Токсикологическая характеристика и бактерицидные свойства гетерополикислот Кеггина

Введение. В современных условиях эффективность дезинфекционных мероприятий часто осложняется быстрым развитием резистентности микроорганизмов к известным дезинфицирующим средствам (ДС), поэтому необходим постоянный поиск новых, эффективных, безопасных ДС и их композиций. Полиоксометаллаты (ПОМ), особенно гетерополикислоты Кеггина (ГПК), являются перспективным классом неорганических соединений с широкой биологической активностью, включая противовирусную и антибактериальную. В связи с этим вопросы изучения токсичности и бактерицидной активности ГПК для создания новых ДС или оптимизации воздействия известных в сочетании с ГПК важны и актуальны.

Материалы и методы. Образцы ГПК изучены по показателю цитотоксичности (IC₅₀) на трёх линиях клеток с помощью метилтетразолиевого теста (МТТ-теста) с применением МТТ-реактива 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-2Н-тетразолия бромида. Острую токсичность на белых мышах при введении в желудок и внутрибрюшинно изучали в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76. Бактерицидную активность ГПК и их сочетаний с перекисью водорода определяли в отношении тест-микроорганизмов S. aureus и E. coli суспензионным методом, результаты дополняли электронно-микроскопическим исследованием.

Результаты. Ванадийсодержащие структуры ГПК обладали более высокой цитотоксичностью. По показателю острой токсичности все исследованные ГПК соответствовали классу опасности 3. Выявлена бактерицидная активность ГПК и их комбинаций с перекисью водорода. Введение двух атомов ванадия в структуру повышало бактерицидную активность. Электронно-микроскопическое исследование показало более выраженные морфологические изменения в ультраструктуре E. coli под действием комбинации ГПК с перекисью водорода. Высказано предположение, что бактерицидная активность связана с проникновением ГПК через повреждённую мембрану пориновых каналов бактериальной клетки. Дано объяснение других возможных механизмов действия ГПК. 

Ограничения. Исследование ограничено изучением токсикологических характеристик и бактерицидных свойств ГПК, их комбинаций с перекисью водорода. Ограниченное количество образцов ГПК и ДС связано со сложностью биологических экспериментов. Выбор трёх клеточных линий определён тремя различными источниками их происхождения. Суспензионный метод оценки антимикробной активности веществ выполнен по соответствующему ГОСТ, использованы тест-культуры S. aureus и E. coli, другие патогены не рассматривались. Опыты in vivo проведены в соответствии с директивными документами по охране экспериментальных животных, а их ограниченное количество связано со стоимостью животных и с современными этическими взглядами на опыты in vivo. 

Заключение. Показана перспективность изучения ГПК и их комбинирования с ДС различного механизма действия для усиления дезинфицирующего эффекта и снижения риска развития устойчивости микроорганизмов к ДС.

Участие авторов:

Бакланова О.В. — концепция исследования, сбор и обработка данных, написание текста, ответственность за целостность всех частей статьи;

Гололобова Т.В. — редактирование;

Федорова Л.С. — ответственность за микробиологическое исследование, утверждение окончательного варианта статьи;

Лопатина О.А. — концепция исследования, сбор и обработка материала, написание текста;

Бидевкина М.В. — ответственность за токсикологическое исследование;

Гущина Е.А. — ответственность за электронно-микроскопическое исследование;

Суетина А.А. — выполнение цитотоксического исследования; 

Лисицын Ф.В. — подготовка фотоматериалов;

Ковалевский С.А. — дизайн исследования, выбор образцов ГПК;

Далидчик Ф.И. — концепция исследования, редактирование;

Мезенцева М.В. — утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Фундаментальные основы создания наноструктурированных систем нового поколения с уникальными эксплуатационными электрическими и магнитными свойствами» № 0082-2018-0003 (регистрационный номер АААА-А18-118012390045-2).

Поступила: 01.09.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 09.02.2022

1. Фёдорова Л.С. Проблемы резистентности микроорганизмов, циркулирующих в медицинских организациях, к дезинфицирующим средствам. В кн.: Инфекционные болезни - актуальные проблемы, лечение и профилактика. Материалы V межведомственной научно-практической конференции. Москва, 16-17 мая 2019 г. М.; 2019.

2. Серов А.А., Гололобова Т.В., Фёдорова Л.С., Рулёва А.И., Евсеенко А.А. Экспресс-методы определения чувствительности внутрибольничных штаммов микроорганизмов к дезинфицирующим средствам. В кн.: Внутрибольничные инфекции в медицинских учреждениях различного профиля, риски, профилактика, лечение осложнений. Материалы XVII научно-практической конференции. Москва, 4 апреля 2019 г. М.; 2019: 42-4.

3. Серов А.А., Шестопалов Н.В., Гололобова Т.В., Федорова Л.С., Храпунова И.А., Меркульева А.Д. Роль дезинфектологических исследований в организации комплекса профилактических мероприятий. Гигиена и санитария. 2020; 99(3): 235-41. https://doi.org/10.33029/0016-9900-2020-99-3-235-241

4. Шестопалов Н.В., Федорова Л.С., Серов А.А., Гололобова Т.В., Рулева А.И., Сорокина Л.А. Проблемы мониторинга устойчивости микроорганизмов к дезинфицирующим средствам в медицинских организациях. Дезинфекционное дело. 2018; (2): 14-22.

