КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-76-00009

НазваниеСдерживание антибиотикорезистентности и повышение качества молока, путем создания фармакологических соединений для лечения мастита у высокопродуктивных коров.

РуководительИсакова Мария Николаевна, Кандидат ветеринарных наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-203 - Ветеринария

Ключевые словаантибиотики, пробиотики, вакцинация, бактериоцины, глицералат кремния, глицеролат бора, антибиотикорезистентность, изоляты, микробные биотопы, микробиота, крупный рогатый скот, молочная железа, мастит

Код ГРНТИ68.41.59


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Настоящий проект посвящен разработке лекарственной композиции на основе бактериоцина-низина и кремнийборсодержащего гидрогеля, применение которой позволит сдерживать антибиотикорезистентность микроорганизмов, выделенных из коровьего молока и повысить качество молока, а также осуществить импортозамещение. Производство качественной и конкурентоспособной молочной продукции - приоритетная задача нашей страны, решение которой имеет комплексный характер для экономики страны в целом, приводит к укреплению здоровья населения, повышению качества жизни, обеспечению национальной продовольственной безопасности, наращиванию конкурентных преимуществ предприятия и регионов. На сегодняшний день Россия – один из крупнейших в мире производителей молока и молочной продукции – 4 место в мировом рейтинге, при этом повышение качества остается одной из первостепенных задач отечественной отрасли животноводства. При высокой молочной продуктивности животных функция вымени коров работает в достаточно сильном напряжении, что способствует возникновению заболеваний, среди которых особое место занимает мастит, обусловливающий ухудшение санитарно-технологических качеств молока. Немаловажной проблемой в сельскохозяйственных организациях является до сих пор широкое применение антибиотиков с целью сдерживания распространения мастита у коров, что в свою очередь снижает выход качественного молока, а также приводит к развитию антибиотикорезистентности не только у животных, но в первую очередь у человека через потребление данного молока. На протяжении продуктивного использования животных так же существует риск развития нарушения иммунного статуса, что в конечном итоге влияет на их молочную продуктивность. Развитие антибиотикорезистенотности микроорганизмов на современном этапе диктует науке и практике осуществить поиск и разработку новых, более эффективных средств профилактики и лечения мастита у коров. Одним из возможных решений может быть использование бактериоцинов в рамках альтернативной или комбинированной антимикробной терапии. Бактериоцины представляют собой обширную группу секретируемых отдельными бактериями пептидов, обладающих антимикробной активностью. В отличие от антибиотиков, действующих как антиметаболиты, бактериоцины вызывают повреждение структур бактериальной клетки и ее последующую гибель. Такие пептиды продуцируются большинством видов бактерий, в то же время эта способность носит штамм-зависимый характер. Биоцидный эффект данных пептидов может проявляться в отношении не только штаммов того же вида, но и представителей других видов и родов. Бактериоцин-низин широко использовался в качестве пищевого биоконсерванта последние несколько десятилетий. С тех пор было идентифицировано и изучено множество природных и генетически модифицированных вариантов низина на предмет их уникальных антимикробных свойств. Низин является одобренным FDA и GRAS пептидом с признанным потенциалом для клинического применения. За последние два десятилетия применение низина было распространено на биомедицинские области. Установлено, что низин значительно снижает рост Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus spp. и Clostridium difficile. (J.M. Shin,J.W. Gwak, P. Kamarajan, J. C.Fenno, A.H. Rickard, 2017; A.Shivaee, S. Rajabi, H. E.Farahani, A.A., 2021). Имеются данные об эффективном применении низина в медицине (Z.Tong, L. Ni, J.Ling, 2014; A. A. Teixeira Barbosa, M.Rodrigues de Melo, C. Matos Ribeiro da Silva, S.Jain , S. Santana Dolabella , 2021). В зарубежной литературе имеются сообщения об эффективном использовании низина совместно с антибактериальным препаратом цефазолином, что позволяет обеспечить расширенный спектр активности против возбудителей мастита и снизить дозу антибиотика для лечения (K.Kitazaki, S.Koga, K.Nagatoshi, K.Kuwano, T.Zendo, J. Nakayama, K.Sonomoto, H. Ano, H. Katamoto, 2017). Как известно на эффективность лекарственного средства не малое действие оказывает использование оптимальной основы обладающей свойствами проводника лекарственных веществ, связи с этим, применение глицеролатов кремния и бора, объясняется наличием репаративного и регенерирующего действия. Совместное использование глицеролатов кремния и бора в качестве предшественников в золь гель процессе позволит получить новый фармакологически активный гидрогель, который будет сочетать в себе полезные свойства этих микроэлементов, находящихся в биологически активной и доступной форме. В Институте органического синтеза им. И. Я. Постовского УРО РАН был запатентован кремнийборсодержащий глицерогидрогель. Синтез данного глицерогидрогеля проводили золь-гель методом путем взаимодействия тетраглицеролата кремния (раствор в глицерине) и бисглицеролатов бора с водой при нагревании (80 °С). Продолжительность гелеобразования (время от начала смешения реагентов до полной потери текучести системы) составляла ~16 ч. Полученный гидрогель представляет собой прозрачную бесцветную гомогенную систему, лишенную текучести. Он устойчив к синерезису и при диспергировании легко переходит в мазеподобное состояние, хорошо распределяется на коже и слизистой оболочке. Гель не плавится до температуры разложения, нерастворим в обычных органических растворителях, частично растворим в воде. Сложный состав полученного геля соответствует мольному соотношению исходных веществ Si(C3H7O3)4: HB(С3Н6O3)2: C3H8O3: H2O. В Российской Федерации отсутствуют научные данные о применении низина в ветеринарии, а использование в составе глицеролатов кремния и бора, открывает новые возможности по изучению эффективности разработанной композиции, и применения в качестве альтернативы антибиотикам при лечении мастита у коров, что подтверждает научную новизну проекта и откроет возможность замещения импорта препаратами, произведёнными внутри страны.

