Russian Journal of ImmunologyRussian Journal of ImmunologyРоссийский иммунологический журнал1028-72212782-7291Russian Society of Immunology1686210.46235/1028-7221-16862-AOTSHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationAssessment of the influence of synthetic peptide of the active center of granulocyte-macrophagal colony-stimulating factor – ZP2 on the growth properties of Corynebacterium spp.Оценка влияния синтетического пептида активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора – ZP2 на ростовые свойства Corynebacterium spp.GritsenkoV. A.ГриценкоВ. А.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Chief Research Associate, Laboratory of Persistence and Symbiosis of Microorganisms

д.м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории персистенции и симбиоза микроорганизмов

vag59@mail.ruMorozovaN. V.МорозоваН. В.
Russian Federation

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

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

vag59@mail.ruGladyshevaI. V.ГладышеваИ. В.
Russian Federation

PhD (Medicine), Senior Research Associate, Laboratory of Biomedical Technologies

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории биомедицинских технологий, Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза

vag59@mail.ruCherkasovS. V.ЧеркасовС. В.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Corresponding Member, Russian Academy of Sciences

д.м.н., член-корр. РАН, главный научный сотрудник лаборатории биомедицинских технологий

vag59@mail.ruInstitute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of SciencesИнститут клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук – обособленное структурное подразделение ФГБУН «Оренбургский федеральный исследовательский центр» Уральского отделения Российской академии наук250920242734414480104202404042024Copyright ©; 2024, Gritsenko V.A., Morozova N.V., Gladysheva I.V., Cherkasov S.V.Copyright ©; 2024, Гриценко В.А., Морозова Н.В., Гладышева И.В., Черкасов С.В.2024Gritsenko V.A., Morozova N.V., Gladysheva I.V., Cherkasov S.V.Гриценко В.А., Морозова Н.В., Гладышева И.В., Черкасов С.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://rusimmun.ru/jour/article/view/16862

The goal is to study the effect of the synthetic peptide of the active center of the granulocyte-macrophage coline-stimulating factor ZP2 on the growth properties and biofilm formation of microorganisms of the genus Corynebacterium spp. In vitro experiments were carried out on 13 isolates of Corynebacterium spp., including C. amycolatum (n = 7), C. propinquum (n = 2) and C. pseudodiphtheriticum (n = 4)), previously isolated from healthy individuals and are part of the Network Collection of Symbiotic Microorganisms and Their Consortia of the Institute for Cellular and Intracellular Symbiosis UrB RAS (Orenburg, Russia). The effect of different concentrations of the ZP2 peptide on the growth properties (planktonic culture growth and biofilm formation) of test strains was assessed in 96-well polystyrene plates. The inhibitory effect of the ZP2 peptide on the growth of planktonic culture was assessed by the Inhibition Index (%), on biofilm formation – by the Degree of Inhibition of Biofilm Formation (%). It was experimentally established that after 2, 4, 6 and 24 hours, a dose-dependent inhibition of the growth of planktonic cultures of all studied bacterial strains was observed under the influence of various concentrations of ZP2 (0.5-2.0 μg/ml). In this case, the inhibitory effect of the ZP2 peptide depended both on its concentration in the cultivation medium and on the growth phase of the test strain of bacteria. The maximum inhibition of the growth of planktonic culture of all studied bacterial strains under the influence of various concentrations of the ZP2 peptide was observed after 24 hours and ranged from 89.3±1.9 to 94.1±1.8% in C. amycolatum, and in C. propinquum from 90.0±0.6 to 96.7±0.3%, in C. pseudodiphtheriticum from 92.2±2.1 to 95.1±1.3. The ZP2 peptide also had a significant effect on biofilm formation in all test cultures studied. The reduction in biofilm formation depended on the concentration of the peptide and ranged from 62.4 to 78.4% in C. amycolatum, from 70.9 to 79.6% in C. propinquum, and from 76 to 82.7% in C. pseudodiphtheriticum.

