Биомедицинские аспекты применения бактериоцинов и глицеролатов – возможность использования для лечения мастита у коров

Проанализированы отечественные и зарубежные данные биомедицинского и ветеринарного применения бактериоцина низина. Механизм действия низина основан на повреждении структур бактериальной клетки, что приводит к последующей гибели клетки-мишени и дает возможность снизить развитие микробной резистентности. Низин, как и большинство бактериоцинов, имеет высокую биологическую активность за счет эффективности в наномолярном диапазоне и относится к малотоксичным веществам. В отличие от антибиотиков, бактериоцин низин полностью расщепляется в организме человека и животных. При анализе источников выявлено безопасное и эффективное применение низина в клинической практике лечения респираторных, желудочно-кишечных и кожных инфекций, воспалительных процессов полости рта человека за счет наличия антимикробного действия относительно ряда микроорганизмов. Установлено, что антимикробные пептиды проявляют синергетическое и цитотоксическое действие. Определено эффективное действие низина в отношении широкого спектра возбудителей мастита животных. Проведено изучение литературных источников по применению кремнийборсодержащих глицеролатов в медицинской и ветеринарной практике. Установлено эффективное применение глицеролатов в лечении воспалительных заболеваний человека и животных за счет их репаративного и регенерирующего действия, а также высокой транскутанной проводимости. Проведенный анализ данных подтверждает целесообразность применения бактериоцина низина совместно с глицеролатами кремния и бисглицеролатами бора для разработки фармацевтических композиций.

1. Климов Н.Т. Практическое руководство по борьбе с маститами коров: учеб. пособие. – Воронеж. 2012. – 87 с. – https://elibrary.ru/item.asp?id=2578028.

2. Мирончик С.В., Бабаянц Н.В. Современные тенденции в лечении коров, больных маститом // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. – 2021. – № 24–2. – С. 277–285.

3. Advances in therapeutic and managemental approaches of bovine mastitis: a comprehensive review / K. Sharun, K. Dhama, R. Tiwari [et al.] // Vet Q. – 2021. Dec, Vol. 41 (1). – P. 107–136. – DOI: 10.1080/01652176.2021.1882713.

4. Ряпосова М.В., Сивкова У.В., Исакова М.Н. Проблема заболеваемости высокопродуктивных коров маститом // БИО. – 2020. – № 4 (235). – С. 22–27. – https://elibrary.ru/itemasp?id=43313598.

5. PRISMA extension for scoping reviews (PRISMA-ScR): checklist and explanation / A.C. Tricco, E. Lillie, W. Zarin [et al.] // Ann Intern Med. – 2018. – Vol. 169 (7). – P. 467–473. – DOI:10.7326/M18-0850.

6. Application of Nanoliposomes Containing Nisin and Crocin in Milk / M. Yousefi, S.M. Jafari, H. Ahangari, A. Ehsani // Adv Pharm Bull. – 2023. – Jan. –Vol. 13 (1). – P. 134–142. – DOI: 10.34172/apb.2023.014.

7. Перспективы использования бактериоцинов нормальной микробиоты в антибактериальной терапии (обзор) / М.И. Заславская, Т.В. Махрова, Н.А. Александрова, Н.И. Игнатова, И.В. Белова, А.Г. Точилина, И.В. Соловьева // Современные технологии в медицине. – 2019. – Т. 11, N 3. – С. 136–145.

8. Aranha C.C., Gupta S.M., Reddy K.V. Assessment of cervicovaginal cytokine levels following exposure to microbicide nisin gel in rabbits // Cytokine. – 2008. – Vol. 43, N 1. – P. 63–70. – DOI: 10.1016/j.cyto.2008.04.005.

9. Multiple potential strategies for the application nisin and derivatives / F. Khan, P. Singh, A.S. Joshi [et al.] // Crit Rev Microbiol. – 2022. – Aug, Vol. 23. – P. 1–30. – DOI: 10.1080/1040841X.2022.2112650.

10. Comparison of antibacterial effects between antimicrobial peptide and bacteriocins isolated from Lactobacillus plantarum on three common pathogenic bacteria / L. Ming, Q. Zhang, L. Yang, J.A. Huang // Int J Clin Exp Med. – 2015. – Vol. 8, N 4. – P. 5806–5811.

11. Ермоленко Е.И. Бактериоцины энтерококков: проблемы и перспективы использования // Вестник Санкт-Петербургского университета. – 2009. – № 11 (3). – С. 78–93.

