вт-сб с 11:00 да 20:00
+ 7 950 993 81 70
График работы
GREEN PHARM
CONCERNING THE BIOLOGICALLY ACTIVE PEPTIDE COMPONENTS OF HEMOLYMPH LARVAES GALLERIA MELLONELLA© 2013 D.A. Kostina1, O.S. Fedotkina1, N.A. Klenova1, P.P. Purygin1,
A.K. Buryak2, E.G. Litvinova3

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХПЕПТИДНЫХ КОМПОНЕНТОВ ГЕМОЛИМФЫ ЛИЧИНОК GALLERIA MELLONELLA НА РОСТ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ESCHERICHIACOLI

© 2013 Д.А. Костина1, О.С. Федоткина1, Н.А. Кленова1, П.П. Пурыгин1, А.К. Буряк2, Е.Г. Литвинова3

1Самарский государственный университет, г. Самара

2Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина, РАН, г. Москва;

3Институт экспериментальной и теоретической биофизики, РАН, г. Пущино, Московская обл.

Поступила 11.11.2012

Проведено изучение биологически активных пептидных компонентов гемолимфы личинок Galleria mellonella в условиях их предварительной специфической и неспецифической иммунизации, экстрагирования этиловым спиртом, выделения и изучения методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и МАЛДИ-анализа. Спиртовые экстракты личинок восковой моли не оказывают гемолитического действия на эритроциты человека и обладают защитным действием в условиях окислительного стресса in vitro. Изучение антибактериального действия спиртовых экстрактов показало наличие бактериостатического действия по отношению к E. сoli и Bacillus cereus.
Проведенный МАЛДИ-анализ выявил наличие в гемолимфе пептидных соединений с молекулярной массой от 875 до 18000 Да. Среди них были идентифицированы как ранее обнаруживаемые, так и неизвестные пептиды. Часть из них обнаруживается также и в условиях неспецифической иммунизации личинокацетон-1,1-диметилгидразоном. Пептидные компоненты гемолимфы личинок Galleria mellonella не только угнетают рост E. сoli, но и оказывают воздействие на скорость метаболических процессов, что выражается в изменении ферментативной активности клетокE. coli.
Ключевые слова: антибактериальные пептиды; Galleria mellonella; личинки.


Природные биологически активные соединения представляют значительный интерес как с точки зрения изучения фундаментальных механизмов их образования в качестве регуляторов и иммуномодуляторов, так и их практического применения в качестве лекарственных препаратов.
Насекомые являются перспективными источниками биологически активных пептидов, служащих у них важнейшими компонентами врожденного иммунитета из-за недостаточности адаптивной иммунной системы и регуляторами биохимических процессов [1].
В настоящее время известно, что экстракты личинок восковой моли проявляют высокую активность в отношении многих микроорганизмов: Mycobacterium tuberculosis, Corinebacterium difteria, Clostridium tetani, Yersinia pestis [2].
Подобные эффекты определяются наличием в гемолимфе личинок Galleria mellonella большого количества разнообразных биологически активных пептидов, спектр которых зависит от действия иммунизирующих факторов.
Нами проведен большой объем исследований по изучению биологически активных пептидных компонентов гемолимфы личинок Galleria mellonella в условиях предварительной специфической и неспецифической иммунизации их, экстрагирования этиловым спиртом, выделения и изучения методами электрофореза, ионообменной и высокоэффективной жидкостной хроматографии и МАЛДИ-анализа, а также определения гемолитической и антибактериальной активности.
В статье проведен анализ по изучению влияния данных по изучению влияния биологически активных компонентов гемолимфы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объект исследования. В работе использованы личинки восковой моли, выращенные в естественной среде (пасека в Самарской области), в лабораторных условиях на искусственной питательной среде (ИТЭБ РАН г. Пущино), а также в лаборатории СамГУ из отложенных яиц на восковых сотах (термостат, 30°С).
Проводили экстракцию биологически активных веществ (БАВ) из целых личинок без предварительной гомогенизации. Экстракцию БАВ проводили 40% этанолом при комнатной температуре в темноте в течение 20 дней, по методу, применяемому в народной медицине и гомеопатии [3]. По технологии ИТЭБ РАН г. Пущино (Патент РФ № 2038086). Экстракт хранили в темноте при 4 °С. Полученные экстракты содержали этиловый спирт в концентрации 34%. С целью исследования повреждающего действия спиртовых экстрактов определяли гемолитическую активность и влияние их на скорость процессов
2. Иммунизация личинок Galleria mellonella и получение гемолимфы. Личинки в стадии предшествующей окукливанию подвергали специфической иммунизации E. coli, смесью культур E. coli и Bacillus cereus.
Лиофилизат растворяли в 2 мл 0,1%-ной ТФУ, после чего добавляли 1 мл воды, центрифугировали 15 мин при 20000 g и 2 °С.

