«Разработка скринингового метода оценки антибактериальной активности веществ растительного происхождения и экстрактов лекарственных растений с использованием биосенсоров на основе природных и генно-инженерных штаммов светящихся бактерий»

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 проекта 22-25-20206

Название«Разработка скринингового метода оценки антибактериальной активности веществ растительного происхождения и экстрактов лекарственных растений с использованием биосенсоров на основе природных и генно-инженерных штаммов светящихся бактерий»

Руководитель Кацев Андрей Моисеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" , Республика Крым

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-501 - Фармацевтическая химия, фармакология (в том числе клиническая фармакология)

Ключевые слова биосенсоры, биолюминесцентные бактерии, биоаналитическая технология, лекарственные растения, антибактериальное действие, биорепортеры.

Код ГРНТИ76.13.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние годы спрос на использование лекарственных препаратов и пищевых добавок, а также на поиск новых БАВ из лекарственного растительного значительно возрос. Особенно остро стоит вопрос поиска новых источников антибактериальных веществ, связанный с постоянно растущей устойчивостью патогенов к антибактериальным препаратам. Так, в рамках «Стратегии Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) в области народной медицины 2014–2023 гг.» одним из ключевых направлений является расширение научных исследований лекарственного сырья растительного происхождения в качестве новых источников терапевтических средств во всем мире. Поэтому ученые из различных областей науки, таких как этнофармакологя, ботаника, микробиологя химия и др., специализирующиеся на натуральных сырьевых источниках сконцентрированы на исследовании фитохимических веществ, которые могли бы стать основой для лечения инфекционных заболеваний. Данный интерес оправдан тем, что фитопрепараты обладают рядом преимуществ по сравнению с синтетическими лекарственными средствами: достаточно широкий спектр терапевтического действия и безопасность, более низкий риск развития аллергических реакций, более мягкий терапевтический эффект. На данный момент многие природные соединения растительного происхождения, такие как дубильные вещества, терпеноиды, алкалоиды и флавоноиды, продемонстрировали антибактериальные и противовирусные эффекты в клинических исследованиях, в экспериментах на животных и in vitro. Однако, несмотря на то, что от 25 до 50% современных фармацевтических препаратов получают из растений, на данный момент нет коммерчески успешного антибиотика, который был бы получен из растительного сырья. Данное обстоятельство может быть связано с использованием малоэффективных методов оценки антибактериальной активности извлечений из лекарственного растительного сырья и веществ растительного происхождения. Существующие стандартные методы изучения антибактериальной активности обладают рядом недостатков, к которым относятся значительная длительность, трудоемкость, высокая стоимость, необходимость использования большого количества штаммов в исследования, зависимость от колебаний состава среды и др. факторы. Одними из альтернативных современных подходов, которые способны упростить эти недостатки, могут выступать методы, основанные на регистрации люминесценции, вызванной биохимическими процессами как in vitro, так и in vivo. К ним относятся методы биотестирования с использованием природных и генно- инженерных светящихся бактерий. Поскольку свечение бактерий является результатом общего метаболизма клетки, воздействие ингибиторов биологической активности различной природы вызывает изменение интенсивности свечения, которое является пропорциональным токсическому воздействию на клетку. Таким образом, измеряя параметры излучения, возможно определить концентрацию анализируемого вещества, оказывающего антибиотичесоке действие. В научной литературе широко представлены данные об изучении влияния веществ различного происхождения на люминесценцию бактерий, в том числе фармацевтических субстанций, лекарственных препаратов и лекарственного растительного сырья. Ряд работ рассматривает возможности биолюминесцентного анализа в качестве альтернативного существующим методам оценки антибактериальной активности. Данный метод зарекомендовал себя как экспрессный, простой в исполнении, экономичный и чувствительный при тестировании токсичности широкого спектра химических веществ и образцов окружающей среды. Была выявлена высокая степень корреляции данных тестов с биотестами на основе эукариотических организмов. Однако, несмотря на все перечисленные преимущества, на данный момент нет исчерпывающих сведений о возможностях использования природных и генно-инженерных штаммов биолюминесцентных бактерий в качестве скрининговых методов оценки неспецифической антибактериальной активности и прогнозирования механизмов антимикробного действия веществ растительного происхождения и экстрактов лекарственных растений. В связи с вышесказанным, данное исследование направлено на разработку скринингового метода оценки антимикробной активности веществ растительного происхождения и экстрактов растений с использование бактериальной люминесценции. Биотестирование будет проводиться с использованием биолюминесцентных аналитических технологий, включающих природные светящиеся бактерии, выделенные из прибрежных зон акваторий Черного и Азовского морей, и рекомбинатные (lux-сенсоры) E. coli. В качестве объектов исследования будут использованы вещества биологически активные вещества растительного происхождения и экстракты растений, полученные стандартными фармакопейными методами с использованием в качестве растворителей воды очищенной, спирта этилового и диметилсульфоксида (ДМСО), как наиболее часто использующихся в медицинской и фармацевтической практике. В результате проведенного исследования на природных биолюминесцентных бактериях будет оценена антимикробная активность веществ растительного происхождения и экстрактов лекарственных растений в виде значений эффективных концентраций, снижающих интенсивность биолюминесценции на 20, 50 и 80 % (ЭК20; ЭК50, ЭК80) в остром и хроническом варианте. Применение для тестирования биосенсоров на основе генно-инженерных штаммов E. coli со встроенным lux-оперонами позволит сделать заключение о возможных специфических видов активности, таких как повреждение ДНК, белков, мембран, возникновение окислительного стресса (образование гидроперекисей или супероксид-аниона). Это послужит основой для понимания механизма действия компонентов лекарственных растений по отношению к бактериальной клетке. Выполнение проекта позволит создать эффективный метод оценки антибактериальных свойств лекарственных соединений, как в полевых, так и в лабораторных условиях, что будет способствовать повышению точности, достоверности и уменьшению затрат при проведении скрининговых исследований.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Панов Д.А., Кацев А.М., Омельченко А.В. Синтез и свойства наночастиц селена в матрице природных полисахаридов Химия растительного сырья, № 1. С. 81-91. (год публикации - 2022)
10.14258/jcprm.2022019275

