vetpressАграрная наукаAgrarian science0869-81552686-701XРедакция журнала "Аграрная наука"10.32634/0869-8155-2024-384-7-91-95vetpress-3169Research ArticleЗООТЕХНИЯZOOTECHNICSОценка аддитивного эффекта взаимодействия фитобиотиков с цинком на Quorum Sensing P. aeruginosa на модели in vitroEvaluation ofthe additive effect ofthe interaction of phytobiotics with zinc on Quorum Sensing P. aeruginosa in an in vitro modehttps://orcid.org/0000-0003-3804-5151МирошниковаЕ. П.MiroshnikovaE. P.

Елена Петровна Мирошникова - заведующая кафедрой биотехнологии животного сырья и аквакультуры, доктор биологических наук, профессор 

пр-т Победы, 13, корп. 2, Оренбург, 460018

Elena Petrovna Miroshnikova - Head of the Department of Biotechnology of Animal Raw Materials and Aquaculture, Doctor of Biological Sciences, Professor 

13/2 Pobedy Ave., Orenburg, 460018

elenaakva@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6534-7118АринжановА. Е.ArinzhanovA. E.

Азамат Ерсаинович Аринжанов - доцент кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры, кандидат сельскохозяйственных наук 

пр-т Победы, 13, корп. 2, Оренбург, 460018

Azamat Ersainovich Arinzhanov - Associate Professor of the Department of Biotechnology of Animal Raw Materials and Aquaculture, Candidate of Agricultural Sciences 

13/2 Pobedy Ave., Orenburg, 460018

arin.azamat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2385-264XКиляковаЮ. В.KilyakovaYu. V.

Юлия Владимировна Килякова - доцент кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры, кандидат биологических наук 

пр-т Победы, 13, корп. 2, Оренбург, 460018

Yulia Vladimirovna Kilyakova - Associate Professor of the Department of Biotechnology of Animal Raw Materials and Aquaculture, Candidate of Biological Sciences 

13/2 Pobedy Ave., Orenburg, 460018

fish-ka06@mail.ruЧерногорецО. А.ChernogoretsO. A.

Ольга Андреевна Черногорец - младший научный сотрудник 

пр-т Победы, 13, корп. 2, Оренбург, 460018

Olga Andreevna Chernogorets - Junior Researcher 

13/2 Pobedy Ave., Orenburg, 460018

velsh.lelya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1099-3117СизенцовА. Н.SizentsovA. N.

Алексей Николаевич Сизенцов - доцент кафедры биохимии и микробиологии, кандидат биологических наук 

пр-т Победы, 13, корп. 2, Оренбург, 460018

Alexey Nikolaevich Sizentsov - Associate Professor of the Department of Biochemistry and Microbiology, Candidate of Biological Sciences 

13/2 Pobedy Ave., Orenburg, 460018

kwan111@yandex.ruОренбургский государственный университетРоссияOrenburg State UniversityRussian Federation202430072024079195Copyright © Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Килякова Ю.В., Черногорец О.А., Сизенцов А.Н., 20242024Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Килякова Ю.В., Черногорец О.А., Сизенцов А.Н.Miroshnikova E.P., Arinzhanov A.E., Kilyakova Y.V., Chernogorets O.A., Sizentsov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vetpress.ru/jour/article/view/3169