12. Сультимова Т.Д., Захаров Е.В. Бактериоцины молочнокислых бактерий // Вестник ВСГУТУ. – 2016. – № 2. – С. 41–47.

13. Novel biotechnological applications of bacteriocins: a review / E.M. Balciunas, F.A.C. Martinez, S.D. Todorov [et al.] // Food Control. – 2013. – N 32. – P. 134–142.

14. Molecular and genetic characterization of a novel nisin variant produced by Streptococcus uberis / R.E. Wirawan, N.A. Klesse, R.W. Jack, J.R. Tagg // Appl Environ Microbiol. – 2006. – Feb, Vol. 72 (2). – P. 1148–1156. – DOI: 10.1128/AEM.72.2.1148-1156.2006.

15. Mutacin H-29B is identical to mutacin II (J-T8) / N. Guillaume, H. Morency, G. LaPointe, M.C. Lavoie // BMC Microbiology. – 2006. – Vol. 6. – P. 36. – DOI:10.1186/1471-2180-6-36.

16. Стоянова Л.Г., Устюгова Е.А., Нетрусов А.И. Антимикробные метаболиты молочнокислых бактерий: разнообразие и свойства (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. – 2012. – Т. 48, № 3. – C. 259–275.

17. Ubericin A, a class IIa bacteriocin produced by Streptococcus uberis / C.K. Heng Nicholas, A. Burtenshaw Grace, W. Jack Ralph, R. Tagg John // Appl Environ Microbiol. – 2007. – Dec, Vol. 73 (23). – P. 7763–7766. – DOI: 10.1128/AEM.01818-07.

18. Рыбальченко О.В., Орлова О.Г., Бондаренко В.М. Антимикробные пептиды лактобацилл // Микробиология. – 2013. – № 4. – С. 89–100.

19. Castellano P., Raya R., Vignolo G. Bacteriocin from Lactobacillus casei CRL705// Int J Food Microbiol. – 2003. – Aug 15, Vol. 85 (1–2). – P. 35–43. – DOI: 10.1016/s0168-1605(02)00479-8.

20. Bacteriocin-antimicrobial synergy: a medical and food perspective / H. Mathur, F. Des, M.C. Rea [et al.] // Front Microbiol. – 2017. – N 8. – P. 1205. – DOI: 10.3389.

21. Uberolysin: a novel cyclic bacteriocin produced by Streptococcus uberis / Wirawan Ruth E., Swanson Kara M., Kleffmann Torsten [et al.] // Microbiology (Reading). – 2007. – May, Vol. 153 (Pt 5). – P. 1619–1630. – DOI: 10.1099/mic.0.2006/005967-0.

22. Solution Structure of Acidocin B, a Circular Bacteriocin Produced by Lactobacillus acidophilus M46 / J.Z. Acedo, M.J. van Belkum, C.T. Lohans, R.T. Mckay // Environmental Microbiology. – 2015. – Febr., Vol. 81(8). – DOI:10.1128/AEM.04265-14.

23. Рябинин Г.В., Бараненко Д.А. Альтернативные антимикробные агенты, полученные селективной сорбцией из культуры Lactobacillus helveticus D75 // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. – 2020. – № 1. – С. 81–90.

24. Optimized genetic tools allow the biosynthesis of glycocin F analogues designed to test the roles of gcc cluster genes in bacteriocin production / B.J. Drummond, T.S. Loo, M.L. Patchett, G.E. Norris // J Bacteriol. – 2021. – Mar 8, Vol. 203 (7). – e00529-20. – DOI: 10.1128/JB.00529-20.

25. Мироненко И.М. Поговорим об антибиотиках… Ч. 2: Низин. Проблемная пищевая добавка Е234* // Молочная промышленность. – 2016. – № 7. – С. 33–36. – https://elibrary.ru/item.asp?id=26182619.

26. Nisin biotechnological production and application: a review / L.J. De Arauz, A.F. Jozala, P.G. Mazzola, T.C. Veshone // Trends in Food Science & Technology. – 2009. – Vol. 20, N 3–4. – P. 146–154. – DOI: 10.1016/J.TIFS.2009.01.056.

27. Biomedical applications of nisin / J.M. Shin, J.W. Gwak, P. Kamarajan [et al.] // J Appl Microbiol. – 2016. – Vol. 120, N 6. – P. 1449–1465. – DOI: 10.1111/jam.13033.

28. Minah C.J., Morero R.D. Inhibition of enterocin CRL35 antibiotic activity by mono- and divalent ions // Lett. Appl. Microbiol. – 2003. – Vol. 37, N 5. – P. 374–379. – DOI: 10.1046/j.1472765x.2003.01411.x.

