Comparative analysis of bactericidal properties of synthetic peptides from the active center of GM-CSF - ZP2 against different gram-negative bacteria

Cover Page

Cite item

Abstract

Objective of this study was to carry out comparative analysis of bactericidal activity of synthetic peptide ZP2 (SP ZP2) against museum strains and clinical isolates of Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii. Materials and methods. We used museum strains of E. coli (ATCC 25922) and P. aeruginosa ATCC 27853, as well as 104 clinical isolates of Enterobacteriaceae, including E. coli (n = 22) and K. pneumoniae (n = 82), and 98 clinical isolates of non-fermenting Gramnegative bacteria, including P. aeruginosa (n = 43) and A. baumannii (n = 55), isolated from patients with various gynecological and surgical infections. Bactericidal activity of SP ZP2 (final concentration 10 μg/ml) against the microorganisms was assessed by difference in optical density (OD) for experimental and control broth cultures after 20 min of contact of bacterial suspensions (5 x 108 CFU/ml) with SP ZP2 (in control — with distilled water), adding meat-peptone broth and 4-hour incubation at 37 °C. The effect of SP ZP2 was expressed by the Bactericidal Activity Index (BAI, %). Results. Using the in vitro assays, we have found that SP ZP2 had a pronounced bactericidal effect on both the reference strains of E. coli and P. aeruginosa, and majority (95.5-98.2%) of the studied clinical isolates of Gram-negative bacteria, regardless of their species. With regard of the average BAI values, the tested bacterial species may be ranked by increasing their sensitivity to the synthetic ZP2 peptide as follows: P. aeruginosa (74.0±2.3%) — E. coli (77.6±3.5%) — K. pneumoniae (82.8±1.6%) — A. baumannii (84.3±1.7%). In addition, significant intraspecific variability of clinical isolates of Gram-negative bacteria was revealed for their sensitivity to bactericidal effect of SP ZP2. Conclusion. The synthetic ZP2 peptide is able to inhibit growth of Gram-negative bacteria, as well as exerts a bactericidal effect, thus considering it as a promising candidate for development of new effective drugs with combined immunobiological properties for combatting infectious and inflammatory conditions caused by the indicated microorganisms which show common resistance to a wide range of antimicrobial drugs used in clinical practice.

About the authors

V. A. Gritsenko

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vag59@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Main Research Associate, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Orenburg.

Phone.: 8 (919) 868-12-59.

Russian Federation

Ya. V. Tyapaeva

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: tyapaevayana@gmail.com

Postgraduate Student, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Orenburg.

Russian Federation

M. A. Dobrynina

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: mdobrynina@gmail.com

PhD (Medicine), Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology, Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Yekaterinburg.

Russian Federation

A. V. Zurochka

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: av_zurochka@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Leading Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology, Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Yekaterinburg.