Thus, the antibacterial effect of the ZP2 peptide was revealed against the studied strains of corynebacteria species C. amycolatum, C. propinquum and C. pseudodiphtheriticum. According to available data, the ZP2 peptide is a drug with a wide spectrum of action that has an inhibitory effect not only on the studied actinobacteria, but also, according to literature data, on staphylococci and enterobacteria. An important prospect of the study is to reveal the mechanism of the antibacterial action of the ZP2 peptide with the characteristics of the effective concentration of the substance against pathogens and representatives of normal flora.

Цель – изучить влияние синтетического пептида активного центра гранулоцитарно-макрофагального колиниестимулирующего фактора ZP2 на ростовые свойства и биопленкообразование микроорганизмов рода Corynebacterium spp.

Опыты in vitro проведены на 13 изолятах Corynebacterium spp., включая С. amycolatum (n = 7), С. propinquum (n = 2) и C. pseudodiphtheriticum (n = 4)), выделенных ранее от здоровых лиц и хранящихся в Сетевой коллекции симбиотических микроорганизмов и их консорциумов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН. Влияние различных концентраций пептида ZP2 на ростовые свойства (прирост планктонной культуры и биопленкообразование) тест-штаммов оценивали в 96-луночных полистироловых планшетах. Угнетающее действие пептида ZP2 на прирост планктонной культуры оценивали по Индексу ингибирования (%), на биопленкообразование – по Степени ингибирования биопленкообразования (%).

Экспериментально установлено, что через 2, 4, 6 и 24 часа наблюдалось дозо-зависимое ингибирование прироста планктонной культуры всех исследуемых штаммов бактерий под влиянием различных концентраций ZP2 (0,5-2,0 мкг/мл). При этом ингибирующий эффект пептида ZP2 зависел как от его концентрации в среде культивирования, так и от фазы роста тест-штамма бактерий. Максимальное ингибирование прироста планктонной культуры всех исследуемых бактериальных штаммов под влиянием различных концентраций пептида ZP2 наблюдалось через 24 часа и составило у С. amycolatum от 89,3±1,9 до 94,1±1,8%, у С. propinquum от 90,0±0,6 до 96,7±0,3%, у C. pseudodiphtheriticum от 92,2±2,1 до 95,1±1,3. Пептид ZP2 также оказывал существенное влияние на биопленкообразование всех исследуемых тест-культур. Снижение биопленкообразования зависело от концентрации пептида и составило у С. amycolatum от 62,4% до 78,4%, у С. propinquum от 70,9 до 79,6% и у C. pseudodiphtheriticum от 76 до 82,7%.

Таким образом, выявлено антибактериальное действие пептида ZP2 в отношении изученных штаммов коринебактерий видов С. amycolatum, С. propinquum и C. pseudodiphtheriticum. По имеющимся данным, пептид ZP2 является препаратом с широким спектром действия, оказывающим ингибирующее влияние не только на изученные актинобактерии, но и, согласно литературным данным, на стафилококки и энтеробактерии. Важной перспективой исследования является раскрытие механизма антибактериального действия пептида ZP2 с характеристикой эффективной концентрации вещества в отношении патогенов и представителей нормофлоры.