Актуальность. Развитие сектора аквакультуры является одним из перспективно развивающихся направлений, способствующих обеспечению продовольственной безопасности человечества в мире. Однако все водные животные восприимчивы к воздействию негативных факторов, приводящих к снижению показателей интенсивности роста, снижению качества готовой продукции и т. д. Методы. В работе представлены экспериментальные данные исследования аддитивного эффекта комбинации различных коммерческих фитобиотических препаратов с цинком на чувство кворума и ингибирующие характеристики на модели полирезистентного штамма P. aeruginosa. Выбор штамма обусловлен его высокими резистентными характеристиками, способностью к биопленкообразованию, а также возможностью визуальной оценки воздействия тестируемых соединений на Quorum Sensing (QS) систему за счет подавления образования пигмента пиоцианина, обеспечивающие факторы вирулентности и рост биопленки. В качестве регулирующих рост тестируемого штамма факторов использовали препараты «Бутитан», «Пробиоцид®- Фито», «Интебио», в качестве источника катионов цинка использовали ZnSO4. Использование диффузионного метода агаровых лунок позволило оценить не только уровень ингибирующего действия исследуемых соединений, но и наличие их воздействия (QS) системы. Результаты. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о выраженном влиянии катионов цинка на продукцию пигмента пиоцианина (0,25 мМ/мл), как и на тестируемые препараты из группы кормовых фитобиотиков в концентрациях 100 мг/мл. Установлено наличие достоверно значимых различий (р ≤ 0,001) воздействия на (QS) в комбинациях цинка с фитобиотиками в концентрациях 0,13 мМ/мл ZnSO4 и экстрактов препаратов 50 мг/мл с наиболее высокими показателями у «Пробиоцид®-Фито». Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод о перспективности использования исследуемых фитобиотиков в комбинации с эссенциальными элементами в качестве альтернативы кормовых антибиотиков в кормлении рыб, для профилактики инфекционных заболеваний.

Relevance. The development of the aquaculture sector is one of the promising developing areas that contribute to ensuring the food security of mankind in the world. However, all aquatic animals are susceptible to the impact of negative factors leading to a decrease in growth rates, a decrease in the quality of finished products, etc. Methods. The paper presents experimental data on the study of the additive effect of a combination of various commercial phytobiotic drugs with zinc on the sense of quorum and inhibitory characteristics on a model of a polyresistant strain of P. aeruginosa. The choice of the strain is due to its high resistance characteristics, ability to biofilm formation, as well as the ability to visually assess the impact of the tested compounds on the Quorum Sensing (QS) system by suppressing the formation of the pyocyanin pigment, which provides virulence factors and biofilm growth. Butitan, Probiocid®-Phyto, and Intebio preparations were used as factors regulating the growth of the tested strain; ZnSO4 was used as a source of zinc cations. The use of the diffusion method of agar wells allowed us to evaluate not only the level of the inhibitory effect of the studied compounds, but also the presence of their influence (QS) of the system. Results. The experimental data obtained indicate a pronounced effect of zinc cations on the production of the pyocyanin pigment (0.25 mM/ml), as well as the tested preparations from the group of fodder phytobiotics at concentrations of 100 mg/ml. The presence of significantly significant differences (р ≤ 0.001) in the impact on (QS) in combinations of zinc with phytobiotics at concentrations of 0.13 mM/ml ZnSO4 and extracts of drugs 50 mg/ml was established, with the highest rates in “Probiocid®-Phyto”. Thus, the data obtained allow us to conclude that the use of the studied phytobiotics in combination with essential elements is promising as an alternative to feed antibiotics in fish feeding, for the prevention of infectious diseases.