3. Разделение пептидных компонентов гемолимфы. Для разделения пептидных компонентов гемолимфы личинок Galleria mellonella использовали методы ионообменной, высокоэффективной жидкостной хроматографии [3, 5].
4. Определение антибактериальной активности. В качестве тестовых микроорганизмов использовались суточный инокулят E. coli штамма М-17, выращенный на среде LB и Bacilluscereus.
5. Воздействие пептидных компонентов фракций ВЭЖХ на метоболические процессы изучали добавлением 100 мкл исследуемой фракции с содержанием пептидов в пределах 5-10 мкг/мл в 10 мл суточного инокулята E. coli. В контрольные пробы добавляли соответствующее количество 0,04 М цитратного буфера рН 4,5. Инкубировали 24 часа при 37 °С, после чего определяли ферментативную активность.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Спиртовые экстракты личинок восковой моли не оказывали существенного гемолитического действия на эритроциты человека, кроме того, обнаруживалось защитное действие в условиях окислительного стресса in vitro, так как добавление экстрактов сопровождалось нормализацией показателей мембранной проницаемости эритроцитов, деформируемости и скорости потребления глюкозы клеткой [4].
Изучение антибактериального действия спиртовых экстрактов неиммунизированных личинок восковой моли, изготовленных без предварительной гомогенизации показало, что экстракты возможно, содержат в своем составе компоненты, обладающие бактериостатическим действием по отношению к E. coli. При выращивании E. coli на агаризованной среде LB наблюдалось увеличение зон ограничения роста в среднем на 13% [3].
С целью стимуляции производства личинками компонентов, оказывающих бактерицидное действие, была использована их специфическая иммунизация смесью культур Escherichia coli и Bacillus cereus и неспецифическая иммунизация ацетон-1,1-диметилгидразоном (ADMH).
Анализ сигналов трехмерных изображений позволил предположить наличие во фракциях пептидных составляющих и низкомолекулярных компонентов, имеющих максимумы поглощения 210-240 нм. Для оценки степени вклада составляющих растворов (цитрат-анионы, ЭДТА, тиомочевина) провели хроматографирование 5 мкл образца антикоагулянта. Можно предположить, что высокая оптическая плотность в данном диапазоне была обусловлена совокупностью факторов: присутствием составляющих антикоагулянта (время удерживания 1,8; 2,1); наличием низкомолекулярных компонентов и соединений пептидной природы, связанным с прохождением хроматографического процесса по эксклюзионному механизму на макропористом сорбенте с размером пор 80 Ǻ, что подтвержается сигналами соединений с временами удерживания, соответствующими элюированию неудерживаемых компонентов, а также характерным для белков и пептидов видом спектра. Сравнение трехмерных хроматограмм, полученных при разделении образцов гемолимфы, иммунизированных и неиммунизированных личинок, позволил выявить изменения состава компонентов, вызванное иммунным ответом, который выражается в возникновении сигналов новых веществ пептидной природы или усилении сигналов, характерных для гемолимфы контрольной группы гусениц в диапазоне времени 5-11 мин. (рис. 2). Различия присутствуют также во временном диапазоне 1,7-5 мин, в котором элюируются слабоудерживаемые компоненты.



Было получено и проанализировано на наличие антибактериальных свойств 14 пептидных фракций ВЭЖХ гемолимфы личинок, иммунизированных смесью культур Escherichia coli и Bacillus cereus и неиммунизированных (контрольных) личинок. При использовании в качестве тестового микроорганизма Escherichia coli мы наблюдали достоверное увеличение зон ограничения роста по сравнению с контролем, при пропитывании дисков составом фракций № 1-4, № 5-6 иммунизированных личинок, а также № 2-3, № 5-6, № 7,
№ 10, № 13 неиммунизированных личинок (табл. 1). Компоненты фракций №10 иммунизированных личинок, а также № 3, № 5, № 13 неиммунизированных (контрольных) личинок ограничивали рост Bacillus cereus (табл. 2). Таким образом, оказывалось, что личинки восковой моли способны генерировать пептидные соединения более эффективно тормозящие рост грам(-) бактерий, подобных Escherichia coli.
Проведение масс-спектрометрического анализа показало наличие как ранее известных Anionic antimicrobial peptide 2 AP2_GALME (6979 Да), Cecropin-D-Like peptide CECD_GALME (4255 Да), Lebocinlike anionicpeptide 1 LEB1_GALME (4819 Да) [9, 10], так и неизвестных пептидов, которые также могли оказывать ингибирующее действие на рост бактерий. Возможно, что часть пептидных соединений может вырабатываться как общий неспецифический ответ насекомого на повреждающее воздействие. В связи с этим представляло определенный интерес исследование биологически активных компонентов гемолимфы восковой моли в условиях неспецифической иммунизации.

