Sensitivity of archival and clinical enterobacteria strains to synthetic GM-CSF active center ZP2 peptide

Cover Page

Cite item

Abstract

Objective: to study sensitivity of various enterobacterial species to the bactericidal action of the ZP2 synthetic GM-CSF active center peptide after long-term storage.
In vitro experiments were carried out with archival archival test strains Escherichia coli K12 (GISK 240367) and E. coli (ATCC 25922), as well as 104 clinical isolates of E. coli (n = 22) and Klebsiella pneumoniae (n = 82) obtained from patients with surgical pathology. The bactericidal effect of the ZP2 peptide (final concentration 10 μg/ml) on microorganisms was assessed by measuring optical density (OD) difference between experimental and control broth cultures after 20 min exposure of bacterial suspensions (5 × 108 CFU/ml) with the ZP2 peptide (in control – with distilled water), added with meat-peptone broth and incubated at 37 °C for 4 hours. The ZP2 peptide effect was presented as Bactericidal Activity Index (BAI, %).
It was experimentally found that the archival E. coli test strains as well as most of examined clinical strains of E. coli and K. pneumoniae (95.5 and 97.6%, respectively) showed sensitivity to the bactericidal effect of the synthetic ZP2 peptide (at a final concentration of 10 μg/ml ) with BAI averaging 77.6±3.5 and 82.8±1.6% and its relatively wide variation range 45.8 ... 98.9 and 42.1 ... 99.8%, respectively.
The 5-year storage of synthetic ZP2 peptide at 8 °C exerted bactericidal effect on antibiotic-resistant enterobacterial strains. The data obtained can be used to develop ZP2 peptide-based drugs aimed at combating pyo-inflammatory processes caused by antibiotic-resistant E. coli and K. pneumoniae strains.

About the authors

A. V. Zurochka

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)

Author for correspondence.
Email: av_zurochka@mail.ru

Zurochka Aleksandr V. - PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Food and Biotechnology; Chief Research Associate

620049, Yekaterinburg, Pervomayskaya str., 106

Phone: 7 (919) 307-75-98

Russian Federation

M. A. Dobrynina

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

Email: fake@neicon.ru

Junior Research Associate, Laboratory of Immunology of Inflammation

Yekaterinburg

Russian Federation

A. V. Zurochka

Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)

Email: fake@neicon.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Food and Biotechnology; Senior Research
Associate

Yekaterinburg

Chelyabinsk

Russian Federation

V. A. Gritsenko

Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences (Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis UrB RAS)

Email: fake@neicon.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Laboratory 

