Russian Journal of ImmunologyRussian Journal of ImmunologyРоссийский иммунологический журнал1028-72212782-7291Russian Society of Immunology1682710.46235/1028-7221-16827-IOASHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationInfluence of a synthetic analogue of the active center of GM-CSF – peptide ZP2 on the growth and biofilm formation of gram-negative bacteria – causes of surgical infectionsВлияние синтетического аналога активного центра ГМ-КСФ – пептида ZP2 на рост и биопленкообразование грамотрицательных бактерий – возбудителей хирургических инфекцийPashininaO. A.ПашининаО. А.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Microbial Persistence and Symbiosis

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории персистенции и симбиоза микроорганизмов

olga25mikro@mail.ruKartashovaO. L.КарташоваО. Л.
Russian Federation

PhD, MD (Biology), Associate Professor, Leading Research Associate, Laboratory of Microbial Persistence and Symbiosis

д.б.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории персистенции и симбиоза микроорганизмов

olga25mikro@mail.ruPashkovaT. M.ПашковаТ. М.
Russian Federation

PhD, MD (Biology), Leading Research Associate, Laboratory of Microbial Persistence and Symbiosis

д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории персистенции и симбиоза микроорганизмов

olga25mikro@mail.ruGritsenkoV. A.ГриценкоВ. А.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Chief Research Associate

д.м.н., профессор, главный научный сотрудник

olga25mikro@mail.ruOrenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of SciencesФГБУН «Оренбургский федеральный исследовательский центр» Уральского отделения Российской академии наук250920242734334403103202403042024Copyright ©; 2024, Pashinina O.A., Kartashova O.L., Pashkova T.M., Gritsenko V.A.Copyright ©; 2024, Пашинина О.А., Карташова О.Л., Пашкова Т.М., Гриценко В.А.2024Pashinina O.A., Kartashova O.L., Pashkova T.M., Gritsenko V.A.Пашинина О.А., Карташова О.Л., Пашкова Т.М., Гриценко В.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://rusimmun.ru/jour/article/view/16827

The aim is to analyze the nature of the effect of the synthetic analogue of the active center of GM- CSF – peptide ZP2 on the growth and biofilm formation (BPO) of gram–negative bacteria – pathogens of surgical infections. The study used 18 clinical isolates of gram-negative bacteria of different species (Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Stenotrophamonas maltophilia) isolated from purulent wounds in patients with surgical pathology and showing pronounced resistance to many antibiotics used in clinical practice. The isolation of pure cultures of microorganisms was carried out by conventional methods; species were assessed by direct protein profiling using a MALDI TOF mass spectrometer. To study the effect of ZP2 peptide on bacterial growth and BPO, isolates were co-cultured with a solution of ZP2 peptide in meat-peptone broth (MPB) at a concentration of 5 micrograms/ml at 37°C for 24-48 hours. The effect of the ZP2 peptide was studied both on emerging biofilms and on those formed, according to the degree of binding of crystalline violet in sterile 96-well polystyrene plates. Next, Growth inhibition indices and coefficients of BPO of microorganisms were determined. It was found that the synthetic analogue of the active center of granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) – peptide ZP2 inhibited the growth of the studied bacterial strains, reducing the biomass of experimental cultures during the development of bacterial populations. At the same time, the species-specific effect of the ZP2 peptide on the ability of surgical strains of the studied bacteria to form biofilms has been shown. It was experimentally established that all the studied surgical strains of microorganisms were capable of biofilm formation, and the maximum severity of the trait was characteristic of S. maltophilia isolates. The synthetic analogue of the active center of granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) – peptide ZP2 caused a decrease in the ability to form biofilms in isolates S. maltophilia and destroyed already formed biofilms in all studied species of microorganisms. The experimental data obtained expand the range of potential clinical applications of the synthetic analogue of the active center of granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) – peptide ZP2, and its use in new medicines can be effective in combating antibiotic-resistant pathogens of surgical infections.