29. Bioengineering of the model lantibiotic nisin / D. Field, P.D. Cotter, R.P. Ross, C. Hill // Bioengineered. – 2015. – N 6. – P. 187–192. – DOI: 10.1080/21655979.2015.1049781.

30. Breukink E., De Kruijff B. Lipid II as a target for antibiotics // Nat Rev Drug Discov. – 2006. – N 5. – P. 321–323. – DOI: 10.1038/nrd2004.

31. Râpăa M., Stoicaa P., Tănaseb E. E., Grosua E., Vlada G. Preparation of medical devices with antimicrobial properties. Journal of optoelectronics and advanced materials. 2013 Vol. 15, N. 7- 8, p. 807 – 816.

32. Feher J. Quantitative Human Physiology (Second Edition)// Academic Press-2017pub.2-р.130-141.

33. Dissection and modulation of the four distinct activities of nisin by mutagenesis of rings A and B and by C-terminal truncation / R. Rink, J. Wierenga, A. Kuipers [et al.] // Appl Environ Microbiol. – 2007. – N 73. – P. 5809–5816. – DOI: 10.1128/AEM.01104-07.

34. Cotter Paul D., Ross R. Paul, Colin H. Bacteriocins – a viable alternative to antibiotics? // Nat Rev Micro. – 2013. – Vol. 11. – P. 95–105.

35. Effect of sub-lethal doses of nisin on Staphylococcus aureus toxin production and biofilm formation / A. Shivaee, S. Rajabi, H.E. Farahani, A.A. Fooladi // Toxicon. – 2021. – Vol. 197, N 15. – P. 1–5. – DOI: 10.1016/j.toxicon.2021.03.018.

36. Kim Y.C., Tarr A.W., Penfold C.N. Colicin import into E. coli cells: a model system for insights into the import mechanisms of bacteriocins // Biochim Biophys Acta. – 2014. – Vol. 1843, N 8. – P. 1717–1731. – DOI: 10.1016/j.bbamcr.2014.04.010.

37. Fauci A.S., Morens D.M. The perpetual challenge of infectious diseases // N Engl J Med. – 2012. – No. 366. – P. 454–461. – DOI: 10.1056/NEJMra1108296.

38. Synergistic antibacterial activity and mechanism of action of nisin/carvacrol combination against Staphylococcus aureus and their application in the infecting pasteurized milk / Q. Li, S. Yu, J. Han [et al.] // Food Chem. – 2022. – Jun 30, Vol. 380. – P. 132009. – DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.132009.

39. Maher S., McClean S. Investigation of the cytotoxicity of eukaryotic and prokaryotic antimicrobial peptides in intestinal epithelial cells in vitro // Biochem Pharmacol. – 2006. – N 71. – P. 1289– 1298. – DOI: 10.1016/j.bcp.2006.01.012.

40. Colonic delivery of compression coated nisin tablets using pectin/HPMC polymer mixture / T. Ugurlu, M. Turkoglu, U.S. Gurer, B.G. Akarsu // Eur J Pharm Biopharm. – 2007. – N 67. – P. 202–210. – DOI: 10.1016/j.ejpb.2007.01.016.

41. Activity of nisin against Streptococcus pneumoniae, in vitro, and in a mouse infection model / B.P. Goldstein, J. Wei, K. Greenberg, R. Novick // J Antimicrob Chemother. – 1998. – Vol. 42-р. 277–278.

42. Heunis T.D., Smith C., Dicks L.M.T. Evaluation of a nisin-eluting nanofiber scaffold to treat Staphylococcus aureus-induced skin infections in mice // Antimicrob Agents Chemother. – 2013. – N 57. – P. 3928–3935. – DOI: 10.1128/AAC.00622-13.

43. Nisin ZP, a bacteriocin and food preservative, inhibits head and neck cancer tumorigenesis and prolongs survival / P. Kamarajan, T. Hayami, B. Matte [et al.] // PLoS ONE. – 2015. – N 10. – e0131008. – DOI: 10.1371/journal.pone.0131008.

44. Johnson I.H., Hayday H., Colman G. The effects of nisin on the microbial flora of the dental plaque of monkeys (Macaca fascicularis) // J Appl Bacteriol. – 1978. – N 45. – P. 99–109. – DOI: 10.1111/j.1365-2672.1978.tb04203.x.

