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 14, №6, 2019

Back to issue

Pharmacological effect on biofilm dispersion. Derivatives of the diffusible signal factor family

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

Науковий огляд присвячений ролі представників родина дифундуючого сигнального чинника (DSF), які становлять собою цис-2-ненасичені жирні кислоти, в процесі диспергування біоплівки патогенних бактерій. Для написання статті здійснювався пошук інформації з використанням баз даних Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, Google Scholar, EMBASE, Global Health, The Cochrane Library, CyberLeninka. Охарактеризовані родина дифундуючого сигнального чинника, механізми рецепції його молекулярних представників, шляхи трансдукції і біологічні ефекти, викликані їх дією. Двокомпонентна система сенсорної кінази RpfC/регулятора RpfG, що здійснює передачу DSF-асоційованих сигналів, ідентифікована в різних бактеріальних патогенів, включаючи Xanthomonas, Enterobacter, Thiobacillus, Xylella, Serratia, Leptospirillum, Stenotrophomonas, Burkholderia, Achromobacter, Yersinia, Methylobacillus, Pantoea і Cronobacter. Внутрішньоклітинний сенсорний протеїн RpfR представляє шлях рецепції DSF та ідентифікований у бактерій Burkholderia. Мембраноасоційована гістидинкіназа PA1396 здійснює рекогніцію DSF або BDSF бактеріями Pseudomonas aeruginosa. Представлено, що рівень вірулентності різних бактеріальних патогенів може бути змодельований структурними аналогами дифундуючого сигнального фактора. Показано, що лікарські засоби, що розроблені на основі дифундуючих сигнальних чинників і впливають на механізми трансдукції викликаного ними внутрішньобактеріального сигналу, дозволять вирішити терапевтичне завдання подолання резистентності рецидивуючих і хронічних інфекційно-запальних захворювань респіраторного тракту. Більш виражене зниження життєздатності сформованих антибіотикорезистентними бактеріями Staphylococcus aureus біоплівок спостерігається при використанні цис-2-деценової кислоти в поєднанні з антибактеріальними засобами.

Научный обзор посвящен роли представителей семейства диффундирующего сигнального фактора (DSF), которые представляют собой цис-2-ненасыщенные жирные кислоты, в процессе диспергирования биопленки патогенных бактерий. Для написания статьи осуществлялся поиск информации с использованием баз данных Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, Google Scholar, EMBASE, Global Health, The Cochrane Library, CyberLeninka. Охарактеризованы семейство диффундирующего сигнального фактора, механизмы рецепции его молекулярных представителей, пути трансдукции и биологические эффекты, вызываемые их действием. Двухкомпонентная система сенсорной киназы RpfC/регулятора RpfG, осуществляющая передачу DSF-ассоциированных сигналов, идентифицирована у различных бактериальных патогенов, включая Xanthomonas, Enterobacter, Thiobacillus, Xylella, Serratia, Leptospirillum, Stenotrophomonas, Burkholderia, Achromobacter, Yersinia, Methylobacillus, Pantoea и Cronobacter. Внутриклеточный сенсорный протеин RpfR представляет путь рецепции DSF и идентифицирован у бактерий Burkholderia. Мембраноассоциированная гистидинкиназа PA1396 осуществляет рекогницию DSF или BDSF бактериями Pseudomonas aeruginosa. Представлено, что уровень вирулентности различных бактериальных патогенов может быть смодулирован структурными аналогами диффундирующего сигнального фактора. Показано, что лекарственные средства, разработанные на основе диффундирующих сигнальных факторов и влияющие на механизмы трансдукции вызванного ими внутрибактериального сигнала, позволят разрешить терапевтическую задачу преодоления резистентности рецидивирующих и хронических инфекционно-воспалительных заболеваний респираторного тракта. Более выраженное снижение жизнеспособности сформированных антибиотикорезистентными бактериями Staphylococcus aureus биопленок наблюдается при использовании цис-2-деценовой кислоты в сочетании с антибактериальными средствами.

The scientific review deals with the role of representatives of the family of the diffusible signal factor (DSF), which are cis-2-decenoic acid, in the process of dispersing biofilms of pathogenic bacteria. For writing the article, information was searched using Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, Google Scholar, EMBASE, Global Health, The Cochrane Library, CyberLeninka. The family of the diffusible signal factor, the mechanisms for the reception of its molecular representatives, the transduction pathways and the biological effects caused by their action are characterized. A two-component system of sensory kinase RpfC/regulator RpfG, which transmits DSF-associated signals, has been identified in various bacterial pathogens, including Xanthomonas, Enterobacter, Thiobacillus, Xylella, Serratia, Leptospirillum, Stenotrophomonas, Burkholderia, Achromobacter, Yersinia, Methylobacillus, Pantoea, and Cronobacter. The intracellular sensory protein RpfR represents the DSF receptor pathway and has been identified in Burkholderia bacteria. The membrane-associated histidine kinase PA1396 carries out the reconnaissance of DSF or BDSF by the bacteria Pseudomonas aeruginosa. It is shown that the virulence level of various bacterial pathogens can be modulated by structural analogues of a diffusible signal factor. It is shown that the medicines developed on the basis of diffusible signal factors and influencing the transduction mechanisms of the intra-bacterial signal caused by them will allow solving the therapeutic task of overcoming the resistance of recurrent and chronic infectious-inflammatory diseases of the respiratory tract. A more pronounced decrease in viability formed by antibiotic-resistant bacteria Staphylococcus aureus biofilms is observed when cis-2-decenoic acid is used in combination with antibacterial agents.


