search
ruРусский
banner
Дом / Новости / Бактериальные капсульные полисахариды с антибиопленочной активностью имеют общие биофизические и электрокинетические свойства.
Новости
pageSearch
Последние новости

Бактериальные капсульные полисахариды с антибиопленочной активностью имеют общие биофизические и электрокинетические свойства.

Jul 17, 2023Jul 17, 2023

Nature Communications, том 14, номер статьи: 2553 (2023) Цитировать эту статью

1706 Доступов

1 Цитаты

14 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактериальные биопленки представляют собой прикрепленные к поверхности сообщества, которые трудно искоренить из-за высокой толерантности к противомикробным агентам. Использование небиоцидных поверхностно-активных соединений для предотвращения первоначальной адгезии и агрегации бактериальных патогенов является многообещающей альтернативой лечению антибиотиками, и было идентифицировано несколько антибиопленочных соединений, включая некоторые капсульные полисахариды, высвобождаемые различными бактериями. Однако отсутствие химического и механистического понимания активности этих полимеров ограничивает их использование для контроля образования биопленок. Здесь мы проверяем коллекцию из 31 очищенного капсульного полисахарида и сначала идентифицируем семь новых соединений с небиоцидной активностью против биопленок Escherichia coli и/или Staphylococcus aureus. Мы измеряем и теоретически интерпретируем электрофоретическую подвижность подмножества из 21 капсульного полисахарида в условиях приложенного электрического поля и показываем, что активные и неактивные полисахаридные полимеры проявляют различные электрокинетические свойства и что все активные макромолекулы обладают высокими характеристиками характеристической вязкости. Несмотря на отсутствие специфического молекулярного мотива, связанного со свойствами антибиопленок, использование таких критериев, как высокая плотность электростатических зарядов и проницаемость для потока жидкости, позволяет нам идентифицировать два дополнительных капсульных полисахарида с широким спектром антибиопленочной активности. Таким образом, наше исследование дает представление о ключевых биофизических свойствах, отличающих активные и неактивные полисахариды. Характеристика отчетливой электрокинетической подписи, связанной с активностью антибиопленок, открывает новые перспективы для идентификации или разработки небиоцидных поверхностно-активных макромолекул для контроля образования биопленок в медицинских и промышленных условиях.

Бактериальные биопленки — это широко распространенные бактерии, прикрепленные к поверхности или агрегированные, которые могут негативно влиять на деятельность человека при развитии на медицинских или промышленных поверхностях1,2. Из-за высокой толерантности к антибиотикам биопленки трудно искоренить, а профилактика инфекций, связанных с биопленками, является серьезной проблемой здравоохранения и экономики3,4. Стратегии предотвращения образования биопленок часто направлены на начальные этапы бактериальной адгезии с использованием поверхностей, покрытых биоцидными агентами, такими как антибиотики широкого спектра действия или тяжелые металлы5. Эти биоцидные подходы ограничены быстрым накоплением мертвых бактерий и органических остатков, что снижает активность покрытых поверхностей по отношению к новым поступающим клеткам. Более того, использование поверхностей, выделяющих биоциды, такие как антибиотики, связано с тревожным отбором устойчивости к антибиотикам6.

Несколько исследований показали, что антиадгезионные стратегии без антибиотиков также могут эффективно препятствовать образованию бактериальной биопленки7,8,9,10,11,12,13,14. Было предложено разработать биотехнологические материалы с антиадгезионными поверхностными свойствами, которые представляют собой эффективное решение для защиты оборудования для ухода за пациентами от колонизации патогенов и, следовательно, препятствуют ключевым этапам инфекции, от первоначального контакта с поверхностью до последующего взаимодействия бактерий с бактериями15,16. ,17. Также активно изучаются небиоцидные и биологические стратегии, включая подходы, предотвращающие и/или разрушающие биопленки с использованием ингибиторов чувства кворума, которые мешают бактериальным коммуникациям18. Бактерии также выделяют биоповерхностно-активные вещества, изменяющие свойства поверхности материала, такие как смачиваемость и заряд19,20. Эти поверхностно-активные соединения уменьшают поверхностные контакты и способствуют подвижности бактерий или участвуют в конкурентных взаимодействиях между бактериями12. Хотя многие из этих молекул соответствуют небольшим липопептидам, недавние исследования показали, что высокомолекулярные капсульные полисахариды, высвобождаемые различными бактериями, могут предотвращать адгезию, приводящую к последующей агрегации клеток и образованию биопленки широким спектром грам+ и грамм-бактерий. К ним относятся несколько нозокомиальных патогенов, таких как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis и Enterococcus faecalis7,9,11,21,22,23,24.

7 dl/g) intrinsic viscosity (Supplementary Fig. 5). Moreover, molecular weight Mw and intrinsic viscosity [η] of polysaccharides with intermediate narrow-spectrum activity (PnPS18C and PnPS12F) cover range of values measured for both broad-spectrum active and non-active macromolecules. To determine whether high intrinsic viscosity could be indicative of potential antibiofilm activity, we screened additional purified bacterial capsular polysaccharides of our collection and we identified two such non-biocidal polysaccharides, MenY and MenW135 (Supplementary Fig. 3), presenting high intrinsic viscosity (Table 1 and Supplementary Fig. 5). Although MenY and MenW135 differ in their primary composition from Vi, MenA, MenC, and G2cps, they both exhibited similar broad-spectrum antibiofilm activity (Fig. 4 and Supplementary Fig. 6). These results indicated that specific polysaccharide conformation, reflected by a high intrinsic viscosity29, could be a determinant of antibiofilm activity./p>30 mM). This property is the direct consequence of the penetration of the electroosmotic flow within the charged polysaccharide globular structure33. Further qualitative inspection of the sets of electrokinetic data collected for the polysaccharides of interest revealed two main electrokinetic patterns. The first one corresponded to the 11 tested inactive macromolecules whose electrophoretic mobility systematically tends to a value of μ* satisfying 0.5 < │μ*│ <1.5 × 10−8 m2 V−1 s−1. For these macromolecules, the absolute value of the electrophoretic mobility decreases with increasing electrolyte concentration as a result of screening of the polysaccharide charges by the electrolyte ions. This feature is also shared by the active macromolecules (PnPS3, PRP and G2cps) with the noticeable difference that their asymptotic mobility value │μ*│ is significantly larger with μ* now satisfying the inequality │μ*│ >2 × 10−8 m2 V−1 s−1 (Fig. 5A). The second observed electrokinetic pattern applies to macromolecules with narrow (PnPS18C and PnPS12F) or broad-spectrum (Vi, MenA, MenC, MenY and MenW135) activities for which the electrophoretic mobility μ moderately or poorly depends on background electrolyte concentration. Strikingly, active macromolecules with narrow-spectrum antibiofilm activity are defined by electrophoretic mobilities (│μ*│ <0.5 × 10−8 m2 V−1 s−1) that are much lower in magnitude compared to those measured for broad-spectrum antibiofilm polysaccharides (Vi, MenA, MenC, MenY, and MenW135, │μ*│ >1.5 × 10−8 m2 V−1 s−1) (Fig. 5B). These results demonstrated clearly that active capsular polysaccharides are characterized by a specific electrokinetic signature./p>