Сравнительная антибактериальная активность новых поверхностно активных веществ и известных антибиотиков в отношении полевых изолятов и референтного штамма Escherichia Coli

УДК 619: 616.993.192
DOI 10.33861/2071-8020-2024-3-19-22

Зубенко А. А., Сазонова Е. А., Авраменко М. В., Фетисов Л. Н., Святогорова А. Е.
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт -
филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения
«Федеральный Ростовский аграрный научный центр», г. Новочеркасск

Борьба с микробными инфекциями, обусловленными резистентными и полирезистентными возбудителями, требует применения новых соединений, что заставляет исследователей прилагать усилия по разработке новых более мощных и значимых препаратов. В СКЗНИВИ в течение ряда лет проводятся исследования по синтезу антимикробных средств неантибиотического происхождения, к которым у микроорганизмов медленно развивается лекарственная устойчивость. Также ведутся работы по синтезу новых антимикробных веществ различных классов на основе природных соединений и азотсодержащих гетероциклов.

В предыдущие годы нами разработаны новые методы синтеза гетероциклических систем на основе новых реакций рециклизации, что позволяет получать новые гетероциклы и открывает путь к структурам, которые трудно получать известными методами.

Так, в 2021 году разработан оригинальный метод трансформации (рециклизации) производных изохинолинового ряда в бе-та-орто-тиазолиларил-этиламинов [10].

Предложена реакция расширения цикла в гетероциклических шестичленных карбодитиотатах в новые производные азепино-нов. Предложен метод получения неизвестных ранее азепин-фу-рановых спироциклических систем. Разработаны методы синтеза 2-феноксипроизводных пиридина. Разработаны методы синтеза тиоариловых производных пиридина.

В ходе проведённых в 2022 году исследований синтезированы 13 соединений дитиокислот и тиоамидов ряда бензимидазола, у части которых установлены как антибактериальные, так и протистоцидные свойства; синтезированы 24 новых производных имидазола, обладающих различной степени фунгистатиче-ской активностью; были синтезированы 15 новых соединений ряда бензтиофена, содержащие 2-аминоэтильный фрагмент, у веществ были установлены антибактериальная, протистоцидная и сочетанная активность в отношении микроорганизмов; синтезированы 14 новых структур индазола, у которых обнаружили широкий спектр антимикробной активности; синтезировано 45 новых производных тиазолов и бензтиазолов, обладающих высокой антибактериальной и фунгистатической активностью [1, 2, 3, 5, 8, 9, 15, 16, 17, 19].

Борьба с тенденцией обесценивания существующих антибиотиков является трудной и теперь уже постоянной задачей глобального уровня. В связи с этим существует перманентная необходимость в открытии всё новых и всё более мощных антибиотиков и антибактериальных препаратов, особенно таких, которые имеют пониженную склонность к индуцированию спонтанной резистентности.

В ряду новых антимикробных средств неантибиотического происхождения исследователями рассматриваются также поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их производные. Сочетание поверхностной активности и антимикробных свойств широкого спектра действия делают эти соединения привлекательными для фармацевтической химии [7].

Значимость поверхностно-активных веществ в биологии постоянно возрастает. Известно, что такие природные ПАВ, как, например, соли желчных кислот, играют важную роль в транспорте и адсорбции липидов, являются солюбилизаторами холестерина, обеспечивают вывод лекарств и токсичных веществ из организма [4].

С помощью синтетических поверхностно-активных веществ решаются теоретические вопросы фармацевтической химии и прикладные задачи, связанные с разработкой новых антибактериальных ПАВ, например, их сочетанием с известными препаратами с целью изменения их фармакокинетики и фармакодинамики.

Широко применяются различные системы доставки в клетки лекарственных препаратов с помощью ПАВ. Так, в работе Yizhen Chen показана возможность трёхкратного повышения растворимости ибупрофена в микроэмульсии ПАВ при сохранении его биодоступности. L. Tavano с соавторами [13] показали, что инкапсулирование антибактериального препарата ципрофлоксацина приводит к усилению его биологической активности. В работе Tsong-Long Hwang [12] сделана оценка перспектив использования катионных ПАВ для создания наночастиц, включающих лекарственные препараты.