Keywords

диспергування біоплівки; респіраторний тракт; родина дифундуючого сигнального чинника; рецидивуючі та хронічні інфекційно-запальні захворювання; огляд

диспергирование биопленки; респираторный тракт; семейство диффундирующего сигнального фактора; рецидивирующие и хронические инфекционно-воспалительные заболевания; обзор

dispersion of biofilm; respiratory tract; family of the diffusing signaling factor; recurrent and chronic infectious and inflammatory diseases; review


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


Bibliography

1. Baudin M., Cinquin В., Sclavi В. et alUnderstanding the fundamental mechanisms of biofilms development and dispersal: BIAM (Biofilm Intensity and Architecture Measurement), a new tool for studying biofilms as a function of their architecture and fluorescence intensity. J. Microbiol. Methods. 2017 Sep. 140. Р. 47-57. doi: 10.1016/j.mimet.2017.06.021.

2. Bi H., Yu Y., Dong H. et al. Xanthomonas campestris RpfB is a fatty Acyl-CoA ligase required to counteract the thioesterase activity of the RpfF diffusible signal factor (DSF) synthase. Mol. Microbiol. 2014 Jul. 93(2). Р. 262-75. doi: 10.1111/mmi.12657.

3. Cai J.N., Kim M.A., Jung J.E. et al. Effects of combined oleic acid and fluoride at sub-MIC levels on EPS formation and viability of Streptococcus mutans UA159 biofilms. Biofouling. 2015. 31(7). Р. 555-63. doi: 10.1080/08927014.2015.1076799.

4. Cai Z., Yuan Z.H., Zhang H. et al. Fatty acid DSF binds and allosterically activates histidine kinase RpfC of phytopathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. campestris to regulate quorum-sensing and virulence. PLoS Pathog. 2017, Apr 3. 13(4). e1006304. doi: 10.1371/journal.ppat.1006304.

5. Davies D.G., Marques C.N. A fatty acid messenger is responsible for inducing dispersion in microbial biofilms. J. Bacteriol. 2009 Mar. 191(5). Р. 1393-403. doi: 10.1128/JB.01214-08.

6. Deng Y. Schmid N., Wang C. et al. Cis-2-dodecenoic acid receptor RpfR links quorum-sensing signal perception with regulation of virulence through cyclic dimeric guanosine monophosphate turnover. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012, Sep 18. 109(38). Р. 15479-84. doi: 10.1073/pnas.1205037109.

7. Deng Y., Lim A., Lee J. et al. Diffusible signal factor (DSF) quorum sensing signal and structurally related molecules enhance the antimicrobial efficacy of antibiotics against some bacterial pathogens. BMC Microbiol. 2014, Feb 27. 14. Р. 51. doi: 10.1186/1471-2180-14-51.

8. Deng Y., Liu X., Wu J. et al. The host plant metabolite glucose is the precursor of diffusible signal factor (DSF) family signals in Xanthomonas campestris. Appl Environ Microbiol. 2015 Apr. 81(8). Р. 2861-8. doi: 10.1128/AEM.03813-14.

9. Dow J.M. Diffusible signal factor-dependent quorum sensing in pathogenic bacteria and its exploitation for disease control. J. Appl Microbiol. 2017 Jan. 122(1). Р. 2-11. doi: 10.1111/jam.13307.

10. Grumezescu A.M., Saviuc C., Chifiriuc M.C. et al. Inhibitory activity of Fe(3) O(4)/oleic acid/usnic acid-core/shell/extra-shell nanofluid on S. aureus biofilm development/ A.M. Grumezescu. IEEE Trans Nanobioscience. 2011 Dec. 10(4). Р. 269-74. doi: 10.1109/TNB.2011.2178263.

11. Guilhen C., Forestier C., Balestrino D. Biofilm dispersal: multiple elaborate strategies for dissemination of bacteria with unique properties. Mol. Microbiol. 2017 Jul. 105(2). Р. 188-210. doi: 10.1111/mmi.13698.

12. He Y.W., Xu M., Lin K. et al. Genome scale analysis of diffusible signal factor regulon in Xanthomonas campestris pv. campestris: identification of novel cell-cell communication-dependent genes and functions. Mol. Microbiol. 2006 Jan. 59(2). Р. 610-22. doi: 10.1111/j.1365-2958.2005.04961.x.

