, C.F. Urban et al. // PLoS Pathog. — 2012. — № 8(10). — Р. e1002987. — doi: 10.1371/journal.ppat.1002987.
2. Achouiti A. Myeloid-related protein-8/14 facilitates bacterial growth during pneumococcal pneumonia / A. Achouiti, T. Vogl, H. Endeman et al. // Thorax. — 2014 Nov. — № 69(11). — Р. 1034-42. — doi: 10.1136/thoraxjnl-2014-205668. 
3. AlMatar M. The Role of Nanoparticles in the Inhibition of Multidrug-resistant Bacteria and Biofilms / M. AlMatar, E.A. Makky, I. Var, F. Koksal // Curr. Drug. Deliv. — 2017 Dec 7. — doi: 10.2174/1567201815666171207163504.
4. Barnese K. Biologically relevant mechanism for catalytic superoxide removal by simple manganese compounds / K. Barnese, E.B. Gralla, J.S. Valentine, D.E. Cabelli // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2012 May 1. — № 109(18). — Р. 6892-7. — doi: 10.1073/pnas.1203051109.
5. Bayroodi E., Jalal R. Modulation of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa by ZnO nanoparticles // Iran J. Micro–biol. — 2016 Apr. — № 8(2). — Р. 85-92. — PMID: 27307973.
6. Bhandari N. Effect of routine zinc supplementation on pneumonia in children aged 6 months to 3 years: randomised controlled trial in an urban slum / N. Bhandari, R. Bahl, S. Taneja et al. // BMJ. — 2002 Jun 8. — № 324(7350). — 1358. — PMID: 12052800.
7. Bhande R.M. Enhanced synergism of antibiotics with zinc oxide nanoparticles against extended spectrum β-lactamase producers implicated in urinary tract infections / R.M. Bhande, C.N. Khobragade, R.S. Mane et al. // J. Nanopart. Res. — 2013. — № 15. — Р. 1413-1426. — doi: 10.1007/s11051-012-1413-4.
8. Bobat R. Safety and efficacy of zinc supplementation for children with HIV-1 infection in South Africa: a randomised double-blind placebo-controlled trial / R. Bobat, H. Coovadia, C. Stephen et al. // Lancet. — 2005 Nov 26. — № 366(9500). — Р. 1862-7. — DOI: 10.1016/S0140-6736(05)67756-2.
9. Brooks W.A. Effect of weekly zinc supplements on incidence of pneumonia and diarrhoea in children younger than 2 years in an urban, low-income population in Bangladesh: randomised controlled trial / W.A. Brooks, M. Santosham, A. Naheed et al. // Lancet. — 2005 Sep 17–23. — № 366(9490). — Р. 999-1004. — doi: 10.1016/S0140-6736(05)67109-7.
10. Capdevila D.A., Wang J., Giedroc D.P. Bacterial Strategies to Maintain Zinc Metallostasis at the Host-Pathogen Interface // J. Biol. Chem. — 2016 Sep 30. — № 291(40). — Р. 20858-20868. 
11. Chandrangsu P., Rensing C., Helmann J.D. Metal homeostasis and resistance in bacteria // Nat. Rev. Microbiol. — 2017 Jun. — № 15(6). — Р. 338-350. — doi: 10.1038/nrmicro.2017.15. 
12. Chen Z. Molecular Insights into Hydrogen Peroxide-sensing Mechanism of the Metalloregulator MntR in Controlling Bacterial Resistance to Oxidative Stresses / Z. Chen, X. Wang, F. Yang et al. // J. Biol. Chem. — 2017 Mar 31. — № 292(13). — Р. 5519-5531. — doi: 10.1074/jbc.M116.764126. 
13. Corbin B.D. Metal chelation and inhibition of bacterial growth in tissue abscesses / B.D. Corbin, E.H. Seeley, A. Raab et al. // Scien–ce. — 2008 Feb 15. — № 319(5865). — Р. 962-5. — doi: 10.1126/science.1152449.
14. Damo S.M. Molecular basis for manganese sequestration by calprotectin and roles in the innate immune response to invading bacterial pathogens / S.M. Damo, T.E. Kehl-Fie, N. Sugitani et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2013 Mar 5. — № 110(10). — Р. 3841-6. — doi: 10.1073/pnas.1220341110.
15. Dao D.T. Assessment of Micronutrient Status in Critically Ill Children: Challenges and Opportunities / D.T. Dao, L. Anez-Bustillos, B.S. Cho et al. // Nutrients. — 2017 Oct 28. — № 9(11). — Р. E1185. — doi: 10.3390/nu9111185.
16. Elkhatib W., Noreddin A. In Vitro Antibiofilm Efficacies of Different Antibiotic Combinations with Zinc Sulfate against Pseudomonas aeruginosa Recovered from Hospitalized Patients with Urinary Tract Infection // Antibiotics (Basel). — 2014 Feb 17. — № 3(1). — Р. 64-84. — doi: 10.3390/antibiotics3010064.