Corynebacterium amycolatumC. propinquumC. pseudodiphtheriticumsynthetic peptide ZP2antibacterial effectbiofilm formationCorynebacterium amycolatumС. propinquumC. pseudodiphtheriticumсинтетический пептид ZP2антибактериальное действиебиопленкообразованиеБухарин О.В., Гриценко В.А. Влияние in vitro препарата лейкоцитарного катионного белка «Интерцид» на Escherichia coli // Антибиотики и химиотерапия, 2000. № 45 (1). C. 16-20. [Bukharin O.V., Gritsenko V.A. In vitro influence of the leukocyte cationic protein drug “Intertsid” on Escherichia coli. Antibiotiki i khimioterapiya = Antibiotics and Chemotherapy, 2000, no. 45 (1), pp. 16-20. (In Russ.)]Гриценко В.А., Тяпаева Я.В., Добрынина М.А., Зурочка А.В. Сравнительный анализ бактерицидных свойств синтетического пептида активного центра ГМ-КСФ – ZP2 в отношении грамотрицательных бактерий разной таксономической принадлежности // Российский иммунологический журнал, 2021. Т. 24, № 2. С. 221-228. [Gritsenko V.A., Tyapaeva Ya.V., Dobrynina M.A., Zurochka A.V. Comparative analysis of the bactericidal properties of the synthetic peptide of the active center of GM-CSF – ZP2 in relation to gram-negative bacteria of different taxonomic affiliations. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2021, Vol. 24, no. 2, pp. 221-228. (In Russ.)] doi: 10.46235/1028-7221-1016-CAO.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. 17 c. [Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Tyapaeva Ya.V., Belozertseva Yu.P., Gritsenko V.A. Assessment of the influence of the synthetic peptide of the active center of the 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, 17 p. (In Russ.)]Зурочка А.В., Гриценко В.А., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Черешнев В.А. Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и его синтетические аналоги: иммунобиологические эффекты и клиническое применение. Екатеринбург: УрО РАН, 2021. 288 с. [Zurochka A.V., Gritsenko V.A., Zurochka V.A., Dobrynina M.A., Chereshnev V.A. Granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) and its synthetic analogues: immunobiological effects and clinical application]. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2021. 288 p.Зурочка А.В., Добрынина М.А., Зурочка В.А., Гриценко В.А. Чувствительность музейных и клинических штаммов энтеробактерий к синтетическому пептиду активного центра ГМ-КСФ – ZP2 // Российский иммунологический журнал, 2020. Т. 23, № 4. С. 403-410. [Zurochka A.V., Dobrynina M.A., Zurochka V.A., Gritsenko V.A. Sensitivity of museum and clinical strains of enterobacteria to the synthetic peptide of the active center of GM-CSF – ZP2. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2020, Vol. 23, no. 4, pp. 403-410. doi: 10.46235/1028-7221-503-SOA.Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с. [Lakin G.F. Biometrics]. Moscow: Vysshaya shkola, 1990. 352 p.Bomar L., Brugger S.D., Yost B.H., Davies S.S., Lemon K.P. Corynebacterium accolens releases antipneumococcal free fatty acids from human nostril and skin surface triacylglycerols. mBio, 2016, Vol. 7, no. 1, e01725-15. doi: 10.1128/mBio.01725-15.Graevenitz A., Bernard K. “The genus Corynebacterium-medical” in The Prokaryotes. J. New York, NY: Springer, 2006, pp. 819-842.Kataoka N., Vangnai A.S., Pongtharangkul T., Yakushi T., Wada M., Yokota A., Matsushita K. Engineering of Corynebacterium glutamicum as a prototrophic pyruvate-producing strain: characterization of a ramA-deficient mutant and its application for metabolic engineering. J. Biosci. Biotechnol. Biochem., 2019, Vol. 83, no. 2, pp. 372-380.Lappan R., Peacock C.S. Corynebacterium and Dolosigranulum: future probiotic candidates for upper respiratory tract infections. Microbiol. Aust., 2019, Vol. 40, no. 4, pp. 172-177. Nicias P. Multifunctional host defense peptides: Intracellular-targeting antimicrobial peptides. FEBS, 2009, Vol. 276, no. 22, pp. 6483-6496.Oppenheim J.J., Biragyn A., Kwak L.W., Yang D. Roles of antimicrobial peptides such as defensins in innate and adaptive immunity. Ann. Rheum. Dis., 2003, no. 62, pp. 17-21.Park S-C., Park Y., and Hahm K-S. The Role of Antimicrobial Peptides in Preventing Multidrug-Resistant Bacterial Infections and Biofilm Formation. Int. J. Mol. Sci., 2011, Vol. 12, no. 9, pp. 5971-5992.Pieters R.J., Arnusch C.J., Breukink E. Membrane permeabilization by multivalent anti-microbial peptides. Protein Pept. Lett., 2009, Vol. 16, no. 7, pp. 736-742.Stepanovic S., Vukovic D., Hola V., Djukic S., Cirkovic 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, Vol. 115, no. 8, pp. 891-899.Zasada A.A., Mosie E. Contemporary microbiology and identifcation of Corynebacteria spp. causing infections in human. Lett. Appl. Microbiol., 2018, no. 66, pp. 472-483.Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms. Nature, 2002, no. 415 (6870), pp. 389-395.