Оценка динамики экспрессии генов MecA и YycFG у метициллинрезистентного золотистого стафилококка (MRSA) при влиянии фенольных соединений, борнеола и экстракта, выделенного из шалфея степного (Salvia stepposa Des.-Shost)

Введение. Staphylococcus aureus демонстрирует достаточный адаптивный потенциал в условиях внешнего стресса, что может обусловливать его ключевую роль в этиологии внутрибольничных инфекций. Наблюдаемый экспоненциальный рост штаммов с множественной антибиотикорезистентностью за последние десятилетия свидетельствует о том, что механизмы адаптации способствуют выживанию и распространению S. aureus в условиях интенсивного госпитального воздействия антимикробных средств. Такой феномен существенно осложняет клиническое лечение инфекций и представляет серьезную угрозу для системы здравоохранения. Несмотря на активное изучение изменений в активности генов, связанных с антибиотикорезистентностью в разных стрессовых условиях, роль фенольных соединений в регуляции экспрессии генов у MRSA исследована недостаточно. В частности, практически отсутствуют данные о влиянии фенольных соединений и борнеола на экспрессию генов MecA и YycFG, что определяет актуальность данной работы.
Цель. Оценка динамики экспрессии генов MecA и YycFG у метициллинрезистентного золотистого стафилококка (MRSA) при влиянии фенольных соединений (розмариновая, хлорогеновая и феруловая кислоты), борнеола и экстракта листьев шалфея степного
Материалы и методы. Микрометодом серийных разведений были определены минимальные подавляющие концентрации исследуемых соединений. Для оценки влияния исследуемых соединений суточные культуры MRSA дополнительно инкубировалась с исследуемыми соединениями в субингибиторных концентрациях (1/2 МПК) 4 ч. Изменения экспрессии MecA и YycFG анализировали методом количественной ПЦР (ΔΔCt, log2 Fold Change). Экспрессию GyrB оценивали в качестве эндогенного контроля. Статистическая обработка включала в себя критерии Крускала – Уоллиса, Вилкоксона и Манна – Уитни (p=0,05).
Результаты и обсуждение. Фенольные соединения, борнеол и экстракт листьев шалфея степного снижали экспрессию MecA в 2,17 – 5 раз (р=0,043) и повышали YycFG в 1,84 – 2,45 раза (р=0,043). Наибольшую активность в отношении MecA проявили розмариновая и хлорогеновая кислоты.
Выводы. Хлорогеновая и розмариновая кислоты обладают значительным потенциалом для подавления экспрессии MecA у MRSA. Розмариновая кислота уменьшает экспрессию MecA в 5 раз, хлорогеновая кислота – в 4 раза. Результаты позволяют рассматривать изучаемые соединения в качестве многообещающих кандидатов для разработки новых антимикробных препаратов или адъювантов, усиливающих действие антибиотиков. В дальнейшем синергетическое сочетание розмариновой и хлорогеновой кислот с β-лактамами может стать эффективным инструментом для преодоления устойчивости MRSA. 

1. Иванов Ф.В., Гумилевский Б.Ю. Микробиологический мониторинг инфекции, связанной с оказанием медицинской помощи. Международный научно-исследовательский журнал. 2023; 12 (138): 1-8.

2. Centers for Disease Control and Prevention. Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus. https://www.cdc.gov/antimicrobial-resistance/media/pdfs/MRSA-508.pdf

3. Kaliyeva S.S. Microbial landscape and antibiotic susceptibility dynamics of skin and soft tissue infections in Kazakhstan 2018 – 2020. Antibiotics. 2022; 11 (5): 659.

4. Mlynarczyk-Bonikowska B., Kowalewski C., KrolakUlinska A., Marusza W. Molecular Mechanisms of Drug Resistance in Staphylococcus aureus. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23 (15): 8088. https://doi.org/10.3390/ijms23158088

5. Алмагамбетов К.Х. Молекулярная биология Staphylococcus aureus. АМЖ. 2021 (1). https://cyberleninka.ru/article/n/molekulyarnaya-biologiyastaphylococcus-aureus

6. Wu S., Huang F., Zhang H., Lei L. Staphylococcus aureus biofilm organization modulated by YycFG twocomponent regulatory pathway. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2019; 14 (1): 10. https://doi.org/10.1186/s13018-018-1055-z

7. Wu S., Zhang J., Peng Q., Liu Y., Lei L., Zhang H. The Role of Staphylococcus aureus YycFG in Gene Regulation, Biofilm Organization and Drug Resistance. Antibiotics (Basel, Switzerland). 2021; 10 (12): 1555. https://doi.org/10.3390/antibiotics10121555

8. Dawan J., Ahn J. Bacterial Stress Responses as Potential Targets in Overcoming Antibiotic Resistance. Microorganisms. 2022; 10 (7): 1385. https://doi.org/10.3390/microorganisms10071385.