Проведенная ВЭЖХ и МАЛДИ-анализ гемолимфы личинок, подвергнутых неспецифической иммунизации показало наличие фракций, оказывающих ингибирующее действие на рост Escherichia coli. Наибольшей антибактериальной активностью по сравнению с контролем обладали три фракции из полученных (№ 2-6, № 24-26, № 30-32), которые ограничивали рост кишечной палочки на 79, 71, 63 % соответственно (рис. 3).
При использовании в качестве тестового микроорганизма Bacillus cereus не наблюдается достоверного увеличения зон ограничения роста ни у одной из изученных фракций. Таким образом, неспецифический иммунитет личинок Galleria mellonella оказался не эффективным по отношению к грам(+) бактериям.
Фракции, обнаруживающие антибактериальное действие содержали в своем составе ранее невыделяемые пептидные компонеты с молекулярной массой от 820 до 9188 Да и известные антимикробные пептиды Prolin-rich antimicrobial peptide 2 с массой 1825 Да, Cecropin-D-like peptide c массой 2078 Да, Galleria defensin с массой 4930 Да, Prolin-rich antimicrobial peptide 2 [9, 10]. Подобные пептиды обнаруживались нами и при хроматографическом разделении гемолимфы личинок, иммунизированных смесью Escherichia coli и Bacillus cereus.
В составе фракций данные компоненты присутствовали в малых концентрациях (5-10 мкг/мл), однако известно, что антибактериальные пептиды оказывают бактерицидное действие только в достаточно высоких действующих дозах. Мы предположили, что часть пептидов способны проникать в цитоплазму и взаимодействовать с ее компонентами. Поэтому представляло интерес изучить возможное поступление фракций в клетки и их влияние на окислительный метаболизм Escherichia coli.

Увеличение общей дегидрогеназной активности свидетельствует о напряжении метаболических процессов, характерных для ответной реакции на стрессовое воздействие. Об усилении окислительных процессов свидетельствует и индуктивное повышение активности каталазы в клетках. В данной фракции, выходящей в начале элюирования, обнаруживались в основном пептиды с более низкой молекулярной массой, которые обычно проявляют высокую биологическую активность именно как ингибиторы и активаторы ферментативных процессов. Кроме того, здесь могут находиться и низкомолекулярные соединения непептидной природы, также проявляющие биологическую активность.
При воздействии аликвотой фракции № 24-26 наблюдается усиление скорости окисления сукцината на фоне снижения общей дегидрогеназной активности и неизменной концентрации каталазы (табл. 3). Вероятно, компоненты данной фракции способны оказывать более специфическое воздействие, активируя сукцинат фумаратную часть окислительной системы E. coli.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные нами исследования антибактериальных свойств пептидных компонентов гемолимфы личинок восковой моли показали, что они обусловлены белково-пептидными соединениями с различной молекулярной массой. Часть их эффективно экстрагируется 34%-ным этиловым спиртом, что обусловливает ингибирующее действие данных экстрактов на рост грам(-) бактерий. Разделение гемолимфы на отдельные фракции позволяет выявить большую активность некоторых фракций, в которых содержатся бактерицидные пептиды. Антибактериальные пептиды средней молекулярной массы и белки, вероятнее всего, действуют по общеизвестному механизму цекропин-подобных белков. Однако, более короткие пептиды, обнаруженные нами, могут проникать в клетки грам(-) бактерий, воздействуя на метаболические процессы [12]. Пептидные соединения, проявляющие ингибирующие рост действие на E. coli, обнаруживаются как при специфической, так и в условиях неспецифической иммунизации личинок, хотя в первом случае их выделяется больше как по спектру, так и по концентрации.
Таким образом, как специфическая, так и неспецифическая иммунизация увеличивают содержание антибактериальных пептидов в гемолимфе личинок Galleria mellonella. Спектр генерируемых пептидов зависит от способа иммунизации.
Работа выполнена при финансовой поддержке федеральной программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» (проект № 02.740.11.0312)





Made on
Tilda