17. Ghasemi F., Jalal R. Antimicrobial action of zinc oxide nanoparticles in combination with ciprofloxacin and ceftazidime against multidrug-resistant Acinetobacter baumannii // J. Glob. Antimicrob. Resist. — 2016 Sep. — № 6. — Р. 118-122. — doi: 10.1016/j.jgar.2016.04.007.
18. Hemeg H.A. Nanomaterials for alternative antibacterial the–rapy // Int. J. Nanomedicine. — 2017 Nov 10. — № 12. — Р. 8211-8225. — doi: 10.2147/IJN.S132163.
19. Isaei E. Novel Combinations of Synthesized ZnO NPs and Ceftazidime: Evaluation of their Activity against Standards and New Clinically Isolated Pseudomonas aeruginosa / E. Isaei, S. Mansouri, F. Mohammadi et al. // Avicenna J. Med. Biotechnol. — 2016 Oct-Dec. — № 8(4). — Р. 169-174. — PMID: 27920884.
20. Janaki A.C., Sailatha E., Gunasekaran S. Synthesis, cha–racteristics and antimicrobial activity of ZnO nanoparticles // Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. — 2015 Jun 5. — № 144. — Р. 17-22. — doi: 10.1016/j.saa.2015.02.041.
21. Johnstone T.C., Nolan E.M. Beyond iron: non-classical biological functions of bacterial siderophores // Dalton Trans. — 2015 Apr 14. — № 44(14). — Р. 6320-39. — doi: 10.1039/c4dt03559c.
22. Juttukonda L.J. Dietary Manganese Promotes Staphylococcal Infection of the Heart / L.J. Juttukonda, E.T.M. Berends, J.P. Zackular et al. // Cell Host Microbe. — 2017 Oct 11. — № 22(4). — Р. 531-542. — doi: 10.1016/j.chom.2017.08.009. 
23. Karyadi E. A double-blind, placebo-controlled study of vitamin A and zinc supplementation in persons with tuberculosis in Indonesia: effects on clinical response and nutritional status / E. Karyadi, C.E. West, W. Schultink et al. // Am. J. Clin. Nutr. — 2002 Apr. — № 75(4). — Р. 720-7. — PMID: 11916759. 
24. Król A. Zinc oxide nanoparticles: Synthesis, antiseptic acti–vity and toxicity mechanism / A. Król, P. Pomastowski, K. Rafińska et al. // Adv. Colloid Interface Sci. — 2017 Nov. — № 249. — Р. 37-52. — doi: 10.1016/j.cis.2017.07.033.
25. Kunkalekar R.K. Silver-doped manganese dioxide and trioxide nanoparticles inhibit both gram positive and gram negative pathogenic bacteria / R.K. Kunkalekar, M.S. Prabhu, M.M. Naik, A.V. Salker // Colloids Surf. B Biointerfaces. — 2014 Jan 1. — № 113. — Р. 429-34. — doi: 10.1016/j.colsurfb.2013.09.036.
26. Lassi Z.S., Moin A., Bhutta Z.A. Zinc supplementation for the prevention of pneumonia in children aged 2 months to 59 months // Cochrane Database Syst. Rev. — 2016 Dec 4. — № 12. — CD005978. — doi: 10.1002/14651858.CD005978.pub3.
27. Madhumitha G., Elango G., Roopan S.M. Biotechnological aspects of ZnO nanoparticles: overview on synthesis and its applications // Appl. Microbiol. Biotechnol. — 2016 Jan. — № 100(2). — Р. 571-81. — doi: 10.1007/s00253-015-7108-x. 
28. Mahalanabis D. Randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial of the efficacy of treatment with zinc or vitamin A in infants and young children with severe acute lower respiratory infection / D. Mahalanabis, M. Lahiri, D. Paul. et al. // Am. J. Clin. Nutr. — 2004 Mar. — № 79(3). — Р. 430-6. — PMID: 14985218.
29. Malik A. Zinc supplementation for prevention of acute respiratory infections in infants: a randomized controlled trial / A. Malik, D.K. Taneja, N. Devasenapathy, K. Rajeshwari // Indian Pediatr. — 2014 Oct. — № 51(10). — Р. 780-4. — PMID: 25362008.
30. Martinez-Estevez N.S., Alvarez-Guevara A.N., Rodriguez-Martinez C.E. Effects of zinc supplementation in the prevention of respiratory tract infections and diarrheal disease in Colombian children: A 12-month randomised controlled trial // Allergol. Immunopathol. (Madr.). — 2016 Jul-Aug. — № 44(4). — Р. 368-75. — doi: 10.1016/j.aller.2015.12.006.
31. McDevitt C.A. A molecular mechanism for bacterial susceptibility to zinc / C.A. McDevitt, A.D. Ogunniyi, E. Valkov et al. // PLoS Pathog. — 2011 Nov. — № 7(11). — Р. e1002357. — doi: 10.1371/journal.ppat.1002357.
32. Merchant A.T., Spatafora G.A. A role for the DtxR fami–ly of metalloregulators in gram-positive pathogenesis // Mol. Oral. Microbiol. — 2014 Feb. — № 29(1). — Р. 1-10. — doi: 10.1111/omi.12039.
