sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2019-5-8sibvest-612Research ArticleЖИВОТНОВОДСТВО И ВЕТЕРИНАРИЯANIMAL HUSBANDRY ABD VETERINARY SCIENCEИзучение депонирования гентамицина в составе целлюлозы с альбуминомStudy of gentamicin deposition in cellulose with albuminМироноваТ. Е.MironovaT. E.

Лаборант-исследователь

Новосибирск

Research Assistant

Novosibirsk

mironova1994@mail.ruАфонюшкинВ. Н.AfonyushkinV. N.

Кандидат биологических наук, заведующий сектором

630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, а/я 263

Candidate of Science in Biology, Sector Head

PO Box 263, SFSCA RAS, Krasnoobsk, Novosibirsk region, 630501

lisocim@mail.ruСигареваН. А.SigarevaN. A.

Начальник отдела

Новосибирск

Sector Head

Novosibirsk

natalias72@mail.ruТроменшлегерИ. Н.TromenshlegerI. N.

Инженер

Новосибирск

Engineer

Novosibirsk

Irina510@ngs.ruХарченкоА. В.KharchenkoA. V.

Врач-нейрохирург 

Новосибирск

Neurosurgeon 

Novosibirsk

Новосибирский государственный аграрный университет ; Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наукРоссияNovosibirsk State Agrarian University; Siberian Federal Scientifi c Centre of AgroBioTechnologies of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук ; Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наукРоссияSiberian Federal Scientifi c Centre of AgroBioTechnologies of the Russian Academy of Sciences; Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский государственный аграрный университетРоссияNovosibirsk State Agrarian UniversityRussian FederationИнститут химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. ЦивьянаРоссияNovosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after Ya.L. TsivyanRussian Federation2019301120194956166Copyright © Миронова Т.Е., Афонюшкин В.Н., Сигарева Н.А., Троменшлегер И.Н., Харченко А.В., 20192019Миронова Т.Е., Афонюшкин В.Н., Сигарева Н.А., Троменшлегер И.Н., Харченко А.В.Mironova T.E., Afonyushkin V.N., Sigareva N.A., Tromenshleger I.N., Kharchenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/612

Изучены способы связывания антибактериальных препаратов с поверхностью целлюлозы без применения окислителей для предотвращения возникновения раневой инфекции. Исследована иммобилизация гентамицина в комплексе частично денатурированного альбумина в составе с бактериальной целлюлозой. Исследование проводили на образцах целлюлозы, синтезируемой Gluconacetobacter hansenii. В качестве связующего компонента использован альбумин. Им пропитывали образцы целлюлозы, которые затем подвергали денатурации. При помощи ПЦР амплификатора CFX (BioRad) подбирали оптимальную температуру денатурации. Оценку эффективности иммобилизации альбумина в толще целлюлозы проводили путем его окрашивания люминисцентным красителем SYPRO® Ruby Protein Gel Stain с последующей детекцией при помощи трансиллюминатора. В качестве контроля использовали бактериальную целлюлозу, пропитанную неденатурированным альбумином. Иммобилизация альбумина в составе бактериальной целлюлозы отмечена при температуре 65–95 оС. Антибактериальную активность комплекса «целлюлоза + альбумин + гентамицин» оценивали с использованием тест-штамма бактерий Staphylococcus aureus ATCC 25923. Угнетение роста тест-штамма бактерий наблюдали во всех тестах с бактериальной целлюлозой с комплексом частично денатурированного альбумина и гентамицина. В контрольных образцах, в которых гентамицин не был иммобилизирован в составе частично денатурированного альбумина, зоны задержек роста Staphylococcus aureus ATCC 25923 не отмечены. Сделан вывод о том, что путем частичной денатурации альбумина возможно проводить задержку антибактериальных препаратов в толще бактериальной целлюлозы для дальнейшего их высвобождения. Предложен новый вариант материала, пригодного для изготовления имплантов, повязок на основе геля бактериальной целлюлозы с антибактериальными свойствами. Повязки на основе композита бактериальной целлюлозы, альбумина и гентамицина наиболее актуальны для лечения ожогов. Наличие гентамицина в их составе также актуально для профилактики бактериальных инфекций.