Цель – проанализировать характер влияния синтетического аналога активного центра ГМ-КСФ – пептида ZP2 на рост и биопленкообразование (БПО) грамотрицательных бактерий – возбудителей хирургических инфекций.

В работе использовано 18 клинических изолятов грамотрицательных бактерий разных видов (Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Stenotrophamonas maltophilia), выделенных из гнойных ран у больных с хирургической патологией и проявляющих выраженную резистентность ко многим антибиотикам, используемым в клинической практике. Выделение чистых культур микроорганизмов осуществляли общепринятыми методами, видовую принадлежность оценивали по прямому белковому профилированию с помощью MALDI TOF MS масс-спектрометра.

Для изучения влияния пептида ZP2 на рост и БПО бактерии проводили сокультивирование изолятов с раствором пептида ZP2 в мясо-пептонном бульоне (МПБ) в концентрации 5 мкг/мл при 37 °С в течение 24-48 ч. Действие пептида ZP2 исследовали как на формирующиеся биопленки, так и на сформированные, по степени связывания кристаллического фиолетового в стерильных 96-луночных полистироловых планшетах. Далее определяли Индексы ингибирования роста и коэффициенты БПО микроорганизмов.

Установлено, что синтетический аналог активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) – пептид ZP2 ингибировал рост изученных штаммов бактерий, снижая биомассу опытных культур в процессе развития бактериальных популяций.

Вместе с тем показано видоспецифическое действие пептида ZP2 в отношении способности хирургических штаммов изученных бактерий формировать биопленки. Экспериментально было установлено, что все изученные хирургические штаммы микроорганизмов были способны к биопленкообразованию, причем максимальная выраженность признака была характерна для изолятов S. maltophilia. Синтетический аналог активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) – пептид ZP2 вызывал снижение способности к формированию биопленок у изолятов S. maltophilia и разрушал уже сформированные биопленки у всех изученных видов микроорганизмов.

Полученные экспериментальные данные расширяют спектр потенциального клинического применения синтетического аналога активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) – пептида ZP2, а его использование в составе новых лекарственных средств может быть эффективным в борьбе с антибиотикорезистентными возбудителями хирургических инфекций.