фитобиотикиP. aeruginosaцинкаддитивный эффектQuorum SensingphytobioticsP. aeruginosazincadditive effectQuorum SensingМатериалы подготовлены в рамках конкурса Российского научного фонда 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми научными группами» (соглашение от 27.12.2021 № 22-26-00281).The materials were prepared as part of the 2022 competition of the Russian Science Foundation “Conducting fundamental scientific research and exploratory scientific research by small scientific groups” (Agreement of 27.12.2021 No. 22-26-00281).ReferencesDawood M.A.O. et al. Exploring the Roles of Dietary Herbal Essential Oils in Aquaculture: A Review. Animals. 2022; 12(7): 823. https://doi.org/10.3390/ani12070823Dawood M.A.O. et al. Exploring the Roles of Dietary Herbal Essential Oils in Aquaculture: A Review. Animals. 2022; 12(7): 823. https://doi.org/10.3390/ani12070823Bertocci F., Mannino G. Can Agri-Food Waste Be a Sustainable Alternative in Aquaculture? A Bibliometric and Meta-Analytic Study on Growth Performance, Innate Immune System, and Antioxidant Defenses. Foods. 2022; 11(13): 1861. https://doi.org/10.3390/foods11131861Bertocci F., Mannino G. Can Agri-Food Waste Be a Sustainable Alternative in Aquaculture? A Bibliometric and Meta-Analytic Study on Growth Performance, Innate Immune System, and Antioxidant Defenses. Foods. 2022; 11(13): 1861. https://doi.org/10.3390/foods11131861Thi M.T.T., Wibowo D., Rehm B.H.A. Pseudomonas aeruginosa Biofilms. International Journal of Molecular Sciences. 2020; 21(22): 8671. https://doi.org/10.3390/ijms21228671Thi M.T.T., Wibowo D., Rehm B.H.A. Pseudomonas aeruginosa Biofilms. International Journal of Molecular Sciences. 2020; 21(22): 8671. https://doi.org/10.3390/ijms21228671O’Loughlin C.T., Miller L.C., Siryaporn A., Drescher K., Semmelhack M.F., Bassler B.L. A quorum-sensing inhibitor blocks Pseudomonas aeruginosa virulence and biofilm formation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013; 110(44): 17981–17986. https://doi.org/10.1073/pnas.1316981110O’Loughlin C.T., Miller L.C., Siryaporn A., Drescher K., Semmelhack M.F., Bassler B.L. A quorum-sensing inhibitor blocks Pseudomonas aeruginosa virulence and biofilm formation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013; 110(44): 17981–17986. https://doi.org/10.1073/pnas.1316981110Lee J., Zhang L. The hierarchy quorum sensing network in Pseudomonas aeruginosa. Protein & Cell. 2015; 6(1): 26–41. https://doi.org/10.1007/s13238-014-0100-xLee J., Zhang L. The hierarchy quorum sensing network in Pseudomonas aeruginosa. Protein & Cell. 2015; 6(1): 26–41. https://doi.org/10.1007/s13238-014-0100-xRosier A., Bishnoi U., Lakshmanan V., Sherrier D.J., Bais H.P. A perspective on inter-kingdom signaling in plant-beneficial microbe interactions. Plant Molecular Biology. 2016; 90(6): 537–548. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0433-3Rosier A., Bishnoi U., Lakshmanan V., Sherrier D.J., Bais H.P. A perspective on inter-kingdom signaling in plant-beneficial microbe interactions. Plant Molecular Biology. 2016; 90(6): 537–548. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0433-3Paczkowski J.E. et al. Flavonoids Suppress Pseudomonas aeruginosa Virulence through Allosteric Inhibition of Quorum-sensing Receptors. Journal of Biological Chemistry. 2017; 292(10): 4064–4076. https://doi.org/10.1074/jbc.M116.770552Paczkowski J.E. et al. Flavonoids Suppress Pseudomonas aeruginosa Virulence through Allosteric Inhibition of Quorum-sensing Receptors. Journal of Biological Chemistry. 2017; 292(10): 4064–4076. https://doi.org/10.1074/jbc.M116.770552Anju V.T. et al. Sesamin and sesamolin rescues Caenorhabditis elegans from Pseudomonas aeruginosa infection through the attenuation of quorum sensing regulated virulence factors. Microbial Pathogenesis. 2021; 155: 104912. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.104912Anju V.T. et al. Sesamin and sesamolin rescues Caenorhabditis elegans from Pseudomonas aeruginosa infection through the attenuation of quorum sensing regulated virulence factors. Microbial Pathogenesis. 2021; 155: 104912. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.104912Luciardi M.C., Blázquez M.A., Alberto M.R., Cartagena E., Arena M.E. Grapefruit essential oils inhibit quorum sensing of Pseudomonas aeruginosa. Food Science and Technology International. 2020; 26(3): 231–241. https://doi.org/10.1177/1082013219883465Luciardi M.C., Blázquez M.A., Alberto M.R., Cartagena E., Arena M.E. Grapefruit essential oils inhibit quorum sensing of Pseudomonas aeruginosa. Food Science and Technology International. 