Methods of binding antibacterial drugs to the surface of cellulose without the use of oxidizing agents to prevent the occurrence of wound infections have been studied. The immobilization of gentamicin in the complex of partially denatured albumin in the composition with bacterial cellulose has been analyzed. The study was carried out on samples of cellulose synthesized by Gluconacetobacter hansenii. Albumin served as a binding agent, which was used to impregnate cellulose samples, which were then denatured. Using PCR amplifi cation CFX (BioRad), the optimal denaturation temperature was selected. The effectiveness of the immobilization of albumin in the thickness of the cellulose was assessed by staining it with the luminescent dye SYPRO® Ruby Protein Gel Stain, followed by transilluminator detection. Bacterial cellulose impregnated with undenatured albumin was used as a control. Albumin immobilization in bacterial cellulose was observed at temperatures of 65– 95 °C. The antibacterial activity of the complex “cellulose + albumin + gentamicin” was evaluated using a test strain of bacteria Staphylococcus aureus ATCC 25923. The growth inhibition of the test strain of bacteria was observed in all tests with bacterial cellulose in combination with partially denatured albumin and gentamicin. In control samples, in which gentamicin was not immobilized as part of partially denatured albumin, growth inhibition zones of Staphylococcus aureus ATCC 25923 were not noted. It was concluded that by partial denaturation of albumin it is possible to delay antibacterial drugs in the thickness of bacterial cellulose for their further release. A new version of the material suitable for the production of implants and bandages based on bacterial cellulose gel with antibacterial properties is proposed. Dressings based on a composite of bacterial cellulose, albumin and gentamicin are most relevant for the treatment of burns. The presence of gentamicin in their composition is also relevant for the prevention of bacterial infections.