Ожидаемые результаты
Мы предполагаем, что в ходе выполнения предлагаемого проекта будут получены уникальные результаты, в своей области для науки Российской Федерации, на основании отсутствия данных по применению низина в ветеринарии, а в частности при лечении мастита у высокопродуктивных коров. По завершению проекта ожидается разработать новую композицию, включающую в состав бактериоцин-низин и кремнийборсодержащего гидрогеля, полученные результаты будут соответствовать мировому уровню исследований. Нами будет изучена эффективность разработанной композиции в схеме лечения мастита у высокопродуктивных коров, определено влияние на показатели качества молока. При получении эффективных результатов в рамках проекта, планируется практическое внедрение композиции в сельскохозяйственные организации, в качестве альтернативы применения антибиотикам в схеме лечения мастита. В молочном скотоводстве воспаление молочной железы у коров является одной из наиболее экономически значимых болезней. Применение разработанной композиции позволит снизить экономический ущерб от различных форм мастита, выражающийся в снижении молочной продуктивности скота, преждевременной выбраковке коров, увеличении заболеваемости молодняка, ухудшении качества молока и молочных продуктов и значительных расходов на диагностику и лечение, а также выбраковки молока, содержащего антибиотики. Разработанная композиции позволит произвести импортозамещение. В результате научного исследования планируется подать заявку на патент и опубликовать 3 статьи (2 - Web of Science Core Collection, Scopus).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В процессе выполнения работ использовались клинические, вискозиметрические, тепловизионные, микробиологические, гематологические, биохимические, патоморфологические и гистологические методы исследования, а также иммуноферментный анализ, метод инфракрасной спектроскопии и масс-спектрометрии. При разработке новых композиций определен оптимальный состав по содержанию каждого активного компонента, который соответствовал: 1. глицеролаты кремния в 6-мольном избытке глицерина – 3,0 %, низин – 0,3 %, глицерин – 10 %, дистиллированная вода – до 100 %; 2. глицеролаты кремния в 6-мольном избытке глицерина – 3,0 %, бисглицеролаты бора – 2,0 %, низин – 0,3 %, глицерин – 10 %, дистиллированная вода – до 100 %. Методом инфракрасной спектроскопии установлена фармацевтическая совместимость компонентов. Для оценки способности разработанных композиций сохранять химические, физические и микробиологические свойства на протяжении срока годности исследована стабильность. Основываясь на результатах исследований антимикробной активности, можно сделать вывод, что разработанные композиции обладают выраженным антимикробным действием в отношении различных штаммов микроорганизмов, в частности против широко распространенных возбудителей мастита у высокопродуктивных коров, таких как Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis. Однако, диаметр зон подавления бактериального роста культур микроорганизмов при исследовании композиции 2, содержащей в своем составе три выбранных компонента был больше, чем при применении композиции 1. При исследовании антимикробной активности к возбудителям мастита высокопродуктивных коров в Свердловской области, установлено, что композиция 2 обладает большей антимикробной активностью, в сравнении с композицией 1. Произведены первичные фармакологические испытания синтезированных композиций на основе бактериоцина - низина и гидрогелей на лабораторных животных, с оценкой острой, хронической токсичности и кожно-раздражающего действия. Подтверждена безопасность разработанных композиций на экспериментальных животных, установлен класс токсичности веществ - IV (малотоксичные