Ведётся интенсивный поиск ПАВ, выделяемых из биологических объектов. В работе Deisi Altmajer Vaz [18] подобное вещество было выделено из Bacillus subtilis. Авторы сделали вывод, что выделенное вещество является многообещающей альтернативой коммерческих ПАВ с большим потенциалом использования.

M. Benko с соавторами [11] показали, что ПАВ могут образовывать агрегаты с включением лекарственных средств с контролируемым высвобождением лекарственных молекул.

Российскими учеными изучаются антибактериальные, иммуностимулирующие, антивирусные свойства ПАВ и их применение в ветеринарной медицине.

Поверхностно-активные вещества представляют большой интерес для здравоохранения и ветеринарии, так как лекарственная устойчивость к ним развивается медленно, токсичность их низкая, действие комплексное (антимикробное, химиотерапевтическое, местноанестезирующее, репаративное, противовоспалительное, фунгицидное, противовирусное, иммуномодулирующее). Наилучшими в этом отношении являются катионактивные детергенты. Благодаря сочетанию поверхностной активности и бактерицидных свойств они перспективны для применения в фармацевтической технологии [6].

Зубенко А. А. и соавторами разработана большая группа катионных ПАВ, которые зарегистрированы в виде изобретений: Патент РФ № 2612004. Способ лечения ран у животных; Патент РФ № 2711195. Способ лечения маститов у животных; Патент РФ № 2634247. Способ стимуляции иммунного ответа и препарат для его осуществления.

В СКЗНИВИ в течение ряда лет также проводятся работы по синтезу и изучению биологической активности новых поверхностно-активных веществ разных классов.

Целью наших исследований 2023 года было изучение сравнительной чувствительности полевых изолятов кишечной палочки и референтного штамма к синтезированным нами новым поверхностно-активным соединениям и антибиотикам разных классов.

Материалы и методы исследований. Антибактериальную активность определяли диско-диффузионным методом. Для исследований использовали питательный агар, который заливали в чашки Петри по 25 мл в каждую. Чашки подсушивали в течение 10-20 минут. На поверхность чашек Петри с питательной средой наносили микропипеткой взвесь бактериальной культуры полевого изолята Escherichia coli или референтного штамма Escherichia coli (штамм ВКМ V-820) густотой 0,5x109 мкл/мл (5 единиц оптического бактериального стандарта). Распределяли взвесь равномерно по поверхности среды, избыток удаляли. Чашки подсушивали 20-30 минут. Размечали на сектора (3-6). В сектора размещали по 1 диску из картона фильтровального НД-ПМП-1 ГОСТ 6722-75. На диск наносили микропипеткой 15 мкл суспензии испытуемого соединения на дистиллированной воде концентрацией 1 000 мкг/мл, что составляет 15 мкг препарата на каждый диск. Подготовленные чашки помещали в термостат при 37°C на 24 часа. Оценивали величину зоны задержки роста бактериальной культуры вокруг диска в мм. Методика в модификации СКЗНИВИ описана в высокорейтинговом зарубежном журнале [14, 20].

Для оценки чувствительности полевых изолятов бактерий, резистентных к антибитотикам использовали синтезированные нами поверхностно-активные вещества (ПАВ): №№ 1602, 1603, 1604, 1605, 1606 (указаны номера из лабораторного журнал ТК «Химсинтеза СКЗНИВИ»).

В качестве полевых изолятов использовали 5 культур Escherichia coli, выделенных от коров и телят двух хозяйств Аксайского района Ростовской области. Эти штаммы Escherichia coli были устойчивы к амоксициллину (5 штаммов), левомицетину (4 штамма), бензилпенициллину (5 штаммов), неомицину (5 штаммов), норфлоксацину (5 штаммов). Выделение и определение чувствительности изолятов бактерий к антибиотикам выполнены сотрудниками СКЗНИВИ «ТК по изучению инфекционной патологии сельскохозяйственных животных».

Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 1 представлены результаты изучения антибактериальной активности новых поверхностно-активных соединений и антибиотиков различных классов в отношении 5 полевых изолятов и референтного штамма Escherichia coli ВКМ В-820.

Таким образом, установлена значительная антибактериальная активность новых ПАВ (№№ 1602, 1603 и 1604) политропного типа, т.е. эти соединения подавляют рост всех полевых изо-лятов и референтного штамма Escherichia coli. Причём уровень их активности превышает уровень цефалоспоринов (цефазолин, цефалексин) и был близок уровню ципрофлоксацина (антибиотик из ряда фторхинолонов).