2. Гавриченко Ю.Ю., Сафронюк С.Л., Кацев А.М., Шевчук О.М., Логвиненко Л.А., Феськов С.А. Скрининг антимикробной активности водных и спиртовых извлечений из растительного сырья с использованием биолюминесцентных бактерий Вестник Воронежского государственного университета. Серия: химия. Биология. Фармация, № 1., С. 60-69. (год публикации - 2022)

3. Бурцева Е.В., Кацев А.М., Кулдыркаева Е.В., Мехоношина И.С., Тимашева Л.А., Пехова О.А. Изучение химического состава и биологического действия ароматных вод в сравнительном аспекте Разработка и регистрация лекарственных средств, Том 12, №4 (год публикации - 2023)
10.33380/2305-2066-2023-12-4-1526

4. Кацев А.М., Сафронюк С.Л., БурцеваЕ.В., Османова С. Я. Могут ли биолюминесцентные бактерии быть использованы для поиска новых антибактериальных веществ растительного происхождения? Разработка и регистрация лекарственных средств, том 12, №4 (год публикации - 2023)
10.33380/2305-2066-2023-12-4-1592

5. Гавриченко Ю.Ю., Кацев А.М., Сафронюк С.Л., Вашишт Д. THE APPLICABILITY OF BIOLUMINESCENT BACTERIA FOR PRELIMINARY SCREENING OF ANTIBACTERIAL ACTIVITY: COMPARATIVE ANALYSIS OF AQUEOUS AND ETHANOL EXTRACTS FROM PLANT RAW MATERIAL Acta Pharmaceutica Sciencia (год публикации - 2024)

6. Бурцева Е.В., Кулдыркаева Е.В., Мехоношина И.С., Тимашева Л.А., Пехова О.А., Кацев А.М. Изучение химического состава и биологического действия гидролата Hyssopus officinalis L Медико-фармацевтический журнал "Пульс"., Том 25, №3, С. 25-34 (год публикации - 2023)
10.26787/nydha-2686-6838-2023-25-3

7. А.М. Кацев, И.С. Сазыкин, Л.Е. Хмелевцева, С.Л. Сафронюк, Ш.К. Карчава, М.В. Климова, М.И. Хаммами, М.А. Сазыкина Bioluminescent bacteria of the Black and the Azov Seas Морской биологический журнал (год публикации - 2024)

Публикации