Email this article 
Antimicrobial activity of probiotic strain Enterococcus faecium 1-35
- Authors: Brazhnik E.A.1,2, Bikonia S.N.1,2, Laptev G.Y.2,3
-
Affiliations:
- Volgograd State Agrarian University
- BIOTROPH Ltd
- Saint Petersburg State Agrarian University
- Issue: Vol 5, No 2 (2023)
- Pages: 60-64
- Section: Actual problems: discussion tribune
- URL: https://journals.eco-vector.com/PharmForm/article/view/352543
- DOI: https://doi.org/10.17816/phf352543
- ID: 352543
Cite item
Full Text
Abstract
The study examines the search for alternative solutions to replace feed antibiotics for poultry farming. During the study of the probiotic strain Enterococcus faecium 1-35, its antimicrobial properties against some pathogenic microorganisms were established. Using a bioinformatics approach, genes for non-ribosomal peptide synthetases were discovered in the genome of Enterococcus faecium 1-35. A synthesis product of which is believed to have biological activity. Enterococcus faecium strain 1-35, capable of synthesizing active peptide products, can be regarded as an alternative solution when replacing feed antibiotics. The results obtained require additional studies of practical application to confirm the expected effect.
Full Text
СОКРАЩЕНИЯ
НРП – нерибосомные пептиды
НРПС – нерибосомные пептид-синтетазы
АДЕП-1 (ADEP-1) – Ацил-де-пси-пептид
NGS – методы секвенирования нового поколения.
ВВЕДЕНИЕ
Для сохранения здоровья сельскохозяйственных животных и птиц активно используют кормовые антибиотики. В настоящее время в РФ принимаются меры по недопущению распространения антимикробной резистентности. Поиск возможных решений по замене антибиотиков является одной из главных задач для птицеводства.
Для каждого класса антибиотиков свойственен основной каркас. Большинство известных химических каркасов, из которых получают современные антимикробные соединения, были изучены в период с середины 1930-х до начала 1960-х годов. Наиболее известны четыре из них – цефалоспорины, пенициллины, хинолоны и макролиды, представляющие 73% новых антибактериальных химических соединений, зарегистрированных в период с 1981 по 2005 годы [1].
Целью исследования стало изучение антимикробных свойств штамма Enterococcus faecium 1-35. Данный штамм входит в состав кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц разработанных и выпускаемых компанией ООО «БИОТРОФ» – Целлобактерин+® и Профорт® [2].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В данном эксперименте использовался метод NGS (Секвенирование нового поколения) для полногеномного определения нуклеотидной последовательности штамма Enterococcus faecium 1-35. Для этого, после секвенирования, короткие последовательности были собраны в более длинные контиги при помощи программы SPAdes [3]. Анализ контигов проводился с использованием программы antiSMASH версии 5.0.0 и базы Norine для поиска генных кластеров, отвечающих за синтез вторичных метаболитов, включая нерибосомные пептиды (НРП) [4, 5]. Нерибосомными пептидами называют продуцируемые бактериями и грибами вторичные метаболиты, которые обладают разнообразной биологической активностью (антибиотики, противоопухолевые средства, иммуносупрессоры), например, бацитрацин, циклоспорин и др. Нерибосомные пептиды синтезируются синтетазами нерибосомных пептидов, которые не нуждаются в мРНК [6].
РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате NGS-секвенирования были обнаружены гены нерибосомных пептид-синтетаз (НРПС). Предполагаемый пептидный продукт имеет определенную долю сходства с АДЕП-1 (ADEP-1) – Ацил-де-пси-пептид, который изначально был обнаружен у бактерий Streptomyces hawaiiensis (патент, 1982 г.). Данный пептидный продукт представляет собой класс потенциальных антибактериальных веществ, отличающихся высокой антимикробной активностью по отношению к грамположительным патогенам и действующий путем нарушения регуляции протеазы ClpP [7]. Исследования, проведенные с использованием методов классической микробиологии, подтвердили антимикробную активность по отношению к некоторым видам бактерий.
ВЫВОДЫ
В результате секвенирования и последующего биоинформатического анализа штамма Enterococcus faecium 1-35, удалось идентифицировать гены нерибосомных пептид-синтетаз ответственных за продуцирование биологически активного продукта. Предполагаемой продукт синтеза Enterococcus faecium 1-35, имеет определенную долю сходства с АДЕП-1, что позволяет расценивать штамм бактерий, как потенциальный биологически активный компонент кормовых добавок. Кормовые добавки с пробиотическими бактериями Enterococcus faecium 1-35 могут стать альтернативным решением при замене кормовых антибиотиков в птицеводстве.
About the authors
Evgenii A. Brazhnik
Volgograd State Agrarian University; BIOTROPH Ltd
Author for correspondence.
Email: bea@biotrof.ru
SPIN-code: 3776-1982
graduate student of the department “Feeding and breeding of agricultural animals, quality controller of BIOTROPH Ltd
Russian Federation, Volgograd; Saint Petersburg, PushkinSvetlana N. Bikonia
Volgograd State Agrarian University; BIOTROPH Ltd
Email: svetlana@biotrof.ru
SPIN-code: 9451-8405
graduate student of the department “Feeding and breeding of agricultural animals”, deputy chief technologist of BIOTROPH Ltd
Russian Federation, Volgograd; Saint Petersburg, PushkinGeorgii Yu. Laptev
BIOTROPH Ltd; Saint Petersburg State Agrarian University
Email: laptev@biotrof.ru
SPIN-code: 3600-5295
Doctor of Biological Science, head of department “Biotechnology of feed”, Director of BIOTROPH Ltd
Russian Federation, Saint Petersburg, Pushkin; Saint Petersburg, PushkinReferences
- Fischbach M. A, Walsh C. T. Antibiotics for emerging pathogens. Science (New York, N.Y.). 2009 Aug;325(5944):1089–1093. doi: 10.1126/science.1176667.
- Okolelova T. M., Egorova T. V. and others. Guidelines for the use of biological products and feed additives to ensure the health and increase the productivity of broilers. Methodological recommendations // Sergiev Posad. 2013. (In Russ).
- Prjibelski A., Antipov D., Meleshko D., Lapidus A., & Korobeynikov A. (2020). Using SPAdes de novo assembler. Current Protocols in Bioinformatics, 70, e102. doi: 10.1002/cpbi.102.
- Blin K. [et al.]. antiSMASH 5.0: updates to the secondary metabolite genome mining pipeline // Nucleic Acids Res. – 2019. – Vol. 47, № W1. – P. W81–W87. doi: 10.1093/nar/gkz310.
- Flissi A, Dufresne Y, Michalik J, Tonon L, Janot S, Noé L, Jacques P, Leclère V, Pupin M. Norine, the knowledgebase dedicated to non-ribosomal peptides, is now open to crowdsourcing. Nucleic Acids Res. 2016 Jan 4;44(D1):D1113–8. doi: 10.1093/nar/gkv1143.
- Orlova T. I., Bulgakova V. G., Polin A. N. Biologically active non-ribosomal peptides. III. The mechanism of biosynthesis of non-ribosomal peptides // Antibiotics and chemotherapy. 2012, no. 7–8 (57). pp. 43–54. (In Russ).
- Kirstein J, Hoffmann A, Lilie H, Schmidt R, Rübsamen-Waigmann H, Brötz-Oesterhelt H, Mogk A, Turgay K. The antibiotic ADEP reprogrammes ClpP, switching it from a regulated to an uncontrolled protease. EMBO Mol Med. 2009 Apr;1(1):37–49. doi: 10.1002/emmm.200900002.
Supplementary files