Данные таблицы свидетельствуют также о том, что антибиотики с длительной историей применения теряют антибактериальную активность. Результаты наших исследований подтверждают

Таблица 1 Чувствительность референтного штамма и полевых изолятов Escherichia coli к новым ПАВ и антибиотикам

Препараты	Антибактериальная активность, диско-дифф			эузионный метод, зона задержки роста, мм
	Escherichia coli № 1	Escherichia coli №2	Escherichia coli №3	Escherichia coli №4	Escherichia coli №5	Escherichia coli ВКМ В-820
ПАВ №1(1602*)	12	30	32	28	40	27
ПАВ №2(1603*)	13	28	26	26	40	22
ПАВ №3(1604*)	0/12	10	8	7	8	10
ПАВ№4(1605*)	10	0	13	0	0	11
ПАВ№5(1606*)	0/16	0	7	0	0	10
Амоксицилин	0	0	0	0	0	0
Ампициллин	15	0	0	0	0	0
Бензилпенициллин	0	0	0	0	0	0
Левомицетин	20	0	0	0	0	25
Гентамицин	0	15	17	14	13	26
Неомицин	0	0	0	0	0	30
Канамицин	0	0	0	0	0	18
Полимиксин	0	0	0	0	0	0
Оксациллин	0	0	0	0	0	0
Тетрациклин	0	0	0	0	0	12
Эритромицин	12	0	0	0	0	25
Цефалексин	0	15	17	14	15	0
Цефазолин	0	20	18	15	20	0
Ципрофлоксацин	32	18	15	16	19	23
Норфлоксацин	0	0	0	0	0	30

Примечание: * - 1602-1606 номера из лабораторного журнала ТК «Химсинтеза СКЗНИВИ»

выводы многих исследователей о растущей резистентности бактерий. Полевые изоляты кишечной палочки (5 штаммов) были резистентными к препаратам ряда пенициллина (амоксициллин, ампициллин, бензилпенициллин, оксациллин). Пять штаммов Escherichia coli были также резистентными к аминогликозидам: неомицину и канамицину, а также к полимиксину и тетрациклину, левомицетину и эритромицину.

Наши исследования подтверждают также тезис о том, что референтные (музейные) культуры микроорганизмов более чувствительны к антибактериальным препаратам, чем полевые изо-ляты. Так референтный штамм Escherichia coli ВКМ В-820 был чувствителен к 13 соединениям (65% испытанных препаратов) и ко всем новым ПАВ, в то время как полевые изоляты кишечной палочки № 1 и № 3 были чувствительны к 9 соединениям (45% препаратов), а изоляты №№ 2, 4 и 5 были чувствительны лишь к 7 соединениям (35% препаратов).

Из традиционных антибиотиков лишь гентамицин (ряд макролидов) был активным и к полевым изолятам Escherichia coli (4 штамма) и референтному штамму Escherichia coli ВКМ В-820.

Заключение. Синтезированы новые ПАВ, обладающие антибактериальной активностью в отношении антибиотико-резистентных полевых изолятов Escherichia coli.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-26-00084, https://rscf.ru/ project/24-26-00084/.

Список литературы:

1. Антипротозойная активность галогенпроизводных имидазольных систем / А. А. Зубенко, Л. Н. Фетисов, А. Е. Святогорова [и др.] // Ветеринария Кубани. 2022. № 5. С. 28-31. DOI 10.33861/2071-8020-20225-28-31. EDN IADQCO.

2. Бензтиофены, содержащие 2-аминоэтильный фрагмент: синтез, антибактериальная, антипротозойная и фунгистатическая активность / В. В. Чекрышева, Г. А. Урбан, А. А. Зубенко [и др.] // Ветеринария и кормление. 2022. № 3. С. 39-42. DOI 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-3-8. EDN CZITPK.

3. Биологическая активность дитиокислот и тиоамидов ряда бензимидазола / А. И. Клименко, А. А. Зубенко, Л. Н. Фетисов [и др.] // Ветеринария и кормление. 2022. № 2. С. 4-6. DOI 10.30917/ ATT-VK-1814-9588-2022-2-1. EDN TJYDRB.

