Проекты

Совместное действие антимикробных пептидов животных на бактерии E.coli

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Биотехнологии. Молекулярная биология. Генетика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биотехнология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 04−05 апреля 2019 года

Актуальность

Антибиотикорезистентность на сегодняшний день является одной из главных проблем для врачей во всём мире. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), только 50% пациентов можно вылечить с помощью препаратов, находящихся в обращении.

Из-за супербактерий − микроорганизмов, устойчивых к различным видам антибиотиков − ежегодно погибают миллионы людей.

Цель работы: провести оценку антибактериальной активности антимикробных пептидов свиньи протегрина-1 и тритрптицина, а также их совместного действия на бактерии Escherichia coli.

Задачи

  • Изучить антибактериальную активность антимикробных пептидов свиньи методом двойных серийных разведений в жидкой питательной среде.
  • Оценить эффекты совместного действия антимикробных пептидов свиньи на бактерии.
  • Провести сравнительный анализ антибактериальной активности исследуемых пептидов с известными антибиотиками, применяемыми в клинической практике.

Содержание работы

По мнению многих учёных, одним из наиболее оптимальных методов борьбы с резистентностью является поиск и разработка новых препаратов. Важно отметить, что бактериям гораздо тяжелее выработать устойчивость к антимикробным пептидам (АМП), которые могут оказаться хорошей альтернативой антибиотикам. Кроме того, по данным ВОЗ, за последние 30 лет не было открыто ни одного нового класса антибиотиков.

Автор работы считает, что сейчас необходимо вести усиленный поиск препаратов, способных предотвратить резистентность, пока не стало слишком поздно. Миру грозит серьёзная опасность в лице возбудителей всех существующих заболеваний, включая даже тех, которых, как нам казалось, уже удалось победить.

В работе проводится оценка совместного действия двух антимикробных пептидов, выделенных из лейкоцитов свиньи (млекопитающего, имеющего немало сходных с человеком процессов, протекающих в организме, особенно касающихся функционирования иммунной системы): протегрина-1 и тритрптицина на колонию бактерий Escherichia coli (кишечная палочка). Мы решили проверить возможность синергизма между этими двумя антимикробными пептидами в связи с различием в их мишенях (протегрин-1 действует на мембрану бактериальной клетки, а тритрптицин − на внутриклеточные структуры (рибосомы)).

Методом штриха произвели посев культуры бактерий E.coli на плотную питательную лизогенную среду.

Методом двойных серийных разведений провели оценку антимикробный активности тритрптицина и протегрина-1 (табл. 1), а затем протегрина-1 и трёх антибиотиков (табл. 2), используемых в медицине: ампициллина, полимиксина B и меропенема.

Методом «шахматной доски» сделали сетку разведений протегрина-1 и тритрптицина и рассмотрели различные комбинации. Синергический эффект оценивали путём вычисления индексов фракционных ингибирующих концентраций (ФИК) по формуле ФИК=[А]/МИКА+[Б]/МИКБ, где МИКА и МИКБ − МИК для индивидуальных веществ, [А] и [Б] − МИК при совместном применении препаратов (табл. 3, 4).

Таблица № 1. Определение минимальных ингибирующих концентраций (МИК) АМП

№ опыта

Протегрин-1

Тритрптицин

1

0,125 мкМ

16 мкМ

2

0,250 мкМ

8 мкМ

3

0,250 мкМ

16 мкМ

Конечное значение

0,250 мкМ

16 мкМ

 

 

Таблица № 2. Определение МИК протегрина-1 и трёх антибиотиков

№ опыта

Ампициллин

Протегрин-1

Полимксин B

Меропенем

1

8 мкМ

0,250 мкМ

0,125 мкМ

8 мкМ

2

8 мкМ

0,125 мкМ

0,125 мкМ

4 мкМ

3

16 мкМ

0,250 мкМ

0,125 мкМ

8 мкМ

 

Таблица № 3. Оценка совместного действия АМП

№ опыта

Протегрин-1

Тритрптицин

1

0,125 мкМ

8 мкМ

2

0,125 мкМ

16 мкМ

3

0,125 мкМ

8 мкМ

 

ФИК1=0,125/0,25 + 8/16 = 1

ФИК2=0,125/0,25 + 16/16 = 1,5

ФИК3=0,125/0,25 + 8/16 = 1

Таблица № 4. Значения индексов ФИК

ФИК

Эффект

<=0,5

Синергизм

>0,5 и <2,0

Аддитивное действие

>=2,0

Антагонизм

 

Выводы

Методом двойных серийных разведений было показано, что антибактериальная активность протегрина-1 в 64 раза выше активности тритрптицина; протегрин-1 и тритрптицин проявляют аддитивный эффект при их совместном действии на бактерии E. coli; как индивидуальный препарат протегрин-1 проявляет высокую антибактериальную активность, сопоставимую с известным антибиотиком «последней линии» полимиксином В.

Сотрудничество с вузом при создании работы

Работа была выполнена совместно с Учебно-научным центром Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Инкубатор, семплеры (многоканальный и одноканальные), ламинарный бокс, спектрофотометр, термостат.

Награды

Научно-практическая конференция «Биотехнолог − профессия будущего» (победитель);

Городская открытая научно-практическая конференция «Наука для жизни» (призёр);

XXVIII открытая московская инженерная конференция школьников «ПОТЕНЦИАЛ» (2 место);

Московский городской конкурс проектов (1 место).

Перспективы использования результатов работы

Значения индексов МИК протегрина-1 и полимиксина B практические одинаковые, что свидетельствует о сильных антибактериальных свойствах протегрина-1. Следовательно, у этого АМП есть перспектива в дальнейшем стать основой для создания эффективных лекарственных препаратов.

Особое мнение

«Представленная работа была направлена на поиск новых методов борьбы с антибиотикорезистентностью, а конкретно – на определение перспективности использования для этой цели антимикробных пептидов, которым в последнее время уделяется большое внимание при разработке новых лекарственных препаратов. Работа является одним из моих первых важных шагов в науку, и благодаря этому ещё сильнее углубился мой интерес к молекулярно-клеточной биологии. Надеюсь, что исследования в области борьбы с различными заболеваниями и их возбудителями станут в дальнейшем неотъемлемой частью моей жизни.

Я очень благодарна проекту «Академический класс в московской школе» за предоставленную возможность побывать в одном из самых важных отделений РАН, а именно − в Институте биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова. Там я слушала интереснейшие лекции по иммунологии и занималась практикой непосредственно в самих лабораториях Учебно-научного центра, сотрудникам которого я в отдельности хотела бы сказать огромное спасибо.

Конференция «Наука для жизни» произвела на меня большое впечатление своим огромным разнообразием работ и количеством заинтересованных в науке школьников. Мне очень понравилось участвовать в этом мероприятии. Благодарю вас за дружелюбное отношение ко всем участникам конференции, гостеприимную обстановку и надеюсь в следующем году снова увидеться»