Влияние различных факторов на формирование биопленок бацилламиВлияние различных факторов на формирование биопленок бациллами

Г.Р. Ахметова, Н.Л. Рудакова, Т.Л. Динь, М.Р. Шарипова

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2019.3.363-374

Для цитирования: Ахметова Г.Р., Рудакова Н.Л., Динь Т.Л., Шарипова М.Р. Влияние различных факторов на формирование биопленок бациллами // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 3. – С. 363–374. – doi: 10.26907/2542-064X.2019.3.363-374.

For citation: Akhmetova G.R., Rudakova N.L., Din T.L., Sharipova M.R. The role of various factors in the process of biofilm formation by bacilli. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2019, vol. 161, no. 3, pp. 363–374. doi: 10.26907/2542-064X.2019.3.363-374. (In Russian)

Аннотация

Исследовано влияние ферментов протеолитического спектра на образование биопленок бациллами. Сравнение динамики формирования биопленок протеазодефицитными штаммами со штаммом дикого типа B. subtilis 168 показало повышение уровня образования биопленок. В условиях использования рекомбинантных штаммов с секрецией индивидуальных протеиназ (субтилизиноподобной протеиназы, глутамилэндопептидазы и метцинкиновой протеиназы B. pumilus) наблюдалось снижение уровня образования биопленок на 40% в случае субтилизиноподобной протеиназы и глутамилэндопептидазы, в то время как присутствие металлоэндопептидазы приводило к повышению уровня биопленок на 10% относительно штамма дикого типа. Установлено, что протеазодефицитный штамм B. subtilis BRB14 с делецией 10 внеклеточных протеиназ более устойчив к этанольному и осмотическому стрессам.

Ключевые слова: B. subtilis, протеазодефицитные штаммы, биопленки, внеклеточные протеиназы B. pumilus, этанольный стресс, осмотический стресс

Аннотация

Исследовано влияние ферментов протеолитического спектра на образование биопленок бациллами. Сравнение динамики формирования биопленок протеазодефицитными штаммами со штаммом дикого типа B. subtilis 168 показало повышение уровня образования биопленок. В условиях использования рекомбинантных штаммов с секрецией индивидуальных протеиназ (субтилизиноподобной протеиназы, глутамилэндопептидазы и метцинкиновой протеиназы B. pumilus) наблюдалось снижение уровня образования биопленок на 40% в случае субтилизиноподобной протеиназы и глутамилэндопептидазы, в то время как присутствие металлоэндопептидазы приводило к повышению уровня биопленок на 10% относительно штамма дикого типа. Установлено, что протеазодефицитный штамм B. subtilis BRB14 с делецией 10 внеклеточных протеиназ более устойчив к этанольному и осмотическому стрессам.

Ключевые слова: B. subtilis, протеазодефицитные штаммы, биопленки, внеклеточные протеиназы B. pumilus, этанольный стресс, осмотический стресс

Благодарности. Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Литература

  1. Baslé A., Hewitt L., Koh A., Lamb H.K., Thompson P., Burgess J.G., Hall M.J., Hawkins A.R., Murray H., Lewis R.J. Crystal structure of NucB, a biofilm-degrading endonuclease // Nucleic Acids Res. – 2017. – V. 46, No 1. – P. 473–484. – doi: 10.1093/nar/gkx1170.

  2. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: Survival mechanisms of clinically relevant     microorganisms // Clin. Microbiol. Rev. – 2002. – V. 15, No 2. – P. 167–193. – doi: 10.1128/CMR.15.2.167-193.2002.

  3. Costerton J.W., Lewandowski Z., Caldwell D.E., Korber D.R., Lappin-Scott H.M. Microbial biofilms // Annu. Rev. Microbiol. – 1995. – V. 49. – P. 711–745. – doi: 10.1146/annurev.mi.49.100195.003431.

  4. Vlamakis H., Chai Y., Beauregard P., Losick R., Kolter R. Sticking together: Building a biofilm the Bacillus subtilis way // Nat. Rev. Microbiol. – 2013. – V. 11, No 3. – P. 157–168. – doi: 10.1038/nrmicro2960.

  5. Epstein A.K., Pokroy B., Seminara A., Aizenberg J. Bacterial biofilm shows persistent resistance to liquid wetting and gas penetration // Appl. Phys. Sci. – 2011. – V. 108, No 3. – P. 995–1000. – doi: 10.1073/pnas.1011033108.

  6. Römling U., Balsalobre C. Biofilm infections, their resilience to therapy and innovative treatment strategies // J. Intern. Med. – 2012. – V. 272, No 6. – Р. 541–561. – doi: 10.1111/joim.12004.

  7. Biel M.A. Photodynamic therapy of bacterial and fungal biofilm infections // Methods Mol. Biol. – 2010. – V. 635. – P. 175–194. – doi: 10.1007/978-1-60761-697-9_13.

  8. Cairns L.S., Hobley L., Stanley-Wall N.R. Biofilm formation by Bacillus subtilis: New insights into regulatory strategies and assembly mechanisms // Mol. Microbiol. – 2014. – V. 93, No 4. – P. 587–598. – doi: 10.1111/mmi.12697.

  9. Davey M.L., O’Toole G.A. Microbial biofilms: From ecology to molecular genetics // Microbiol. Mol. Biol. Rev. – 2000. – V. 64, No 4. – P. 847–867. – doi: 10.1128/mmbr.64.4.847-867.2000.

  10. Chen Y., Cao S., Chai Y.,Clardy J., Kolter R., Guo J.H., Losick R. Bacillus subtilis sensor kinase involved in triggering biofilm formation on the roots of tomato plants // Mol. Microbiol. – 2012. – V. 85, No 3. – P. 418–430. – doi: 10.1111/j.1365-2958.2012.08109.x.