Russian Federation

References

  1. Бухарин О.В., Брудастов Ю.А., Гриценко В.А., Дерябин Д.Г. Роль способности бактерий к инактивации факторов естественной противоинфекционной резистентности в их устойчивости к бактерицидному действию крови (сыворотки крови) // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1996. № 2. С. 174-176.
  2. Горбич Ю.Л., Карпов И.А. Значение адекватной эмпирической терапии при нозокомиальных инфекциях, вызванных Acinetobacter baumannii // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия, 2012. Т. 14, № 1. С. 67-73.
  3. Гриценко В.А., Иванов Ю.Б. Роль персистентных свойств в патогенезе эндогенных инфекций // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 2009. № 4. С. 66-71.
  4. Добрынина М.А., Зурочка В.А., Зурочка А.В., Гриценко В.А. Сравнительный анализ влияния синтетического пептида активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора - ZP2 на рост музейных культур бактерий родов Staphylococcus и Escherichia in vitro // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2015. № 2, С. 1-10. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2015-2/Articles/DMV-2015-2.pdf.
  5. Добрынина М.А., Зурочка А.В., Тяпаева Я.В., Белозерцева Ю.П., Гриценко В.А. Оценка влияния синтетического пептида активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора - ZP2 на рост и биопленкообразование клинических изолятов энтеробактерий in vitro // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2018. № 4. С. 1-17. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2018-4/Articles/MAD-2018-4.pdf.
  6. Добрынина М.А., Зурочка А.В., Тяпаева Я.В., Белозерцева Ю.П., Мругова Т.М., Гриценко В.А. Антибактериальная активность косметического средства «Ацеграм» в отношении грамотрицательных бактерий // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2017. № 4. С. 1-13. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2017-4/Articles/VAG-2017-4.pdf.
  7. Зурочка А.В., Гриценко В.А., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б. Влияние синтетического пептида активного центра ГМ-КСФ - ZP2 на кинетику развития популяций грамположительных кокков и энтеробактерий в культуре // Российский иммунологический журнал, 2015. Т. 9 (18), № 2-2. C. 30-35.
  8. Зурочка А.В., Зурочка В.А., Зуева Е.Б., Добрынина М.А., Дукардт В.В., Гриценко В.А. Синтетический пептид активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) как основа для создания косметических средств нового поколения с комбинированными эффектами - АЦЕГРАМ-ГЕЛЬ и АЦЕГРАМ-СПРЕЙ // Российский иммунологический журнал, 2016. Т. 10 (19), № 3. С. 269-272.
  9. Зурочка А.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Дукардт В.В., Гриценко В.А., Тяпаева Я.В., Черешнев В.А. Феномен наличия уникальной комбинации иммунобиологических свойств у синтетического аналога активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2016. Т. 2. 30 c. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/ZAV-2016-2.pdf.
  10. Иванов Д.В., Крапивина И.В., Галева Е.В. Нозокомиальные инфекции: эпидемиология, патогенез, этиология, антибактериальная терапия и профилактика // Антибиотики и химиотерапия, 2005. Т. 50, № 12. С. 19-28.
  11. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
  12. МР 02.032-08. Идентификация микроорганизмов и определение их чувствительности к антибиотикам с применением автоматического микробиологического анализатора VITEK 2 Compact. Методические рекомендации. М., 2008.
  13. Мругова Т.М., Качалова И.В. Особенности таксономической структуры и резистентности к антибиотикам микрофлоры, изолированной от больных в многопрофильном хирургическом стационаре // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2016. № 2. 12 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/MTM-2016-2.pdf.
  14. Серебряная Н.Б., Шанин С.Н., Фомичева Е.Е., Якуцени П.П. Тромбоциты как активаторы и регуляторы воспалительных и иммунных реакций. Часть 2. Тромбоциты как участники иммунных реакций // Медицинская иммунология, 2019. Т. 21, № 1. С. 9-20. doi: 10.15789/1563-0625-2019-1-9-20.
  15. Brogden K.A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol., 2005, no. 3. pp. 238-250.
  16. Finlay B.B., Hancock R.E.W. Can innate immunity be enhanced to treat microbial infections? Nat. Rev. Microbiol., 2004, no. 2, pp. 497-504.
  17. Kaplan A., Lee M.W., Wolf A.J., Limon J., Becker C.A., Ding M., Murali R. , Lee E.Y., Liu G.Y., Wong G.C.L., Underhill D.M. Direct Antimicrobial Activity of IFN-p. J. Immunol., 2017, no. 198., pp. 4036-4045.
  18. Leopold S.J., van Leth F., Tarekegn H., Schults C. Antimicrobial drug resistance among clinically relevant bacterial isolates in Sub-Saharan Africa: A Systematic Review. J. Antimicrob. Chemother., 2014, Vol. 69, no. 9, pp. 2337-2353.
  19. Meller S., Domizio J.D., Voo K.S. Th17 cells promote microbial killing and innate immune sensing of DNA via interleukin 26. Nat. Immunol., 2015, Vol. 16, no. 9. pp. 970-979.
  20. Schmidt N.W., Mishra A., Lai G.H., Davis M., Sanders L.K., Tran D., Garcia A., Tai K.P., McCray Jr. P.B., Ouellette A.J., Selsted M.E., Wong G.C.L. Criterion for amino acid composition of defensins and antimicrobial peptides based on geometry of membrane destabilization. J. Am. Chem. Soc., 2011, Vol. 133, pp. 6720-6727.
  21. Spellberg B., Guidos R., Gilbert D. The epidemic of antibiotic-resistant infections: a call to action for the medical community from the infectious diseases society of America. Clin. Infect. Dis., 2008, Vol. 46, pp. 155-164.
  22. Vasilchenko A.S., Vasilchenko A.V., Pashkova T.M., Smirnova M.P., Kolodkin N.I., Manukhov I.V., Zavilgelsky G.B., Sizova E.A., Kartashova O.L., Simbirtsev A.S., Rogozhin E.A., Duskaev G.K., Sycheva M.V. Antimicrobial activity of the indolicidinderived novel synthetic peptide In-58. J. Pept. Sci., 2017, Vol. 23, pp. 855-863.
  23. Walsh C. Where will new antibiotics come from? Nat. Rev. Microbiol., 2003, Vol. 1, no. 1. pp. 65-70.
  24. WHO: First ever list of antibiotic-resistant “priority pathogens”. GENEVA, 2017. Available at: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2017/bacteria-antibiotics-needed.
  25. Yount N.Y., Yeaman M.R. Emerging themes and therapeutic prospects for anti-infective peptides. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol., 2012, Vol. 52, pp. 337-360.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) 2021 Gritsenko V.A., Tyapaeva Y.V., Dobrynina M.A., Zurochka A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № 77 - 11525 от 04.01.2002 выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies