The effect of Rhodiola Rosea and Leuzea carthamoides on the antibiotic resistance of E. coli

Full Text

Введение

С момента открытия антибиотики принесли огромную пользу человечеству. Однако возникновение и распространение лекарственной устойчивости у микроорганизмов представляет собой серьезную угрозу и требует поиска механизмов управления устойчивостью к противомикробным препаратам и поиска путей ее снижения [1]. Причиной возникновения и развития этого феномена является неоправданное и нерациональное использование антимикробных препаратов [2].

Среди поголовья сельскохозяйственных животных циркулируют патогенные и условно-­патогенные микроорганизмы, обладающие резистентностью к антибиотикам. Это увеличивает риск передачи потенциально опасных инфекций от животных к человеку [2, 3].

В преодолении резистентности огромную роль играет персональный подход к мониторингу антибиотикочувствительности микроорганизмов и выбору антимикробных препаратов. Однако в условиях промышленного животноводства реализовать такой подход сложно. Необходимый мониторинг бактериологической ситуации зачастую отсутствует.

Некоторые антимикробные препараты являются последним средством лечения опасных для жизни инфекций. Важно рассматривать любые возможности снижения резистентности микроорганизмов, чтобы блокировать или замедлить передачу механизмов резистентности и сохранить препараты

Escherichia coli (эшерихия) — грамотрицательная бактерия семейства Enterobacteriaceae — имеет клиническую и эпидемиологическую значимость, является одним из резервуаров генов устойчивости к антибиотикам, представлена Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) как один из возбудителей оппортунистических инфекций, создающих наибольшую угрозу для общественного здравоохранения, и требуют разработки новых антибиотиков. За последнее десятилетие (отмечают Anand U. et al., Arbab S. et al., Paitan Y.) появился ряд штаммов с высокой степенью лекарственной устойчивости, которые демонстрируют повышенную приспособленность, патогенность, способность к эффективной передаче и колонизации [1, 4, 5].

Анализ доступных научных источников показал, что растительные лекарственные средства и их компоненты обладают свой­ствами изменять устойчивость микроорганизмов к антимикробным препаратам [6, 7]. Богатое разнообразие лекарственных растений, в частности растительных адаптогенов, представляет определенный интерес в этой области.

С этой точки зрения растительные средства могут не только служить альтернативным способом, направленным на подавление роста микробов, но и являться агентом, способным модифицировать резистентность микроорганизмов [8, 9]. Кроме того, фитокомпоненты могут использоваться для борьбы с резистентностью, с меньшими побочными эффектами и более мощным механизмом действия [9].

Родиола розовая и левзея сафлоровидная — адаптогены растительного происхождения относятся к разделу фитотерапии.

Научных данных о влиянии этих адаптогенов в отношении снижения резистентности микроорганизмов нами найдено не было. Поэтому цель исследования — изучить влияние родиолы розовой и левзеи сафлоровидной на возможные изменения резистентности Escherichia coli к антимикробным препаратам.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследований использовали культуры Escherichia coli, циркулирующие в условиях животноводческого комплекса среди телят с симптомами острых кишечных заболеваний.

Влияние адаптогенов на изменение устойчивости к антибактериальным препаратам изучали путем соинкубирования культур Escherichia coli (предварительно выращенных на мясопептонном бульоне) с отварами корней адаптогенов в условиях шейкер-­инкубатора в течение 60 минут при 37 °С. В дальнейшем смесь центрифугировали (3000 оборотов в минуту), культуру двукратно отмывали физиологическим раствором и пересевали на скошенный мясопептонный агар. После воздействия определяли устойчивость к антимикробным препаратам [10]. Контролем служили значения устойчивости у этих же культур, полученные без влияния адаптогенов.

Устойчивость определяли диско-­диффузионным методом к 12 антимикробным препаратам из пяти групп: пенициллины, карбопенемы, цефалоспорины, аминогликозиды, фторхинолоны, руководствуясь Методическими указаниями МУК 4.2.1890–04 ^[1]. Оценку результатов проводили согласно значениям диаметров зон задержки роста у исследуемых культур.

С каждой культурой проводили опыт в трех повторностях. Полученные результаты подвергали статистической обработке, используя программу Microsoft Excel 2010.

Результаты исследования и обсуждение

В процессе изучения установлено, что Escherichia coli, выделенные от телят с симптомокомплексом болезней органов пищеварения, имели разный уровень выраженности чувствительности к исследуемым группам препаратов и в пределах одной группы антимикробных средств.

Так, к ампициллину, принадлежащему к группе антибиотиков пенициллинового ряда, Escherichia проявляли устойчивость в 80 % случаев. К тикарциллину в комплексе с клавулановой кислотой были чувствительны в 100 % случаев. Амоксициллин с клавулановой кислотой действовал подавляюще на 20 % Escherichia coli, 80 % обладали промежуточной чувствительностью.

Имипенем (группа карбопенемов) имел высокую активность. Все культуры Escherichia coli были чувствительны к имипенему.

Менее высокими были показатели чувствительности к цефтриаксону, являющемуся представителем группы антимикробных препаратов цефалоспоринового ряда. Так культуры Escherichia coli в 40 % случаев были чувствительными и в 60 % проявляли промежуточную чувствительность. Цефиксим так же относится к антибиотикам группы цефалоспоринов. К нему Escherichia coli в 20 % случаев были чувствительны, в 40 % случаев проявляли промежуточную чувствительность, и у 40 % культур отмечалась абсолютная резистентность. К цефтазидиму выявлена устойчивость у 80 % эшерихий и у 20 % культур данный препарат подавлял рост.

К стрептомицину, представителю группы аминогликозидов, в 100 % случаев оказались устойчивы все культуры Escherichia coli. Гентамицин так же является представителем группы аминогликозидов. К нему эшерихии были чувствительны в 80 % случаев.

Разная чувствительность наблюдалась у бактерий к препаратам фторхинолонового ряда. К ципрофлоксацину в большинстве случаев эшерихии чувствительны в 80 % случаев, в 20 % — устойчивы. К левофлоксацину 80 % эшерихий обладали абсолютной чувствительностью и 20 % — промежуточной.

После проведения математической обработки цифровых показателей зон задержки роста установлено, что в среднем эшерихии были чувствительны к тикарциллину и амоксициллину с клавулановой кислотой, имепенему, гентамицину ципрофлоксацину, левофлоксацину и норфлоксацину (табл.).

 Значение диаметров зон подавления роста у Escherichia coli к антибактериальным препаратам диско-­диффузионным методом до влияния адаптогенов M ± m, n = 15

Наименование антимикробного препарата	Зона задержки роста, мм
1. Ампициллин	10,9 ± 1,00
2. Тикарциллин + клавулановая кислота	23,4 ± 0,31
3. Амоксициллин + клавулановая кислота	18,3 ± 0,32
4. Имипинем	24,1 ± 0,34
5. Цефтриаксон	17,7 ± 1,35
6. Цефиксим	14,8 ± 1,02
7. Цефтазидим	10,8 ± 0,82
8. Стрептомицин	9,2 ± 0,37
9. Гентамицин	19,5 ± 1,35
10. Ципрофлоксацин	21,1 ± 1,40
11. Левофлоксацин	23,7 ± 1,11
12. Норфлоксацин	21,5 ± 0,52

Источник: выполнено И.С. Шульга, М.Е. Остяковой в программе Microsoft Word 2010.

The value of the diameters of growth suppression zones in Escherichia coli to antibacterial drugs by the disco-­diffusion method before the influence of adaptogens M ± m, n = 15

Name of the antimicrobial drug	Inhibition zone, mm
1. Ampicillin	10.9 ± 1.00
2. Ticarcillin + Clavulanic Acid	23.4 ± 0.31
3. Amoxicillin + Clavulanic Acid	18.3 ± 0.32
4. Imipenem	24.1 ± 0.34
5. Ceftriaxone	17.7 ± 1.35
6. Cefixime	14.8 ± 1.02
7. Ceftazidim	10.8 ± 0.82
8. Streptomycin	9.2 ± 0.37
9. Gentamicin	19.5 ± 1.35
10. Ciprofloxacin	21.1 ± 1.40
11. Levofloxacin	23.7 ± 1.11
12. Norfloxacin	21.5 ± 0.52

Source: complied by I.S. Shulga, M.E. Ostyakova in Microsoft Word 2010.

К цефтриаксону Escherichia coli обладали промежуточной чувствительностью. Устойчивость отмечается к ампициллину, цефиксиму, цефтазидиму и стрептомицину.

Для сравнительной оценки изменения антибиотикочувствительности культур Escherichia coli до и после воздействия на них адаптогенов (рис.) мы также использовали усредненные цифровые данные.

Значение диаметров зон подавления роста при определении чувствительности энтеробактерий рода Escherichia coli к антибактериальным препаратам диско-­диффузионным методом до и после влияния адаптогенов M ± m, мм, n = 15: амп — ампициллин; ткк — тикарциллин с клавулановой кислотой; акк — амоксициллин с клавулановой кислотой; им — имипинем; цфт — цефтриаксон; цфк — цефиксим; цфз — цефтазидим; стр — стрептомицин; ген — гентамицин; цип — ципрофлоксацин; лев — левофлоксацин; нор — норфлоксацин
Источник: выполнено И.С. Шульга, М.Е. Остяковой в программе Microsoft Word 2010.

Values of the diameters of inhibition zones in the determination of susceptibility of Escherichia coli enterobacteria to antibacterial drugs by the disk diffusion method before and after the influence of adaptogens M ± m, mm, n = 15: Amp — ampicillin; Tcc — ticarcillin with clavulanic acid; Acc — amoxicillin with clavulanic acid; Im — imipenem; Cpht — ceftriaxone; Cphk — cefixime; Cphz — ceftazidime; Str — streptomycin; Gen — gentamicin; Cyp — ciprofloxacin; Lev — levofloxacin; Nor — norfloxacin
Source: complied by I.S. Shulga, M.E. Ostyakova in Microsoft Word 2010.

Из анализа следует, что адаптогены ни к одному антибиотику чувствительность не снижали.

Отвар корня родиолы розовой не изменяет чувствительности Escherichia coli к антибиотикам пенициллинового ряда. Она была и оставалась высокой к тикарциллину и амиксициллину в сочетании с клавуналовой кислотой, к ампициллину резистентность сохранилась.

К имипенему данный адаптоген увеличивал зону задержки роста на 16 %, чувствительность остается также высокой.

К антибиотикам цефалоспоринового ряда по-разному меняется чувствительность при воздействии корней родиолы розовой. Так, например, чувствительность к цефтриаксону остается промежуточной, зона задержки роста практически не меняется. К цефиксиму и цефтазидиму устойчивость снизилась на 10 и 43 % соответственно и стала промежуточной.

К аминогликазидам чувствительность под воздействием корней родиолы розовой у Escherichia coli не меняется. К антибиотикам фторхинолонового ряда чувствительность так же не изменяется, но зоны подавления роста бактериальной культуры увеличиваются при влиянии ципрофлоксацина и левофлоксацина на 7 % и норфлоксацина на 5 %.

Отвар корней левзеи сафлоровидной не изменяет чувствительности к антибиотикам группы пенициллинов. Значительно зоны задержки роста культур не изменяются. Данный показатель в отношении имипенема увеличивается на 13 %, но чувствительность изначально достаточно высока.

Чувствительность к цефалоспоринам варьирует под воздействием левзеи. Так к цефтриаксону промежуточный уровень чувствительности остается прежним, изменяется зона задержки роста незначительно, на 3 %. К цефтазидиму исследуемые Escherichia coli резистентны и остаются таковыми, но уровень подавления роста культуры увеличивается на 33 %. Уровень устойчивости к цефиксиму у Escherichia coli повышается с абсолютной устойчивости до промежуточной чувствительности, зона задержки роста выросла на 9 %.