13. Jennings J.A., Courtney H.S., Haggard W.O. Cis-2-decenoic acid inhibits S. aureus growth and biofilm in vitro: a pilot study. Clin. Orthop. Relat. Res. 2012 Oct. 470(10). Р. 2663-70. doi: 10.1007/s11999-012-2388-2.

14. Kaplan J.B. Biofilm dispersal: mechanisms, clinical implications, and potential therapeutic uses. J. Dent. Res. 2010 Mar. 89(3). Р. 205-18. doi: 10.1177/0022034509359403.

15. Kenny J.G., Ward D., Josefsson E. et al. The Staphylococcus aureus response to unsaturated long chain free fatty acids: survival mechanisms and virulence implications. PLoS One. 2009. 4(2). e4344. doi: 10.1371/journal.pone.0004344.

16. Le P.N.T., Desbois A.P. Antibacterial Effect of Eicosapentaenoic Acid against Bacillus cereus and Staphylococcus aureus: Killing Kinetics, Selection for Resistance, and Potential Cellular Target. Mar. Drugs. 2017, Nov 1. 15(11). pii: E334. doi: 10.3390/md15110334.

17. Liu L., Li T., Cheng X.J. et al. Structural and functional studies on Pseudomonas aeruginosa DspI: implications for its role in DSF biosynthesis. Sci. Rep. 2018, Mar 2. 8(1). 3928. doi: 10.1038/s41598-018-22300-1.

18. Marques C.N., Davies D.G., Sauer K. et al. Control of Biofilms with the Fatty Acid Signaling Molecule cis-2-Decenoic Acid/ C.N. Marques. Pharmaceuticals (Basel). 2015, Nov 25. 8(4). Р. 816-35. doi: 10.3390/ph8040816.

19. Marques C.N., Davies D.G., Sauer K. Control of Biofilms with the Fatty Acid Signaling Molecule cis-2-Decenoic Acid. Pharmaceuticals (Basel). 2015, Nov 25. 8(4). Р. 816-35. doi: 10.3390/ph8040816.

20. Rahmani-Badi A., Sepehr S., Fallahi H., Heidari-Keshe S. Dissection of the cis-2-decenoic acid signaling network in Pseudomonas aeruginosa using microarray technique. Front. Microbiol. 2015, Apr 28. 6. Р. 383. doi: 10.3389/fmicb.2015.00383.

21. Ryan R.P., An S.Q., Allan J.H. et al The DSF Family of Cell-Cell Signals: An Expanding Class of Bacterial Virulence Regulators. PLoS Pathog. 2015, Jul 16. 11(7). e1004986. doi: 10.1371/journal.ppat.1004986.

22. Ryan R.P., Dow J.M. Intermolecular interactions between HD-GYP and GGDEF domain proteins mediate virulence-related signal transduction in Xanthomonas campestris. Virulence. 2010 Sep-Oct. 1(5). Р. 404-8. doi: 10.4161/viru.1.5.12704.

23. Tang J.L., Liu Y.N., Barber C.E. et al. Genetic and molecular analysis of a cluster of Rpf genes involved in positive regulation of synthesis of extracellular enzymes and polysaccharide in Xanthomonas campestris pathovar campestris. Mol. Gen. Genet. 1991 May. 226(3). Р. 409-17. PMID: 1645442.

24. Twomey K.B., O’Connell O.J., McCarthy Y. et al. Bacterial cis-2-unsaturated fatty acids found in the cystic fibrosis airway modulate virulence and persistence of Pseudomonas aeruginosa. ISME J. 2012 May. 6(5). Р. 939-50. doi: 10.1038/ismej.2011.167.

25. Yuyama K.T., Abraham W.R. cis-2-Alkenoic Acids as Promising Drugs for the Control of Biofilm Infections. Med. Chem. 2016. 13(1). Р. 3-12. doi: 10.2174/1573406412666160506151032.

26. Zhou L., Wang X.Y., Sun S. et al. Identification and characterization of naturally occurring DSF-family quorum sensing signal turnover system in the phytopathogen Xanthomonas. Environ Microbiol. 2015 Nov. 17(11). Р. 4646-58. doi: 10.1111/1462-2920.12999.

27. Zhou L., Zhang L.H., Cámara M., He Y.W. The DSF Family of Quorum Sensing Signals: Diversity, Biosynthesis, and Turnover. Trends Microbiol. 2017 Apr. 25(4). Р. 293-303. doi: 10.1016/j.tim.2016.11.013.

Similar articles

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
Medication-induced inhibition of the activity of sensing quorum  of Pseudomonas aeruginosa 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

"Child`s Health" Том 14, №4, 2019
Date: 2019.08.05
Categories: Pediatrics/Neonatology
Sections: Specialist manual
Inhibition of bacterial quorum sensing (general concept)
Authors: Абатуров А.Е.(1), Крючко Т.А.(2)
(1) — ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», г. Днепр, Украина
(2) — Украинская медицинская стоматологическая академия, г. Полтава, Украина

"Child`s Health" Том 14, №1, 2019
Date: 2019.03.06
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