4. Захарченко, Н. Л. Влияние солей желчных кислот на структуру модельной клеточной мембраны / Н. Л. Захарченко, Б. З. Идиятулин, Ю. Ф. Зуев // Молекулярная биофизика и физика биомолекул. 2017. С. 200-204.

5. Зубенко, А. А. Синтез и антипротозойная активность производных алкалоида пеганина / А. А. Зубенко, Л. Н. Фетисов, А. Е. Святогорова // Ветеринария Северного Кавказа. 2022. № S5. С. 16-29. DOI 10.56660/77368_2022_5_16. EDN ROPDYH.

6. Крейнгольд, С. У. Определение четвертичных солей аммония и алкиламинов при их совместном присутствии в дезинфицирующих препаратах / С. У. Крейнгольд, К. А. Шестаков // Дезинфекционное дело. 2000. № 3. С. 32-33.

7. Лифенцова, М. Н. Фармакология и применение гуанидинового производного роксацина / М. Н. Лифенцова // КубГАУ. 2013. С. 21.

8. Поиск биологически активных соединений в ряду производных индазола / А. А. Зубенко, Л. Н. Фетисов, К. Н. Кононенко [и др.] // Ветеринария и кормление. 2022. № 3. С. 35-38. DOI 10.30917/ ATT-VK-1814-9588-2022-3-10. EDN LWKPGY.

9. Поиск фунгистатиков в ряду имидазола / А. А. Зубенко, Л. Н. Ди-ваева, Л. Н. Фетисов [и др.] // Ветеринария и кормление. 2022. № 5. С. 14-16. DOI 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-5-4. EDN SVOQFZ.

10. Синтез и антипротозойная активность тиоариловых эфиров ряда пиридина / Л. Н. Фетисов, А. А. Зубенко, К. Н. Кононенко [и др.] // Ветеринария и кормление. 2021. № 5. С. 31-34. DOI 10.30917/ ATT-VK-1814-9588-2021-5-8. EDN CSFJWV.

11. Benko M., Varga N., Sebok D. et al. Bovine serum albumin-sodium alkyl sulfates bioconjugates as drug delivery systems // Original Research Article Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2015. Vol. 130. P. 126-132.

12. Hwang Tsong-Long, Sung Calvin T., Aljuffali Ibrahim A. et al. Cationic

surfactants in the form of nanoparticles and micelles elicit different human neutrophil responses: a toxicological study // Original Research Article. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. Vol. 114. P. 334-341.

13. Tavano L., Pinazo A., Abo-Riya M. et al. Cationic vesicles based on biocompatible diacyl glycerol-arginine surfactants: Physicochemical properties, antimicrobial activity, encapsulation efficiency and drug release // Original Research Article Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. Vol. 120. P. 160-167.

14. Burlov A. S., Koshchienko Y. V., Makarova N. I. et al. Complexes of zinc(ii) with n-[2-(hydroxyalkyliminomethyl)phenyl]-4-methylbenzenesulfonamides: synthesis, structure, photoluminescence properties and biological activity // Polyhedron. 2018. Vol. 144. P. 249-258. DOI: 10.1016/j.poly.2018.01.020.

15. Zubenko A., Kartsev V., Petrou A. et al. Experimental and In Silico Evaluation of New Heteroaryl Benzothiazole Derivatives as Antimicrobial Agents // Antibiotics. 2022. No. 11. 1654. https://doi.org/10.3390/ antibiotics11111654.

16. Zubenko A. A., Klimenko A. I., Fetisov L. N. et al. New type of recyclization in 3,4-dihydroisoquinolines in the synthesis of p-(o-indazolylaryl)ethylamines and their 7-azaindazolyl analogues // Mendeleev Communications. 2022. Vol. 32. No 2. P. 271-273. DOI 10.1016/ j.mencom.2022.03.040. EDN CKJJTS.

17. Sochnev V. S., Morkovnik A. S., Zubenko A. A. et al. Novel recyclization of 3,4-dihydroisoquinolines as an efficient route to a new type of heteroarylated derivatives of в-arylethylamines // Mendeleev Communications., 2022. Vol. 32. P. 795-797. DOI: 10.1016/j. mencom.2022.11.029.3

18. Deisi Altmajer Vaz, Eduardo J. Gudina, Encarnacion Jurado Alameda et al. Performance of a biosurfactant produced by a Bacillus subtilis strain isolated from crude oil samples as compared to commercial chemical surfactants // Original Research Article. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2012. Vol. 89. P. 167-174.