К аминогликозидам корень левзеи не изменил изначальной чувствительности Escherichia coli. Резистентность к стрептомицину сохраняется. Чувствительность к гентамицину остается высокой, при этом зона подавления роста увеличилась на 9 %.

К группе фторхинолонов чувствительность остается на высоком уровне, зоны задержки роста культуры Escherichia coli практически не подвергаются изменениям при предварительном воздействии на культуру отваром корня левзеи сафлоровидной.

Устойчивость к антибиотикам является сложной проблемой, поскольку бактерии постоянно эволюционируют, развивая механизмы, позволяющие им выживать даже при воздействии антимикробных препаратов. Бактерии вырабатывают устойчивость различными способами, часто используя несколько стратегий одновременно.

Механизмы устойчивости могут быть связаны с изменением мишени антибиотика (например, модификацию рибосом или ферментов), производством ферментов, инактивирующих антибиотик (например, бета-лактамазы), изменением проницаемости клеточной мембраны, препятствующим проникновению антибиотика, и активным выкачиванием антибиотика из клетки. Кроме того, устойчивость распространяется между бактериями через горизонтальный перенос генов, включая передачу плазмид, транспозонов и бактериофагов, это позволяет быстро распространять гены устойчивости среди различных видов бактерий. Вертикальный перенос генов также играет роль, передавая устойчивость от материнской клетки к дочерним. В результате устойчивость к антибиотикам ограничивает доступность эффективных методов борьбы с инфекциями [11–13].

Пенициллины, цефалоспорины и карбапенемы — бета-лактамные антибиотики, отличаются по спектру активности и устойчивости к бета-лактамазам. В этом аспекте полученные нами результаты согласуются с результатами других исследователей [12, 14, 15].

К пенициллинам чувствительность у Escherichia coli после воздействия адаптогенов практически не изменилась независимо от их изначальной устойчивости/чувствительности к препарату. Цефтазидим, цефтриаксон и цефтриаксон — цефалоспорины третьего поколения, их устойчивость была различной, как до, так и после воздействия адаптогенов. Однако после воздействия происходило снижение резистентности Escherichia coli на 3…43 % в зависимости от антимикробного препарата и исследуемого фактора. К имепенему (карбопенем) повысилась чувствительность на 13…16 %. К аминогликозидам и фторхинолонам чувствительность под действием адаптогенов менялась не всегда и очень незначительно в пределах 3…9 %.

Считаем, что полученные результаты отражают уровень использования отдельных антимикробных препаратов в исследуемом животноводческом хозяйстве, что отразилось в закреплении генетических детерминант устойчивости. Чрезмерное и нерациональное использование антибиотиков создает условия, позволяющие выживать и распространяться устойчивым штаммам бактерий.

Заключение

Исследования влияния родиолы розовой и левзеи сафлоровидной на уровень чувствительности к пяти группам антимикробных препаратов у Escherichia coli, проведенные in vitro, предоставляют сведения о возможном их практическом применении в борьбе с лекарственно-­устойчивыми инфекциями, показывают потенциальные возможности, которые могут быть использованы для разработки комплексных препаратов антимикробного действия, а также определяют актуальность дальнейших исследований в данном направлении.

 

 

_{¹ МУК 4.2.1890–04. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам: методические указания. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 91 с.}

About the authors

Irina Stanislavovna Shulga

Far East Zone Research Veterinary Institute

Email: shulga-1975@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2514-3879
SPIN-code: 7451-6886

Candidate of Biology, Leading Researcher, Department of Microbiology, Virology, and Immunology

112 Severnaya St., Blagoveshchensk, 675005, Russian Federation

Marina Evgenievna Ostyakova

Far East Zone Research Veterinary Institute

Author for correspondence.
Email: dalznividv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2996-0991
SPIN-code: 3038-0685

Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Director

112 Severnaya St., Blagoveshchensk, 675005, Russian Federation

References

Supplementary files