surgical infectionspathogensKlebsiella pneumoniaeCitrobacter freundiiStenotrophamonas maltophiliagrowthbiofilm formationsynthetic analogue of the active center of GM-CSF – peptide ZP2хирургические инфекциивозбудителиKlebsiella pneumoniaeCitrobacter freundiiStenotrophamonas maltophiliaростбиопленкообразованиесинтетический аналог активного центра ГМ-КСФ – пептид ZP2Бублик Е.В., Коршунова Ю.В., Крупинова Ю.А., Морозова О.А. Патогенетические аспекты местного лечения синдрома диабетической стопы. Новая альгинатная повязка FIBROCLEAN AG: какие преимущества? // Раны и раневые инфекции. Журнал имени проф. Б.М. Костючёнка, 2015. Т. 2, № 1. С. 20- 25. [Bublik E.V., Korshunova Yu.V., Krupinova Yu.A., Morozova O.A. Pathogenetic aspects of local treatment of diabetic foot syndrome. The new alginate bandage FIBROCLEAN AG: what are the advantages? Rany i ranevye infektsii. Zhurnal imeni prof. B.M. Kostyuchionka = Wounds and Wound Infections. Kostyuchionok Journal, 2015, Vol. 2, no. 1, pp. 20-25. (In Russ.)]Бухарин О.В. Инфекционная симбиология // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 2015. № 4. С. 4-9. [Bukharin O.V. Infectious symbiology. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 2015, no. 4, pp. 4-9. (In Russ.)]Бухарин О.В., Гриценко В.А. Влияние in vitro препарата лейкоцитарного катионного белка «Интерцид» на Escherichia coli // Антибиотики и химиотерапия, 2000. № 45 (1). С. 16-20. [Buharin O.V., Gritsenko V.A. In vitro influence of the leukocyte cationic protein preparation “Intertsid” on Escherichia coli. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2000, no. 45 (1), pp. 16-20. (In Russ.)]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 микроорганизмов // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2017. № 4. 13 c. [Электронный ресурс]. [Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Tyapaeva Ya.V., Belozerceva Yu.P., Mrugova T.M., Gritsenko V.A. Antibacterial activity of the cosmetic product “Аcegram” against gram-negative microorganisms. 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, 13 p. [Electronic resource]. (In Russ.)]Добрынина М.А., Зурочка А.В., Тяпаева Я.В., Белозерцева Ю.П., Гриценко В.А. Оценка влияния синтетического пептида активного центра гранулоцетарно-макрофагального колониестимулирующего фактора – ZP2 на рост и биопленкообразование клинических изолятов энтеробактерий in vitro // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2018. № 4. 17 с. [Электронный ресурс]. [Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Tyapaeva Yu.V., Belozerceva Yu.P., Gritsenko V.A. Assessment of the influence of the synthetic peptide of the active center of the granulocetrine-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. 17 р. [Electronic resource]. (In Russ.)]Зурочка А.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Дукарт В.В., Гриценко В.А., Тяпаева Я.В., Черешнев В.А. Феномен наличия уникальной комбинации иммунобиологических свойств у синтетического аналога активного центра гранулоцитарномакрофагального 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., Dukart V.V., Gricenko V.A., Tyapaeva Ya.V., Chereshnev V.A. The phenomenon of a unique immunobiological property of 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 (In Russ.)]Зурочка В.А., Зурочка А.В., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Дукардт В.В., Лаврентьева И.Н., Сухобаевская Л.П., Гриценко В.А. Исследование спектра иммунобиологической активности синтетического пептида активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) как основа для расширения возможностей создания косметических средств нового поколения с комбинированными эффектами // Российский иммунологический журнал, 2017. Т. 11(20). № 3. С. 377-380. [Zurochka V.A., Zurochka A.V., Dobrynina M.A., Zueva E.B., Dukardt V.V., Lavrent’eva I.N., Suhobaevskaya L.P., Gritsenko V.A. Study of the spectrum of immunobiological activity of the synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) as the basis for expanding the possibilities of creating new generation cosmetics with combined effects. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2017, Vol. 11 (20), no. 3, pp. 377-380. (In Russ)].Зурочка А.В., Зурочка В.А., Зуева Е.Б., Добрынина М.А., Дукардт В.В., Гриценко В.А. Синтетический пептид активного центра гранулоцитарно-макрофагального колоние- стимулирующего 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. [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 the 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.)]