Влияние биогенных полиаминов на скольжение микобактерий в присутствии антибиотиков

Из всех известных способов передвижения бактерий скольжение является наименее изученным. Впервые описанное для микобактерий и некоторых других бактериальных видов, скольжение представляет собой пассивный способ перемещения по поверхности полужидких питательных сред у видов, лишенных органелл движения. Несмотря на отсутствие механизмов перемещения, некоторые микобактерии способны быстро колонизировать поверхности, в том числе ткани многоклеточных организмов, за счет присутствия в составе наружного слоя их клеточной стенки гликопептидолипидов, регулирующих силу трения о поверхность при перемещении. Это представляет серьезную проблему для эффективной терапии микобактериозов, вызываемых нетуберкулезными микобактериями. Кроме того, ткани многоклеточных животных содержат биогенные полиамины, которые способны повышать устойчивость микроорганизмов к различным стрессам, в том числе к антибиотикам, и модулировать коллективное движение. Поэтому исследование совместного действия биогенных полиаминов и антибиотиков на процессы распространения микобактерий представляет большой интерес для медицины. В качестве объектов исследования использованы штаммы микобактерий, включая родительский штамм Mycolicibacterium smegmatis mc² 155, а также его производные, содержащие одинарную (Δrel_Msm) или двойную (Δrel_MsmΔrelZ) хромосомные делеции. Содержание гликопептидолипидов определяли с помощью метода тонкослойной хроматографии. Интенсивность скольжения оценивали путем измерения площади скользящей колонии. Эффективность действия антибиотиков характеризовали сравнением площадей скользящих колоний в присутствии сопоставимых концентраций антибиотиков, выраженных в значениях, кратных минимальной подавляющей концентрации. Показано, что полиамины спермидин и спермин оказывают разнонаправленные эффекты на скольжение микобактерий по поверхностям полужидких сред, соответственно повышая или снижая площади колоний. При этом использовали концентрации спермидина и спермина, которые сами по себе не оказывали бактерицидный или бактериостатический эффект. Однако их совместное применение с антибиотиками стрептомицином или изониазидом приводило к снижению антибактериального эффекта, но усиливало действие синтетического аналога природного антибиотика эрогоргиаена (DMNP). Наиболее эффективным в этих условиях был рифампицин. Более того, нами установлено, что гликопептидолипиды, по-видимому, являются не единственными регуляторами скольжения микобактерий.

1. Gugliucci A. Polyamines as clinical laboratory tools. Clin. Chim. Acta. 2004;344(1-2):23-35. DOI 10.1016/j.cccn.2004.02.022.

2. Henrichsen J. Bacterial surface translocation: a survey and a classification. Bacteriol. Rev. 1972;36(4):478-503. DOI 10.1128/br.36.4. 478-503.1972.

3. Hölscher T., Kovács Á.T. Sliding on the surface: bacterial spreading without an active motor. Environ. Microbiol. 2017;19(7):2537-2545. DOI 10.1111/1462-2920.13741.

4. Kurihara S., Suzuki H., Tsuboi Y., Benno Y. Dependence of swarming in Escherichia coli K-12 on spermidine and the spermidine importer. FEMS Microbiol. Lett. 2009;294(1):97-101. DOI 10.1111/j.1574-6968.2009.01552.x.

5. Martínez A., Torello S., Kolter R. Sliding motility in mycobacteria. J. Bacteriol. 1999;181(23):7331-7338. DOI 10.1128/JB.181.23.7331-7338.1999.

6. Nolan L.M., Cavaliere R., Turnbull L., Whitchurch C.B. Extracellular ATP inhibits twitching motility-mediated biofilm expansion by Pseudomonas aeruginosa. BMC Microbiol. 2015;15:55. DOI 10.1186/s12866-015-0392-x.

7. Recht J., Martínez A., Torello S., Kolter R. Genetic analysis of sliding motility in Mycobacterium smegmatis. J. Bacteriol. 2000;182(15):4348-4351. DOI 10.1128/JB.182.15.4348-4351.2000.

8. Sarkar N.K., Shankar S., Tyagi A.K. Polyamines exert regulatory control on mycobacterial transcription: a study using RNA polymerase from Mycobacterium phlei. Biochem. Mol. Biol. Int. 1995;35:1189-1198.

9. Strollo S.E., Adjemian J., Adjemian M.K., Prevots D.R. The burden of pulmonary nontuberculous mycobacterial disease in the United States. Ann. Am. Thorac. Soc. 2015;12(10):1458-1464. DOI 10.1513/AnnalsATS.201503-173OC.

10. Tkachenko A.G., Kashevarova N.M., Sidorov R.Y., Nesterova L.Y., Akhova A.V., Tsyganov I.V., Vaganov V.Y., Shipilovskikh S.A., Rubtsov A.E., Malkov A.V. A synthetic diterpene analogue inhibits mycobacterial persistence and biofilm formation by targeting (p) ppGpp synthetases. Cell Chem. Biol. 2021;28(10):1420-1432.e9. DOI 10.1016/j.chembiol.2021.01.018.

11. Tran T., Bonham A.J., Chan E.D., Honda J.R. A paucity of knowledge regarding nontuberculous mycobacterial lipids compared to the tubercle bacillus. Tuberculosis (Edinb). 2019;115:96-107. DOI 10.1016/j.tube.2019.02.008.

12. Tsyganov I.V., Nesterova L.Yu., Tkachenko A.G. Involvement of polyamines in the regulation of “behavioral” reactions of microorganisms. In: History and Methodology of Physiological, Biochemical and Soil Research: Proceedings of the Conference dedicated to the 100th anniversary of the Department of Plant Physiology and Microorganisms, Perm State National Research University, Perm, October 18–19, 2017. Perm: Perm State University, 2017;111-112. (in Russian)

13. Zamakhayev M.V., Grigorov A.S., Kaprel’yants A.S., Shumkov M.S. Mycobacterium smegmatis posesses active genes of polyamine metabolism. Vestnik Permskogo Universiteta. Biologiya = Bulletin of the Perm University. Series: Biology. 2018;3:284-291. DOI 10.17072/1994-9952-2018-3-284-291. (in Russian)

14. Zamakhaev M., Tsyganov I., Nesterova L., Akhova A., Grigorov A., Bespyatykh J., Azhikina T., Tkachenko A., Shumkov M. Mycolicibacterium smegmatis possesses operational agmatinase but contains no detectable polyamines. Int. J. Mycobacteriol. 2020;9(2):138-143. DOI 10.4103/ijmy.ijmy_48_20.