5. Fournier M., Thouvenot R., Rocchiccioli-Deltcheff C. Catalysis by polyoxometalates. Part 1 - Supported polyoxoanions of the Keggin structure: spectroscopic study (IR, Raman, UV) of solutions used for impregnation. J. Chem. Soc. Faraday Transactions. 1991; 87(2): 349-56.

6. Yanagie H., Ogata A., Mitsui S., Hisa T., Yamase T., Eriguchi M. Anticancer activity of polyoxomolybdate. Biomed. Pharmacother. 2006; 60(7): 349-52. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2006.06.018

7. Rhule J.T., Hill C.L., Judd D.A., Schinazi R.F. Polyoxometalates in medicine. Chem. Rev. 1998; 98(1): 327-58. https://doi.org/10.1021/cr960396q

8. Shigeta S., Mori S., Yamase T., Yamamoto N., Yamamoto N. Anti-RNA virus activity of polyoxometalates. Biomed. Pharmacother. 2006; 60(5): 211-9. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2006.03.009

9. Hosseini S.M., Amini E., Tavassoti Kheiri M., Mehrbod P., Shahidi M., Zabihi E. Anti-influenza activity of a novel polyoxometalate derivative (POM-4960).Int. J. Mol. Cell Med. 2012; 1(1): 21-9.

10. Лопатина О.А., Исаева Е.А., Суетина И.А., Бакланова О.В., Руссу Л.И., Притчина Т.Н. и др. Действие гетерополикислот Кеггина на вирусы гриппа А. Нанотехнологии: разработка, применение - ХХI век. 2016; 8(2): 14-9.

11. Лопатина О.А., Исаева Е.А., Суетина И.А., Бакланова О.В., Притчина Т.Н., Руссу Л.И и др. Противовирусная активность полиоксометаллатов и влияние их на экспрессию генов цитокинов. Наноматериалы и наноструктуры - ХХI век. 2016; 7(1): 36-44.

12. Лопатина О.А., Бакланова О.В., Суетина И.А., Исаева Е.И., Гущина Е.А., Руссу Л.И. и др. Исследование токсического эффекта полиоксометаллатов со структурой Кеггина на культуры нормальных и онкогенных клеток. Биологическая радиоэлектроника. 2015; (3): 42-9.

13. Bijelic A., Aureliano M., Rompel A. The antibacterial activity of polyoxometalates: structures, antibiotic effects and future perspectives. Chem.Commun. (Camb). 2018; 54(10): 1153-69. https://doi.org/10.1039/c7cc07549a

14. Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина; 2005: 649-50.

15. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая Школа; 1990.

16. StatSoft, Inc. Электронный учебник по статистике. М.: StatSoft; 2012. Доступно: https://statsoft.ru/home/textbook/default.htm

17. Мулюкин А.Л., Луста К.А., Грязнова М.Н., Бабусенко Е.С., Козлова А.Н., Дужа М.В. и др. Образование покоящихся форм в автолизирующихся суспензиях микроорганизмов. Микробиология. 1997; 66(1): 42-9.

18. Мулюкин А.Л., Демкина Е.В., Козлова А.Н., Соина В.С., Эль-Регистан Г.И. Синтез аутоиндукторов анабиоза у неспорообразующих бактерий как механизм регуляции их активности в почве и подпочвенных осадочных породах. Микробиология. 2001; 70(5): 620-8.

19. Евтюгин В.Г., Маргулис А.Б., Ильинская О.Н., Кадиров М.К. Электронно-микроскопическое исследование морфологических изменений клеток кишечной палочки в условиях голодового стресса. Вестник Казанского технологического университета. 2011; (12): 167-71.

20. Новикова О.Д., Хоменко В.А., Вострикова О.П., Портнягина О.Ю., Сидорова О.В., Чистюлин Д.К. и др. Порообразующие белки наружной мембраны некоторых грамотрицательных бактерий. Структура и свойства. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2014; (1): 120-34.

21. Cowan S.W., Schirmer T., Rummel G., Steiert M., Ghosh R., Pauptit R.A., et al. Crystal structures explain functional properties of two E. coli porins. Nature. 1992; 358(6389): 727-33. https://doi.org/10.1038/358727a0

22. Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003; 67(4): 593-656. https://doi.org/10.1128/mmbr.67.4.593-656.2003

23. Куриненко Б.М., Зинкевич Т., Крушельницкий А.Г., Пономарев В.Я., Яковлева Г.Ю. Особенности химического сдвига ядер 31P фосфолипидов плазматической мембраны клеток Escherichia coli, индуцированного 2,4,6-тринитротолуолом. Вестник Казанского технологического университета. 2012; 15(23): 113-4.

24. Ковалевский С.А., Гулин А.А., Лопатина О.А., Васин А.А., Мезенцева М.В., Балашов Е.М. и др. Воздействие наноразмерных анионов кремний-молибденовой кислоты на плазматическую мембрану фибробластов эмбриона человека. Российские нанотехнологии. 2019; 14(9-10): 77-84. https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-9-10-77-84