19. Kartsev V., Geronikaki A., Zubenko A. et al. Synthesis and Antimicrobial Activity of New Heteroaryl(aryl) Thiazole Derivatives Molecular Docking Studies. Antibiotics. 2022. Vol. 11. 1337. https://doi. org/10.3390/ antibiotics11101337.

20. Burlov A. S., Koshchienko Y. V., Makarova N. I. et al. Synthesis, characterization, luminescent properties and biological activities of zinc complexes with bidentate azomethine schiff-base ligands // Polyhedron. 2018. Vol. 154. P. 65-76. DOI: 10.1016/j.poly.2018.07.034.

Резюме. Синтезированы новые поверхностно-активные вещества и определена антибактериальная активность в отношении полевых изо-лятов кишечной палочки. Была установлена значительная антибактериальная активность новых ПАВ, которые подавляют рост всех полевых изолятов и референтного штамма Escherichia coli. Уровень их активности превышает уровень цефалоспоринов (цефазолин, цефалексин) и был близок уровню ципрофлоксацина (антибиотик из ряда фторхинолонов). Результаты наших исследований подтверждают выводы многих исследователей о растущей резистентности бактерий, полученные данные показывают, что антибиотики с длительной историей применения стремительно теряют антибактериальную активность. Так, полевые изоляты кишечной палочки (5 штаммов) были резистентными к препаратам ряда пенициллина (амоксициллин, ампициллин, бензилпенициллин, оксациллин), к аминогликозидам (неомицину и канамицину), к полимиксину и тетрациклину, левомицетину и эритромицину. Было подтверждено, что референтные (музейные) культуры микроорганизмов более чувствительны к антибактериальным препаратам, чем полевые изоляты. Выявлено, что референтный штамм Escherichia coli ВКМ В-820 был чувствителен к 13 соединениям (65% испытанных препаратов) и ко всем новым ПАВ, в то время как полевые изоляты кишечной палочки № 1 и № 3 были чувствительны к 9 соединениям (45% препаратов), а изоляты № 2, 4 и 5 были чувствительны лишь к 7 соединениям (35% препаратов). Из традиционных антибиотиков, которые были протестированы в нашем опыте, лишь гентамицин (антибиотик из ряда макролидов) был активным и к полевым изолятам Escherichia coli (4 штамма) и референтному штамму Escherichia coli ВКМ В-820.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, антибактериальная активность, бактериальная культура, кишечная палочка, полевой изолят, референтный штамм, антибиотики, диско-диффузионный метод.

Сведения об авторах:

Зубенко Александр Александрович, доктор биологических наук, главный научный сотрудник творческого коллектива по химическому синтезу новых лекарственных соединений Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»; 346421, Ростовская область, г. Новочеркасск, Ростовское шоссе, 0; тел.: 8-928-6049743; e-mail: alexsandrzubenko@yandex.ru.

Сазонова Екатерина Александровна, научный сотрудник творческого коллектив по изучению инфекционной патологии животных Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»; 346421, Ростовская область, г. Новочеркасск, Ростовское шоссе, 0; тел.: 8-928-6049743; e-mail: yek.sazonowa2013@yandex.ru.

Авраменко Мария Владиславовна, младший научный сотрудник творческого коллектив по изучению инфекционной патологии животных Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»; 346421, Ростовская область, г. Новочеркасск, Ростовское шоссе, 0; тел.: 8-928-6049743; e-mail: gunkomasha1995@gmail.com.

Фетисов Леонид Николаевич, кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник творческого коллектива по химическому синтезу новых лекарственных соединений Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»; 346421, Ростовская область, г. Новочеркасск, Ростовское шоссе, 0; тел.: 8-908-1978224; e-mail: fetisoff.leonid2018@yandex.ru.

Ответственный за переписку с редакцией: Святогорова Александра Евгеньевна, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник творческого коллектива по химическому синтезу новых лекарственных соединений, ученый секретарь Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»; 346421, Ростовская область, г. Новочеркасск, Ростовское шоссе, 0; тел.: +7-988-9525755; e-mail: sviatogorova.a@yandex.ru.

	Полезные ссылки
Департамент ветеринарии Краснодарского края Ассоциация Практикующих Ветеринарных Врачей