9. Левая Я.К. Фармацевтическая разработка готовой лекарственной формы на основе биологически активных веществ шалфея степного. Караганда: Медицинский университет Караганды; 2023: 153.

10. Бадекова К.Ж., Левая Я.К., Атажанова Г.А., Жолдасбаев М.Е. Биологические свойства розмариновой кислоты. Фармация Казахстана. 2020; 7-8: 29-35.

11. Kernou O.-N., Azzouz Z., Madani K., Rijo P. Application of Rosmarinic Acid with Its Derivatives in the Treatment of Microbial Pathogens. Molecules. 2023; 28 (10): 4243. https://doi.org/10.3390/molecules28104243

12. Kang J., Liu L., Liu Y., Wang X. Ferulic Acid Inactivates Shigella flexneri through Cell Membrane Destruction, Biofilm Retardation, and Altered Gene Expression. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020; 68 (27): 7121-7131. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c01901

13. Li G., Qiao M., Guo Y., Wang X., Xu Y., Xia X. Effect of Subinhibitory Concentrations of Chlorogenic Acid on Reducing the Virulence Factor Production by Staphylococcus aureus. Foodborne Pathogens and Disease. 2014; 11 (9): 677-683. https://doi.org/10.1089/fpd.2013.1731

14. Leite-Sampaio N.F., Gondim C.N.F.L., Martins R.A.A., Siyadatpanah A., Norouzi R., Kim B., Sobral-Souza C.E., Gondim G.E.C., Ribeiro-Filho J., Coutinho H.D.M. Potentiation of the Activity of Antibiotics against ATCC and MDR Bacterial Strains with (+)-α-Pinene and (-)-Borneol. BioMed Research International. 2022; 2022: 8217380. https://doi.org/10.1155/2022/8217380

15. ISO 20776-1:2019. Clinical laboratory testing and in vitro diagnostic test systems – Susceptibility testing of infectious agents and evaluation of performance of antimicrobial susceptibility test devices. Geneva: International Organization for Standardization. 2019: 11.

16. Wang S., Kang O.H., Kwon D.Y. Bisdemethoxycurcumin Reduces Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Expression of Virulence-Related Exoproteins and Inhibits the Biofilm Formation. Toxins. 2021; 13 (11): 804. https://doi.org/10.3390/toxins13110804.

17. Kadyrova I.A., Barkhanskaya V.I. Analysis of the dynamics of gene expression in patients with acute COVID-19 and in recovery period. Medicine and ecology. 2024; 2: 48-56. https://doi.org/10.59598/ME-2305-60452024-111-2-48-56

18. Sihto H.-M., Tasara T., Stephan R., Johler S. Validation of reference genes for normalization of qPCR mRNA expression levels in Staphylococcus aureus exposed to osmotic and lactic acid stress conditions encountered during food production and preservation. FEMS Microbiology Letters. 2014; 356 (1): 134-140. https://doi.org/10.1111/1574-6968.12491

19. Statisty: Бесплатное онлайн-приложение для статистического анализа данных. https://statisty.app/

20. Wolska-Gębarzewska M., Międzobrodzki J., Kosecka-Strojek M. Current types of staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec) in clinically relevant coagulase-negative staphylococcal (CoNS) species. Critical Reviews in Microbiology. 2024; 50 (6): 1020-1036.

21. Дьячкова В.С., Бажукова Т.А. Механизмы резистентности микроорганизмов к β-лактамным антибиотикам. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014; 4. https://cyberleninka.ru/article/n/mehanizmy-rezistentnosti-mikroorganizmov-klaktamnym-antibiotikam

22. Villanueva M., Roch M., Lasa I., Renzoni A., Kelley W. L. The Role of ArlRS and VraSR in Regulating Ceftaroline Hypersusceptibility in Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus. Antibiotics (Basel, Switzerland). 2021; 10 (7): 821. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070821

23. Гостев В.В., Пунченко О.Е., Сидоренко С.В. Современные представления об устойчивости Staphylococcus aureus к бета-лактамным антибиотикам. КМАХ. 2021; 4. https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-predstavleniya-ob-ustoychivostistaphylococcus-aureus-k-beta-laktamnym-antibiotikam

24. Абатуров А.Е., Крючко Т.А. Медикаментозное ингибирование активности бактериальных двухкомпонентных систем регуляции. Здоровье ребенка. 2018; 13 (3): 326-333.