Козлова Н.С., Баранцевич Н.Е., Косякова К.Г., Каменева О.А., Баранцевич Е.П. Энтеробактерии – возбудители гнойно-септических инфекций в стационарах Санкт-Петербурга // Бактериология, 2017. Т. 2, № 3. С. 69-70. [Kozlova N.S., Barancevich N.E., Kosyakova K.G., Kameneva O.A., Barancevich E.P. Enterobacteria are the causative agents of purulent-septic infections in hospitals in St. Petersburg. Bakteriologiya = Bacteriology, 2017, Vol. 2, no. 3, pp. 69-70. (In Russ.)]Козлова Н.С., Пилипенко С.Б., Мамонова Е.А., Голубева Ю.В., Григорьева Л.Г. Структура энтеробактерий – возбудителей гнойно-септических инфекций в психиатрической больнице и их устойчивость к антимикробным препаратам // Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения, 2018. Т.13, № 1. С. 291-297. [Kozlova N.S., Pilipenko S.B., Mamonova E.A., Golubeva Yu.V., Grigor’eva L.G. The structure of enterobacteria – causative agents of purulent-septic infections in a psychiatric hospital and their resistance to antimicrobial drugs. Zdorovye – osnova chelovecheskogo potentsiala: problemy i puti ikh resheniya = Health is the Basis of Human Potential: Problems and Ways to Solve Them, 2018, Vol. 13, no. 1, pp. 291-297. (In Russ.)]Метляева А.В., Пилипенко С.Б., Мамонова Е.А., Голубева Ю.В., Григорьева Л.Г., Варгасова В.С. Видовой состав энтеробактерий – возбудителей госпитальных гнойно-септических инфекций в психиатрическом стационаре // Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения, 2019. Т.14, № 1. С. 488-493. [Metlyaeva A.V., Pilipenko S.B., Mamonova E.A., Golubeva YU.V., Grigor’eva L.G., Vargasova V.S. Species composition of enterobacteria – causative agents of hospital purulent-septic infections in a psychiatric hospital. Zdorovye – osnova chelovecheskogo potentsiala: problemy i puti ikh resheniya = Health is the Basis of Human Potential: Problems and Ways to Solve Them, 2019, Vol. 14, no. 1, pp. 488-493. (In Russ.)]Насер Н.Р., Шляпникова С.А. Оптимизация антибактериальной терапии инфекций, вызванными карбапенемрезистентными энтеробактериями // Вестник национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова, 2023. Т.18, № 1. С. 91-93. [Naser N.R., Shlyapnikova S.A. Optimization of antibacterial therapy for infections caused by carbapenem-resistant enterobacteria. Vestnik natsionalnogo mediko-khirurgicheskogo tsentra im. N.I. Pirogova = N. Pirogov Bulletin of the National Medical and Surgical Center, 2023, Vol. 18, no. 1, pp. 91-93. (In Russ.)]Степин А.В. Этиология инфекции хирургического вмешательства после операций на открытом сердце: одноцентровое десятилетилетнее наблюдение // Российский медицинский журнал, 2022. № 7. С. 2-6. [Stepin A.V. Etiology of surgical infection after open heart surgery: single-center ten-year follow-up. Rossiyskiy meditsinskiy zhurnal = Russian Medical Journal, 2022, no. 7, pp. 2-6. (In Russ.)]Чекмарева И.А., Митиш В.А., Паклина О.В., Блатун Л.А., Пасхалова Ю.С., Ушаков А.А., Терехова Р.П., Гордиенко Е.Н., Соков С.Л., Муньос Сепеда П.А., Качанжи А.П. Морфологическая оценка эффективности применения гидрохирургической системы VERSAJET® в сочетании с комбинированной антибактериальной терапией при лечении гнойно-некротических осложнений синдрома диабетической стопы с биопленочными формами бактерий // Раны и раневые инфекции. Журнал имени проф. Б.М. Костючёнка. 2015. Т. 2, № 3. С. 8-20. [Chekmareva I.A., Mitish V.A., Paklina O.V., Blatun L.A., Paskhalova Y.S., Ushakov A.A., Terekhova R.P., Gordienko E.N., Sokov S.L., Munoz Cepeda P.A., Kachanzhi A.P. Morphological evaluation of the effectiveness of the VERSAJET ® hydrosurgical system in combination with combined antibacterial therapy in the treatment of purulent-necrotic complications of diabetic foot syndrome with biofilm forms of bacteria. Rany i ranevye infektsii. Zhurnal imeni prof. B.M. Kostyuchionka = Wounds and Wound Infections. Kostyuchionok Journal, 2015, Vol. 2, no. 3, pp. 8-20 (In Russ.)]Christensen G.D., Simpson W.A., Younger J.J., Baddour L.M., Barrett F.F., Melton D.M., Beachey E.H. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of staphylococci to medical devices. J. Clin Microbiol., 1985, no. 22, pp. 996-1006.Percival S.L. Biofilms in infection prevention and control. A Health-care Handbook. Academic Press, 2014; pp. 127-139.Stepanovic S., Vukovic D., Hola V., Di Bonaventura G., Djukić S., Cirković I., Ruzicka F. Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. APMIS, 2007, no. 115, pp. 891-899.