  11. Chen Y., Yan F., Chai Y., Liu H., Kolter R., Losick R., Guo K.H. Biocontrol of tomato wilt disease by Bacillus subtilis isolates from natural environments depends on conserved genes mediating biofilm formation // Environ. Microbiol. – 2013. – V. 15, No 3. – P. 848–864. – doi: 10.1111/j.1462-2920.2012.02860.x.

  12. Garcia-Gutierrez L., Zeriouh H., Romero D., Cubero J., de Vicente A., Perez-Garcia A. The antagonistic strain Bacillus subtilis UMAF6639 also confers protection to melon plants against cucurbit powdery mildew by activation of jasmonate- and salicylic acid-dependent defence responses // Microb. Biotechnol. – 2013. – V. 6, No 3. – P. 264–274. – doi: 10.1111/1751-7915.12028.

  13. Zeriouh H., de Vicente A., Perez-Garcia A., Romero D. Surfactin triggers biofilm formation of Bacillus subtilis in melon phylloplane and contributes to the biocontrol activity // Environ. Microbiol. – 2013. – V. 16, No 7. – P. 2196–1211. – doi: 10.1111/1462-2920.12271.

  14. Choudhary D.K., Johri B.N. Interactions of Bacillus spp. and plants – with special reference to induced systemic resistance (ISR) // Microbiol. Res. – 2009. – V. 164, No 5. – P. 493–513. – doi: 10.1016/j.micres.2008.08.007.

  15. McDonnell G., Russell A.D. Antiseptics and disinfectants: Activity, action, and resistance // Clin. Microbiol. Rev. – 1999. – V. 12, No 1. – P. 147–179.

  16. Dorman H.J., Deans S.G. Antimicrobial agents from plants: Antibacterial activity of plant volatile oils // J. Appl. Microbiol. – 2000. – V. 88. No 2. – P. 308–316. – doi: 10.1046/j.1365-2672.2000.00969.x.

  17. Ishida H., Ishida Y., Kurosaka Y., Otani T., Sato K., Kobayashi H. In vitro and in vivo activities of levofloxacin against biofilm-producing Pseudomonas aeruginosa // Antimicrob. Agents Chemother. – 1998. – V. 42, No 7. – P. 1641–1645. – doi: 10.1128/AAC.42.7.1641.

  18. Aguilar C., Vlamakis H., Losick R., Kolter R. Thinking about Bacillus subtilis as a multicellular organism // Curr. Opin. Microbiol. – 2007. – V. 10, No 6. – P. 638–643. – doi: 10.1016/j.mib.2007.09.006.

  19. Чернова Л.С., Шарафутдинов И.С., Каюмов А.Р. Гиперпродукция белка HtrA повышает выживаемость клеток Bacillus subtilis в условиях стресса и стимулирует формирование биопленки  // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 2. – С. 262–271.

  20. Morikawa M., Kagihiro S., Haruki M., Takano K., Branda S., Kolter R., Kanaya S. Biofilm formation by a Bacillus subtilis strain that produces γ-polyglutamate // Microbiology. – 2006. – V. 152, Pt. 9. – P. 2801–2807. – doi: 10.1099/mic.0.29060-0.

  21. O’Toole G.A., Pratt L.A., Watnick P.I., Newman D.K., Weaver V.B., Kolter R. Genetic approaches to study of biofilms // Methods Enzymol. – 1999. – V. 310. – P. 97–109. – doi: 10.1016/S0076-6879(99)10008-9.

  22. Merritt J.H., Kadouri D.E., O’Toole G.A. Growing and analyzing static biofilms //     Curr. Protoc. Microbiol. – 2006. – No 1 – P. 1B.1.1–1B.1.17. – doi: 10.1002/9780471729259.mc01b01s00.

  23. Ашмарин И.П., Воробьев А.А. Статистические методы в микробиологических исследованиях. – Л.: Медгиз, 1962. – 180 с.

  24. Rey M.W., Ramaiya P., Nelson B.A., Brody-Karpin B.A., Zaretsky E.J., Tang M., de Leon A.L., Xiang H., Gusti V., Clausen I.G., Olsen P.B., Rasmussen M.D., Andersen M.D., Jørgensen P.L., Larsen T.S., Sorokin A., Bolotin A., Lapidus A., Galleron N., Ehrlich S.D., Berka R.M. Complete genome sequence of the industrial bacterium Bacillus licheniformis and comparisons with closely related Bacillus species // Genome Biol. – 2004. – V. 5, No 10. – Art. R77, P. 1–12. – doi: 10.1186/gb-2004-5-10-r77.
  25. Балабан Н.П., Рудакова Н.Л., Сабирова А.Р., Валеева Л.Р., Шарипова М.Р. Первая адамализиноподобная микробная металлоэндопептидаза // Биоорган. химия. – 2012. – Т. 38, №  4. – С. 439–448.
  26. Shemesh M., Chai Y. A combination of glycerol and manganese promotes biofilm formation in Bacillus subtilis via histidine kinase KinD signaling // J. Bacteriol. – 2013. – V. 195, No 12. – P. 2747–2754. – doi: 10.1128/JB.00028-13.

Поступила в редакцию

15.04.19

 

Ахметова Гульназ Римовна, студент Института фундаментальной медицины и биологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: gulnaz55@inbox.ru

Рудакова Наталья Леонидовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИЛ «Микробные биотехнологии»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: natalialrudakova@mail.ru

Динь Тхи Лан, аспирант кафедры микробиологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: nhanhlanrung01102000@gmail.com

Шарипова Маргарита Рашидовна, доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: marsharipova@gmail.com

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.