45. Turner S.R., Love R.M., Lyons K.M. An in vitro investigation of the antibacterial effect of nisin in root canals and canal wall radicular dentine // Int Endod J. – 2004. – N 37. – P. 664–671. – DOI: 10.1111/j.1365-2591.2004.00846.x.

46. The bacteriocin nisin, an effective agent for the treatment of staphylococcal mastitis during lactation / L. Fernández, S. Delgado, H. Herrero, A. Maldonado, J.M. Rodríguez // J Hum Lact. – 2011. – N 24. – P. 311–316. – DOI: 10.1177/0890334408317435.

47. In vitro synergistic activities of cefazolin and nisin A against mastitis pathogens / K. Kitazaki, S. Koga, K. Nagatoshi [et al.] // J Vet Med Sci. – 2017. – Sep 12, Vol. 79 (9). – P. 1472–1479. – DOI: 10.1292/jvms.17-0180. Epub 2017 Jul 29.

48. Efficacy of bacteriocin-based formula for reducing staphylococci, streptococci, and total bacterial counts on teat skin of dairy cows / S. Bennett, I. Fliss, L. Ben Said [et al.] // J Dairy Sci. – 2022. – May, Vol. 105 (5). – P. 4498–4507. – DOI: 10.3168/jds.2021-21381.

49. Efficacy of nisin in treatment of clinical mastitis in lactating dairy cows / L.T. Cao, J.Q. Wu, S.H. Hu, Y. Mo // J Dairy Sci. – 2007. – N 90. – P. 3980–3985. – DOI: 10.3168/jds.2007-0153.

50. Evaluation of Bacterial Nanocellulose Membranes Loaded or Not with Nisin as a Complementary Treatment in Surgical Dehorning Wounds in Bovine / F.AF. Custódio, L. M de Castro, E. Unterkircher [et al.] // Pharmaceutics. – 2021. – May 11, Vol. 13 (5). – P. 688. – DOI: 10.3390/pharmaceutics13050688.

51. Nisin as a Novel Feed Additive: The Effects on Gut Microbial Modulation and Activity, Histological Parameters, and Growth Performance of Broiler Chickens / B. Kierończyk, M. Rawski, Z. Mikołajczak [et al.] // Animals. – 2020. – Vol. 10 (1). – P. 101.

52. Antimicrobial potential of bacteriocins in poultry and swine production / A. Ben Lagha, B. Haas, M. Gottschalk [et al.] // Vet Res. – 2017. – Vol. 48. – P. 22. – https://doi.org/10.1186/s13567-0170425-6.

53. Effect of nissan and doxorubicin on MBA-inducedskin carcinogenesis - a possible adjunct therapy / S. Preset, S. Bharati, A. Panjeta [et al.] // TumourBiol. – 2015. – Vol. 36. – P. 1–8.

54. The effect of amouthrinse based on nisin, a bacteriocin, on developingplaque and gingivitis in beagle dogs / T.H. Howell, J.P. Fiorellini, P. Blackburn [et al.] // J Clin Periodontol. – 1993. – Vol. 20,335–339

55. Diabetic foot infections: Application of a nisin-biogel to complement the activity of conventional antibiotics and antiseptics against Staphylococcus aureus / R. Santos, D. Ruza, E. Cunha [et al.] // PLoS ONE. – 2019. July 24. – https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220000.

56. Bovine Endometrial Epithelial Cells Scale Their Pro-inflammatory Response In vitro to Pathogenic Trueperella pyogenes Isolated from the Bovine Uterus in a Strain-Specific Manner / M. Ibrahim, S. Peter, K. Wagener [et al.] // Sec. Clinical Microbiology. – 2017. – Vol. 7. – https://doi.org/10.3389/fcimb.2017.00264.

57. Lantibiotic resistance / L.A. Draper, P.D. Cotter, C. Hill, R.P. Ross // Microbiol Mol Biol Rev. – 2015. – Vol. 79, N 2. – P. 171–191. – DOI: 10.1128/MMBR.00051-14.

58. Structural features and antimicrobial activity of hydrogels obtained by the sol–gel method from silicon, zinc, and boron glycerolates / T.G. Khonina, N.V. Kungurov, N.V. Zilberberg [et al.] // Journal of Sol-Gel Science and Technology. – 2020. – Vol. 95, N 3. – P. 682–692.

59. Обезболивающие ректальные суппозитории, содержащие нестероидное противовоспалительное средство в сочетании с трициклическим антидепрессантом и трансмукозным проводником / И.Г. Зырянова, Л.П. Ларионов, Е.В. Шадрина [и др.] // Химико-фармацевтический журнал. – 2018. – Т. 52, № 9. – С. 37–42.