33. Palmer L.D., Skaar E.P. Transition Metals and Virulence in Bacteria // Annu Rev. Genet. — 2016 Nov 23. — № 50. — Р. 67-91. — doi: 10.1146/annurev-genet-120215-035146.
34. Parker D.L. Pyoverdine synthesis by the Mn(II)-oxidizing bacterium Pseudomonas putida GB-1 / D.L. Parker, S.W. Lee, K. Geszvain et al. // Front Microbiol. — 2014 May 7. — № 5. — 202. — doi: 10.3389/fmicb.2014.00202.
35. Poole K. At the Nexus of Antibiotics and Metals: The Impact of Cu and Zn on Antibiotic Activity and Resistance // Trends Microbiol. — 2017 Oct. — № 25(10). — Р. 820-832. — doi: 10.1016/j.tim.2017.04.010.
36. Rudramurthy G.R. Nanoparticles: Alternatives Against Drug-Resistant Pathogenic Microbes / G.R. Rudramurthy, M.K. Swamy, U.R. Sinniah, A. Ghasemzadeh // Molecules. — 2016 Jun 27. — № 21(7). — Р. E836. — doi: 10.3390/molecules21070836.
37. Sakulchit T., Goldman R.D. Zinc supplementation for pediatric pneumonia // Can. Fam. Physician. — 2017 Oct. — № 63(10). — Р. 763-765. — PMID: 29025801.
38. Sazawal S. Zinc supplementation reduces the incidence of acute lower respiratory infections in infants and preschool children: a double-blind, controlled trial / S. Sazawal, R.E. Black, S. Jalla et al. // Pediatrics. — 1998 Jul. — № 102(1 Pt. 1). — Р. 1-5. — PMID: 9651405. 
39. Shah U.H. The efficacy of zinc supplementation in young children with acute lower respiratory infections: a randomized double-blind controlled trial / U.H. Shah, A.K. Abu-Shaheen, M.A. Malik et al. // Clin. Nutr. — 2013 Apr. — № 32(2). — Р. 193-9. — doi: 10.1016/j.clnu.2012.08.018.
40. Thati V. Nanostructured zinc oxide enhances the activity of antibiotics against Staphylococcus aureus / V. Thati, A.S. Roy, Prasad Ambika et al. // J. Biosci. Technol. — 2010. — № 1. — Р. 64-69.
41. Thatoi P. Photo-mediated green synthesis of silver and zinc oxide nanoparticles using aqueous extracts of two mangrove plant species, Heritiera fomes and Sonneratia apetala and investigation of their biomedical applications / P. Thatoi, R.G. Kerry, S. Gouda et al. // J. Photochem. Photobiol. B. — 2016 Oct. — № 163. — Р. 311-8. — doi: 10.1016/j.jphotobiol.2016.07.029.
42. Vimbela G.V. Antibacterial properties and toxicity from metallic nanomaterials / G.V. Vimbela, S.M. Ngo, C. Fraze et al. // Int. J. Nanomedicine. — 2017 May 24. — № 12. — Р. 3941-3965. — doi: 10.2147/IJN.S134526.
43. Wakeman C.A. The innate immune protein calprotectin promotes Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus interaction / C.A. Wakeman, J.L. Moore, M.J. Noto et al. // Nat. Commun. — 2016 Jun 15. — № 7. — 11951. — doi: 10.1038/ncomms11951.
44. Wątły J., Potocki S., Rowińska-Żyrek M. Zinc Homeostasis at the Bacteria/Host Interface-From Coordination Chemistry to Nutritional Immunity // Chemistry. — 2016 Nov 2. — № 22(45). — Р. 15992-16010. — doi: 10.1002/chem.201602376. 
45. Zogzas C.E., Mukhopadhyay S. Inherited Disorders of Manganese Metabolism // Adv. Neurobiol. — 2017. — № 18. — Р. 35-49. — doi: 10.1007/978-3-319-60189-2_3.

Similar articles

Drug limitation of the availability of iron ions for pathogenic bacteria (part 1)
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

"Child`s Health" Том 13, №4, 2018
Date: 2018.07.20
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Antibiofilm therapy in the treatment of respiratory infectious diseases caused  by bacterial pathogens
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

"Child`s Health" Том 13, №7, 2018
Date: 2018.12.18
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Inhibition of bacterial virulence factors as a method of treating bacterial pneumonia
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

"Child`s Health" Том 13, №2, 2018
Date: 2018.05.24
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Dispersion of bacterial biofilm and chronization of respiratory tract infection
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

"Child`s Health" Том 14, №5, 2019
Date: 2019.09.18
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual

Back to issue