вещества). В ходе исследования установлено отсутствие у композиций кожно-раздражающего действия. Отмечено, что применение композиций не оказывает негативного влияния на массу тела белых лабораторных крыс, а также массовые коэффициенты внутренних органов. При проведении гематологических исследований установлено, что показатели состава крови грызунов при применении исследуемых композиций в разных дозировках находились в пределах референтных значений и не имели статистических выбросов, что подтверждает отсутствие влияния исследуемых фармацевтических композиций на гемопоэз. Полученные данные в ходе биохимического исследования оказались неинформативны, за счет значительного диапазона референтных интервалов показателей крови у лабораторных животных и высокой зависимости от преаналитического этапа. В результате чего для оценки влияния разработанных композиций на метаболические процессы и морфофункциональное состояние внутренних органов были проведены исследования на клеточном уровне. На основании которых определено, что композиции могут быть рекомендованы для проведения клинических испытаний на продуктивных видах животных в дозе не более 500 мг/кг, при применении которой в процессе гистологического исследования органов лабораторных животных установлено, что структура их соответствовала анатомическим параметрам, изменений в архитектонике и наличия патологических процессов не установлено. Применение композиций в дозе 750 мг/кг рекомендовано с осторожностью использовать у животных с выраженными нарушениями функции печени, за счет регистрации входе гистологического исследования фиброзных изменений в печени. При дальнейших испытаниях следует воздержаться от критической дозы 1000 мг/кг, приводящей к более глубоким изменениям в органах, таким как усиление катарального воспаления кишечника, появления очагов островковой и межостровковой фазы цирроза печени, наличия воспалительной инфильтрации в почках и расширения Т-зоны в фолликулах селезенки. На основании полученных результатов для дальнейшего опытного исследования на высокопродуктивных коровах, имеющих воспалительные процессы в молочной железе, рекомендуем в схемах лечения использовать новую фармацевтическую композицию 2 в дозе не более 500 мг/кг. Таким образом, применение композиции 2 в дальнейшем позволит использовать новые схемы лечения мастита, что будет способствовать снижению применения антибиотиков, тем самым послужит методом борьбы с развитием антибиотикорезистентности. До окончания первого года реализации проекта полученные научные результаты будут озвучены на семи конференциях, принята к печати публикация в издании, индексируемом базой данных Scopus. (https://urfanic.ru/ru/press-center/news/novosti/innovatsionnye-resheniya-strategicheskikh-zadach-agropromyshlennogo-kompleksa/,https://urfanic.ru/ru/press-center/news/novosti/aktualnye-problemy-agrarnoy-nauki-prikladnye-i-issledovatelskie-aspekty/, https://www.bgsha.com/ru/news/1007881/,https://nalchik.bezformata.com/listnews/nauchno-prakticheskaya-konferentciya/114170270/,https://nalchik-gid.ru/news/nauka-i-obrazovanie/vserossiyskaya-nauchno-prakticheskaya-konferenciya-aktualnye-problemy-agrarnoy-nauki-prikladnye-i-issledovatelskie-aspekty.htm)

 

Публикации

1. Исакова М.Н. Поиск эффективных методов лечения мастита у высокопродуктивных коров Брянский государственный аграрный университет, Сборник трудов конференции "Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства".2023.С.120-126. (год публикации - 2023)

2. Исакова М.Н.,Красноперов А.С., Дроздова Л.И., Шкуратова И.А., Хонина Т.Г. Исследование хронической токсичности фармакологической композиции на основе бактериоцина-низина и глицеролатов кремния ООО «Научно-инновационный центр», - (год публикации - 2023)