60. Патент 2707278 C1, Российская Федерация. Средство для лечения воспалительных заболеваний суставов: № 2019117545: заявл. 06.06.2019. / Бухарин О.В., Перунова Н.Б., Иванова Е.В. [и др.].

61. Патент 2677231 C1, Российская Федерация. Стоматологический гель для реминерализации твердых тканей зубов и способ реминерализации твердых тканей зубов: № 2017135845: заявл. 10.10.2017 / Мандра Ю.В., Легких А.В., Богданова Е.А. [и др.].

62. Перспективы разработки инновационного наружного средства терапии дерматозов / Н.В. Кунгуров, О.Н. Чупахин, Н.В. Зильберберг [и др.] // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 12. – С. 14–19.

63. Патент 2764574 C1, Российская Федерация. Средство для лечения акне: № 2020134067: заявл. 16.10.2020 / Бухарин О.В., Челпаченко О.Е., Данилова Е.И. [и др.].

64. Лечебная эффективность нового средства на основе глицеролата кремния при послеродовом эндометрите у коров / А.Ф. Колчина, М.И. Барашкин, А.Б. Иляева [и др.] // Аграрный вестник Урала. – 2011. – № 3 (82). – С. 32–34. – https://elibrary.ru/item.asp?id=17839046

65. Патент 2589902 C1, Российская Федерация. Препарат и способ его применения при эндометритах у коров: № 2015116823: заявл. 30.04.2015. / Чарушин В.Н., Ряпосова М.В., Хонина Т.Г. [и др.].

66. Оценка эффективности кремнийцинкборорганических соединений для профилактики заболеваний вымени у молочных коров / А.С. Баркова, М.М. Сибиряков, Е.И. Шурманова [и др.] // От инерции к развитию: научно-инновационное обеспечение АПК: cб. материалов междунар. науч.-практ. конф. – 2020. – С. 32–34. – https://elibrary.ru/item.asp?id=43358376.

67. Патент 2356556, Российская Федерация. Средство для лечения воспалений и травм молочной железы у коров: № 2007143285/15: заявл. 21.11.2007 / Елесин А.В., Хонина Т.Г., Колчина А.Ф. [и др.].

68. Патент 2668535 C2, Российская Федерация. Способ профилактики маститов у высокопродуктивных коров: № 2016137923: заявл. 22.09.2016 / Чарушин В.Н., Ряпосова М.В., Тарасенко М.Н. [и др.].

69. Патент 2449798, Российская Федерация. Способ лечения гнойно-некротических поражений копытец у крупного рогатого скота: № 2010153526/15: заявл. 27.12.2010 / Елесин А.В., Забродин Е.А., Хонина Т.Г., [и др.].

70. Патент 2 675 257 C1 Лечебно-профилактическая зубная паста: №2018100451: заявл. 01.09.2018 / Мандра Ю.В., Ронь Г.И., Котикова А.Ю. [и др.].

71. Патент 2 583 945 C1, Российская Федерация. Средство для местного лечения красного плоского лишая слизистой оболочки полости рта и способ лечения красного плоского лишая слизистой оболочки полости рта: № 2015117979/15: заявл. 13.05.2015 / Жовтяк П.Б., Григорьев С.С., Хонина Т.Г. [и др.].

72. Светлакова Е.Н., Мандра Ю.В., Стати Т.Н. Эффективность применения новой фармакологической композиции на основе кремнийорганического глицерогидрогеля после лазерной обработки пародонтальных карманов у пациентов с пародонтитом // Проблемы стоматологии. – 2012. – № 2. – С. 30–32.

73. Патент 2 458 696 C2, Российская Федерация. Средство для лечения гиперкератоза сосков вымени у коров и способ его применения: № 2010144282/15: заявл. 28.10. 2010 / Колчина А. Ф., Баркова А.С., Елесин А.В. [и др.].

74. Оценка эффективности лечения при гиперкератозе сосков вымени / А.С. Томских, М.И. Барашкин, А.С. Барскова, Е.И. Шурманова // Аграрный вестник Урала. – 2016. – № 08 (150). – С. 58–63. – https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27191844.

75. Применение нового средства на основе глицеролата кремния для лечения коров при задержании последа / А.Ф. Колчина, А.Н. Стуков, П.М. Серебрицкий, Т.Г. Хонина // Аграрный вестник Урала. – 2011. – №12–2 (92). – С. 26–28.