Orenburg

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. 160-162. [Bukharin O.V., Brudastov Yu.A., Gritsenko V.A., Deryabin D.G. How the ability of bacteria to inactivate natural antiinfectious resistance factors affects their resistance to the bactericidal action of the blood (serum). Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 1996, no. 2, pp. 160-162. (In Russ.)]
  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. [Gorbich Yu.L., Karpov I.A. The value of adequate empiric therapy for nosocomial infections caused by Acinetobacter baumannii. Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya = Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2012. Vol. 14, no. 1, pp. 67-73. (In Russ.)]
  3. Гриценко В.А., Иванов Ю.Б. Роль персистентных свойств в патогенезе эндогенных инфекций // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 2009. № 4. С. 66-71. [Gritsenko V.A., Ivanov Yu.B. The role of persistent properties in the pathogenesis of endogenous infections. Zhurnal mikrobiologii epidemiologii i immunologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2009, no. 4, pp. 66-71. (In Russ.)]
  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. [Dobrynina M.A., Zurochka V.A., Zurochka A.V., Gritsenko V.A. Comparative analysis of the effect of a synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor – ZP2 on the growth of museum cultures of bacteria of the genera Staphylococcus and Escherichia in vitro. Byulleten Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN = Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2015, no. 2, pp. 1-10. [Electronic resource]. Access mode: 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. [Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Tyapaeva Ya.V., Belozertseva Yu.P., Gritsenko V.A. Assessment of the effect of a synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor – ZP2 on the growth and biofilm formation of clinical isolates of enterobacteria in vitro. Byulleten Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN = Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2018, no. 4, pp. 1-17. (In Russ.)]
  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. [Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Tyapaeva Ya.V., Belozertseva Yu.P., Mrugova T.M., Gritsenko V.A. Antibacterial activity of the cosmetic product “Acegram” against gram-negative bacteria. Byulleten Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN = Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2017, no. 4, pp. 1-13. (In Russ.)]
  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. C. 30-35. [Zurochka A.V., Gritsenko V.A., Zurochka V.A., Dobrynina M.A., Zueva E.B. Effect of the synthetic peptide of the active center of GM-CSF – ZP2 on the kinetics of the development of populations of gram-positive cocci and enterobacteria in culture. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2015, Vol. 9 (18), no. 2, pp. 30-35. (In Russ.)]
  8. Зурочка В.А., Зурочка А.В., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Гриценко В.А., Тяпаева Я.В., Белозерцева Ю.П. Анализ чувствительности клинических изолятов стафилококков к синтетическому пептиду активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) // Российский иммунологический журнал, 2015. Т. 9 (18), № 3 (1). С. 82-85. [Zurochka V.A., Zurochka A.V., Dobrynina M.A., Zueva E.B., Gritsenko V.A., Tyapaeva Ya.V., Belozertseva Yu.P. Sensitivity analysis of clinical staphylococcal isolates to a synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF). Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2015, Vol. 9 (18), no. 3 (1), pp. 82-85. (In Russ.)]
  9. 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 (ГМКСФ) 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. [Zurochka A.V., Zurochka V.A., Zueva E.B., Dobrynina M.A., Dukardt V.V., Gritsenko V.A. Synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) as a basis for the creation of new generation cosmetics with combined effects – ACEGRAM-GEL and ACEGRAM-SPRAY. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2016, Vol. 10 (19), no. 3, pp. 269-272. (In Russ.)]
  10. 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. № 2. 30 c. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/ZAV-2016-2.pdf [Zurochka A.V., Zurochka V.A., Dobrynina M.A., Zueva E.B., Dukardt V.V., Gritsenko V.A., Tyapaeva Ya.V., Chereshnev V.A. The phenomenon of a unique combination of immunobiological properties in a synthetic analogue of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF). Byulleten Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN = Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2016, no. 2. 30 p. [Electronic resource]. Access mode: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/ZAV-2016-2.pdf.
  11. Зурочка А.В., Суховей Ю.Г., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Петров С.А., Унгер И.Г., Костоломова Е.Г. Способ повышения бактерицидной активности // Патент РФ на изобретение № 2448725. Опубликован 27.04.2012. Бюл. № 12. [Zurochka A.V., Sukhovey Yu.G., Zurochka V.A., Dobrynina M.A., Petrov S.A., Unger I.G., Kostolomova E.G. Method for increasing bactericidal activity. RF patent for invention No. 2448725. Published on April 27, 2012. Bul. No. 12].
  12. 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. [Ivanov D.V., Krapivina I.V., Galeva E.V. Nosocomial infections: epidemiology, pathogenesis, etiology, antibiotic therapy and prevention. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2005, Vol. 50, no. 12, p. 19-28. (In Russ.)]
  13. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с. [Lakin G.F. Biometrics]. Moscow: Higher school, 1990. 352 p.
  14. МР 02.032-08. Идентификация микроорганизмов и определение их чувствительности к антибиотикам с применением автоматического микробиологического анализатора VITEK 2 Compact. Методические рекомендации. М., 2008. [MR 02.032-08. Identification of microorganisms and determination of their sensitivity to antibiotics using the automatic microbiological analyzer VITEK 2 Compact. Guidelines]. Moscow, 2008.
  15. 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 [Mrugova T.M., Kachalova I.V. Features of the taxonomic structure and antibiotic resistance of microflora isolated from patients in a multidisciplinary surgical hospital. Byulleten Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN = Bulletin of the Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2016, no. 2. 12 p. [Electronic resource]. Access mode: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2016-2/Articles/MTM-2016-2.pdf.
  16. Приказ МЗ СССР от 22 апреля 1985 г. № 535 «Об унификации микробиологических (бактериологических) методов исследования, применяемых в клинико-диагностических лабораториях лечебно-профилактических учреждений». М., 1989. 126 с. [Order of the Ministry of Health of the USSR of April 22, 1985. No. 535 "On the unification of microbiological (bacteriological) research methods used in clinical diagnostic laboratories of medical institutions".] Moscow, 1989. 126 p.
  17. Трухачева Н.В. Математическая статистика в медико-биологических исследованиях с применением пакета Statistica. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 220 с. Trukhacheva N.V. Mathematical statistics in biomedical research using the Statistica package]. Moscow: GEOTAR-Media, 2013. 220 p.
  18. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987. 567 с. [Schlegel G. General Microbiology]. Moscow: Mir, 1987. 567 p.
  19. Brogden K.A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol., 2005, no. 3, pp. 238-250.
  20. 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.
  21. 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.
  22. Spellberg B., Guidos R., Gilbert D., Bradley J., Boucher H.W., Scheld W.M., Bartlett J.G., Edwards J. Jr, Infectious Diseases Society of America. 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.
  23. 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.
  24. Walsh C. Where will new antibiotics come from? Nat. Rev. Microbiol., 2003, Vol. 1, no. 1, pp. 65-70.
  25. WHO: First ever list of antibiotic-resistant "priority pathogens". GENEVA, 2017. Available at: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2017/bacteria-antibiotics-needed.

Copyright (c) 2020 Zurochka A.V., Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Gritsenko V.A.

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