бактериальная целлюлозабиопленкиантибиотикииммобилизация антибиотиковальбуминденатурацияbacterial cellulosebiofi lmsantibioticsimmobilization of antibioticsalbumindenaturationReferencesБолотова К.С., Чухнин К.С., Майер Л.В. Морфологические особенности фибриллярной структуры растительной и бактериальной целлюлозы // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2016. № 6. С. 153–165.Bolotova K.S., Chukhnin K.S., Maier L.V. Morfologicheskie osobennosti fi brillyarnoi struktury rastitel’noi i bakterial’noi tsellyulozy [Morphological features of the fi brillar structure of plant and bacterial cellulose]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Lesnoi zhurnal [Izvestiya VUZ. Forestry Journal], 2016, no. 6, pp. 153–165. (In Russian).Ларионов П.М., Филипенко М.Л., Ступак В. В., Афонюшкин В.Н., Харченко А.В. Структурный анализ биосинтезированной целлюлозы (наноцеллюлозы) по результатам конфокальной микроскопии // Сибирский научный медицинский журнал. 2016. Т. 36. № 4. С. 5–9.Larionov P.M., Filipenko M.L., Stupak V.V., Afonyushkin V.N., Kharchenko A.V. Strukturnyi analiz biosintezirovannoi tsellyulozy (nanotsellyulozy) po rezul’tatam konfokal’noi mikroskopii [Structural analysis of biosynthesized cellulose based on the results of confocal microscopy]. Sibirskii nauchnyi meditsinskii zhurnal [The Siberian Scientifi c Medical Journal], 2016, vol. 36, no. 4, pp. 5–9. (In Russian).Громовых Т.И., Луценко С.В., Данильчук Т.Н. Перспективы направленного использования бактериальной целлюлозы в медицине // Интер-медикал. 2015. № 7. С. 4–9.Gromovykh T.I., Lutsenko S.V., Danil’chuk T. N. Perspektivy napravlennogo ispol’zovaniya bakterial’noi tsellyulozy v meditsine [Prospects for the targeted use of bacterial cellulose in medicine]. Inter-medikal [Inter-medical], 2015, no. 7, pp. 4–9. (In Russian).Митрофанов Р.Ю., Будаева В.В., Сакович Г. В. Получение и свойства гель-пленки бактериальной целлюлозы // Химия в интересах устойчивого развития. 2010. № 5. С. 587–592.Mitrofanov R.Yu., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Poluchenie i svoistva gel’-plenki bakterial’noi tsellyulozy [Obtaining and properties of gel fi lms of bacterial cellulose]. Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya [Chemistry for Sustainable Development], 2010, no. 5, pp. 587–592. (In Russian).Mormino R.; Bungay H. Composites of bacterial cellulose and paper made with a rotating disk bioreactor // Applied Microbiology and Biotechnology. 2003. Vol. 63. N 5-6. P. 503– 506.Mormino R.; Bungay H. Composites of bacterial cellulose and paper made with a rotating disk bioreactor. Applied Microbiology and Biotechnology, 2003. vol. 63, no. 5-6, pp. 503– 506.Пиневич А.В. Чудо-пленки, или слово о бактериальной целлюлозе // Вестник СанктПетербургского университета. 2007. № 3. С. 33–39.Pinevich A.V. Chudo-plenki, ili slovo o bakterial’noi tsellyuloze [Miracle fi lms, or a word about bacterial cellulose]. Vestnik SanktPeterburgskogo universiteta [Vestnik of Saint Petersburg University], 2007, no. 3, pp. 33–39. (In Russian).Brown A.J. On an acetic ferment forms cellulose // Journal of the Chemical Society. 1986. Vol. 49. P. 432–439.Brown A.J. On an acetic ferment forms cellulose. Journal of the Chemical Society, 1986, vol. 49, pp. 432–439.Bäckdahl H., Helenius G., BodinA., Nannmark U., Johansson B.R., Risberg B., Gatenhol P. Mechanical properties of bacterial cellulose and interactions with smooth muscle cells // Biomaterials. 2006. Vol. 27. P. 2141– 2149.Bдckdahl H., Helenius G., Bodin A., Nannmark U., Johansson B.R., Risberg B., Gatenhol P. Mechanical properties of bacterial cellulose and interactions with smooth muscle cells. Biomaterials, 2006, vol. 27, pp. 2141–2149.Petersen N., Gatenholm P. Bacterial cellulosebased materials and medical devices: Current state and perspectives // Applied Microbiology and Biotechnology. 2011.Vol. 91. P. 1277– 1286.Petersen N., Gatenholm P. Bacterial cellulosebased materials and medical devices: Current state and perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology, 2011, vol. 91, pp. 1277– 1286.Венгерович Н.Г., Хрипунов А.К., Рузанова Э. А. Исследование возможности применения бактериальной целлюлозы на этапах медицинской эвакуации // Российский биомедицинский журнал MEDLINE.RU. 2014. Т. 15, № 3. С. 620–628.Vengerovich N.G., Khripunov A.K., Ruzanova E.A. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya bakterial’noi tsellyulozy na etapakh meditsinskoi evakuatsii [Research on possibility of application of bacterial cellulose during medical evacuation operations]. Rossiiskii biomeditsinskii zhurnal. MEDLINE.RU [Russian BioMedical Journal. Medline.ru], 2014, vol. 15, no. 3, pp. 620–628. (In Russian).Ткачева Н.И., Морозова С.В., Григорьев И. А., Могнонов Д.М., Колчанов Н.А. Модификация целлюлозы – перспективное направление в создании новых материалов // Высокомолекулярные соединения, серия Б. 2013. Т. 55. № 8. C. 1086–1107.Tkacheva N.I., Morozova S.V., Grigor’ev I.A., Mognonov D.M., Kolchanov N.A. Modifi katsiya tsellyulozy – perspektivnoe napravlenie v sozdanii novykh materialov [Cellulose modifi cation is a promising direction in the creation of new materials перевод]. Vysokomolekulyarnye soedineniya, seriya B [Polymer Science. Series B], 2013, vol. 55, no. 8, pp. 1086–1107. (In Russian).Belgacem M.N., Gandini A. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Amsterdam: Elsevier. 2008. 553 p.Belgacem M.N., Gandini A. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Amsterdam: Elsevier. 2008. 553 p.Бычковский П.М., Юркштович Т.Л., Адамчик Д.А., Дрепаков Е.Г., Тагиль И.И. Получение полимерных лекарственных форм противоопухолевых веществ на основе окисленной бактериальной целлюлозы // Российский биотерапевтический журнал. 2017. Т. 16. С. 17.Bychkovsky P.M., Yurkshtovich T.L., Adamchik D.A., Drepakov E.G., Tagil I.I. Polucheniye polimernykh lekarstvennykh form protivoopukholevykh veshchestv na osnove okislennoy bakterial’noy tsellyulozy [Obtaining polymer dosage forms of antitumor substances based on oxidized bacterial cellulose]. Rossiyskiy bioterapevticheskiy zhurnal [Russian Journal of Biotherapy]. 2017. Т. 16. С. 17. (In Russian).Meftahi A., Khajavi R., Rashidi A., Sattari M., Yazdanshenas M.E., Torabi M. The effects of cotton gauze coating with microbial cellulose // Cellulose. 2010. № 17. P. 199–204.Meftahi A., Khajavi R., Rashidi A., Sattari M., Yazdanshenas M.E., Torabi M. The effects of cotton gauze coating with microbial cellulose. Cellulose, 2010, no. 17, pp. 199–204.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.