2020; 26(3): 231–241. https://doi.org/10.1177/1082013219883465Gholami M., Zeighami H., Bikas R., Heidari A., Rafiee F., Haghi F. Inhibitory activity of metal-curcumin complexes on quorum sensing related virulence factors of Pseudomonas aeruginosa PAO1. AMB Express. 2020; 10: 111. https://doi.org/10.1186/s13568-020-01045-zGholami M., Zeighami H., Bikas R., Heidari A., Rafiee F., Haghi F. Inhibitory activity of metal-curcumin complexes on quorum sensing related virulence factors of Pseudomonas aeruginosa PAO1. AMB Express. 2020; 10: 111. https://doi.org/10.1186/s13568-020-01045-zСерякова А.А., Панов В.П., Просекова Е.А., Комарчев А.С., Воронин К.О., Цветкова В.А. Влияние кормовой добавки «Бутитан» («Фарматан ВСО») на гистофизиологическое состояние кишечной трубки и продуктивные качества цыплят-бройлеров. Аграрная наука. 2021; 4S: 60–65. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2021-347-4-60-65Seryakova A.A., Panov V.P., Prosekova E.A., Komarchev A.S., Voronin K.O., Tsvetkova V.A. Тhe effect of the feed additive “Butitan” (“Farmatan BCO”) on the histophysiological state of the intestinal tube and the productive qualities of broiler chickens. Agrarian science. 2021; 4S: 60–65 (in Russian). https://doi.org/10.32634/0869-8155-2021-347-4-60-65Манукян В.А., Харитонова Д.И., Байковская Е.Ю. Влияние применения эфирного масла лемонграсса в кормлении на неспецифический иммунитет цыплят-бройлеров. Птицеводство. 2021; 7–8: 34–37. https://doi.org/10.33845/0033-3239-2021-70-7-8-34-37Manukyan V.A., Kharitonova D.I., Baykovskaya E.Yu. The Effects of an Acidifier with Essential Oil of Lemongrass on Non-Specific Immunity, Intestinal Microbiota, and Productive Performance in Broilers. Ptitsevodstvo. 2021; 7–8: 34–37 (in Russian). https://doi.org/10.33845/0033-3239-2021-70-7-8-34-37Егоров И.А. и др. Замещение кормовых антибиотиков в рационах. Сообщение II. Микробиота кишечника и продуктивность мясных кур (Gallus gallus L.) на фоне фитобиотика. Сельскохозяйственная биология. 2019; 54(4): 798–809. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.4.798rusEgorov I.A. et al. Poultry diets without antibiotics. II. Intestinal microbiota and performance of broiler (Gallus gallus L.) breeders fed diets with a phytobiotic. Agricultural Biology. 2019; 54(4): 798–809. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.4.798engGündel S.d.S. et al. Nanoemulsions containing Cymbopogon flexuosus essential oil: Development, characterization, stability study and evaluation of antimicrobial and antibiofilm activities. Microbial Pathogenesis. 2018; 118: 268–276. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.03.043Gündel S.d.S. et al. Nanoemulsions containing Cymbopogon flexuosus essential oil: Development, characterization, stability study and evaluation of antimicrobial and antibiofilm activities. Microbial Pathogenesis. 2018; 118: 268–276. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.03.043Gao S. et al. Antimicrobial Activity of Lemongrass Essential Oil (Cymbopogon flexuosus) and Its Active Component Citral Against Dual-Species Biofilms of Staphylococcus aureus and Candida Species. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2020; 10: 603858. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.603858Gao S. et al. Antimicrobial Activity of Lemongrass Essential Oil (Cymbopogon flexuosus) and Its Active Component Citral Against Dual-Species Biofilms of Staphylococcus aureus and Candida Species. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2020; 10: 603858. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.603858Rossi G.G. et al. Antibiofilm activity of nanoemulsions of Cymbopogon flexuosus against rapidly growing mycobacteria. Microbial Pathogenesis. 2017; 113: 335–341. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2017.11.002Rossi G.G. et al. Antibiofilm activity of nanoemulsions of Cymbopogon flexuosus against rapidly growing mycobacteria. Microbial Pathogenesis. 2017; 113: 335–341. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2017.11.002Duplantier M, Lohou E, Sonnet P. Quorum Sensing Inhibitors to Quench P. aeruginosa Pathogenicity. Pharmaceuticals. 2021; 14(12): 1262. https://doi.org/10.3390/ph14121262Duplantier M, Lohou E, Sonnet P. Quorum Sensing Inhibitors to Quench P. aeruginosa Pathogenicity. Pharmaceuticals. 2021; 14(12): 1262. https://doi.org/10.3390/ph14121262

The authors declare that there are no conflicts of interest present.