Образование биопленок кишечными бактериями под действием экстрактов лекарственных растений

Современные клинические наблюдения свидетельствуют о том, что микробиоценозы в кишечнике человека и животных являются интегральной частью организма хозяина и функционируют как своеобразный орган. Подобно тому, как эукариотические клетки органов и тканей высших организмов дифференцировались и выполняют определенные функции, так и симбиотические ассоциации анаэробных бактерий также специализировались, регулируя конкретные биохимические реакции и физиологические функции макроорганизма в естественных условиях его обитания. Состояние микрофлоры кишечника напрямую зависит от особенностей питания хозяина. Результаты многих исследований свидетельствуют о положительном влиянии компонентов растительной пищи на экологию кишечных бактерий [1]. В последние годы особое внимание исследователей сосредоточено на растительных полифенолах, обладающих выраженным антиоксидантным действием на макроорганизм. Существует предположение о том, что прямое антиоксидантное действие полифенолы проявляют лишь непосредственно в кишечнике хозяина [2], при этом его микрофлора активно участвует в метаболизме полифенолов. Ранее нами было показано, что полифенолы и богатые полифенолами экстракты растений оказывают защитное действие на бактерии Escherichia coli от окислительного стресса [35].

Следует отметить, что представители нормальной микрофлоры существуют в организме человека и животных в форме фиксированных сообществ, представляющих собой биопленки. В таком виде нормальная микрофлора, как перчатка, покрывает слизистые оболочки и становится менее чувствительной к воздействию неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы или их комбинаций по сравнению со свободно плавающими бактериями, а также может препятство-

вать колонизации патогенных микроорганизмов.

Однако влияние полифенол-содержащих биосубстратов на способность кишечных бактерий образовывать биопленки мало изучено.

Целью данной работы явилось изучение влияния экстрактов растений, широко используемых в народной и официальной медицине, на образование биопленок бактериями Escherichia coli .

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Водные экстракты были приготовлены из коммерческих фармпрепаратов (ОАО «Красногорск-лексредства», «Иван-чай»), зеленый и черный чай – из препаратов Greenfield “Golden Ceylon”.

Влияние экстрактов на биопленкообразующую способность оценивали по методу [6]. Также определяли радикал-связывающую активность [7], ме-талл-хелатирующую способность экстрактов in vitro [8], продукцию пероксида экстрактами [9], а также содержание полифенолов в испытуемых экстрактах [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Выявлено достоверное повышение удельного биопленкообразования бактериями E. coli BW25113 при обработке экстрактами брусники, липы, толокнянки и чёрного чая в 2-3 раза по сравнению с клетками, не обработанными экстрактами.

Обработка бактериальных клеток экстрактами из частей березы, кукурузы, чаги и пустырника способствовала достоверному увеличению удельного биопленкообразования в 1,3-1,8 раза. В этих же условиях обработка клеток бактерий экстрактами крапивы и ламинарии оказывала противоположный эффект и приводила к достоверному снижению удельного биопленкообразования в 1,4 и 1,2 раза, соответственно, по сравнению с клетками, не обработанными экстрактами.

Результаты экспериментов по определению ра-дикал-связывающей (РСА) и металл-хелатирующей (МХА) активности in vitro и измерению скорости продукции пероксида свидетельствуют о наличии редокс-активности у испытуемых экстрактов. Установлено, что наибольшей РСА in vitro обладали экстракты черного и зеленого чая, а также экстракты толокнянки, брусники и душицы, наименьшей – хвоща и ламинарии. Наибольшей МХА обладали экстракты зеленого и черного чая, а также череды, толокнянки и березы, наименьшей – экстракты подорожника, эхинацеи и брусники. Обнаружено, что среди испытуемых экстрактов с наибольшей скоростью продуцировали пероксид экстракты черного и зелёного чая, толокнянки и брусники, с наименьшей – экстракты ламинарии, эхинацеи и ноготков. Выявлена корреляция между содержанием в испытуемых экстрактах полифенолов и их РСА активностью, а также способностью продуцировать пероксид (коэффициенты корреляции r составили + 0,97 и +0,89, соответственно).

Корреляционный анализ данных указывает на наличие связей между удельным биоплёнкообразо-ванием в обработанных экстрактами культурах и способностью экстрактов продуцировать пероксид (r =+0,89), а также содержанием полифенолов в испытуемых экстрактах (r =+0,73). Следует отметить, что характер влияния зеленого чая на удельное биопленкообразование в этих условиях отличается от обнаруженной зависимости. Это можно объяснить особыми свойствами компонентов зеленого чая, в частности, их проникающей способностью.

Полученные результаты свидетельствуют о модулирующем влиянии ряда экстрактов лекарственных растений на биопленкообразующую способность кишечных бактерий. Показано, что характер влияния может варьировать в зависимости от редокс-свойств испытуемых экстрактов и содержания в них полифенолов.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение 8114, гранта Президента РФ МК-1763.2012.4 для молодых ученых, гранта №12-И-4-2072 по Программе интеграционных проектов Президиума УрО РАН.