Оценка аддитивного эффекта взаимодействия фитобиотиков с цинком на Quorum Sensing P. aeruginosa на модели in vitro

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.

1. Dawood 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/ani12070823

2. Bertocci 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/foods11131861

3. Thi 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/ijms21228671

4. O’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.1316981110

5. Lee 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-x

6. Rosier 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/s11103-016-0433-3

7. Paczkowski 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.M116.770552

8. Anju 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.2021.104912

9. Luciardi 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/10.1177/1082013219883465

10. Gholami 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-z

11. Серякова 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/10.32634/0869-8155-2021-347-4-60-65

12. Манукян 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/10.33845/0033-3239-2021-70-7-8-34-37

13. Егоров 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.2019.4.798rus

14. Gündel 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.2018.03.043

15. Gao 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.2020.603858

16. Rossi 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.2017.11.002

17. Duplantier M, Lohou E, Sonnet P. Quorum Sensing Inhibitors to Quench P. aeruginosa Pathogenicity. Pharmaceuticals. 2021; 14(12): 1262. https://doi.org/10.3390/ph14121262