Метициллин-резистентные штаммы Staphylococcus aureus (MRSA) являются патогенами с множественной лекарственной устойчивостью и одной из основных инфекций, циркулирующих внутри больниц и сельскохозяйственных ферм во всем мире. Некоторые клоны S. aureus способны приобретать устойчивость практически ко всем классам антимикробных агентов, которым они подвергаются. Эксперты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) включили MRSA в список патогенов, требующих срочного создания новых антибиотиков для лечения заболеваний, вызываемых этими патогенами. У людей и животных S. aureus является частью нормальной микробиоты, присутствующей в верхних дыхательных путях, а также на коже и слизистой оболочке кишечника. Согласно статистическим данным, 20% населения мира являются стойкими носителями S. aureus. Лечение антибиотиками нарушает нормальную микробиоту кишечника, что в свою очередь создает серьезные осложнения в усвоении макроорганизмом питательных веществ из рациона питания. Пробиотические бактерии эффективны для профилактики и терапии желудочно-кишечных инфекций как у человека, так и у животных. Создание новых пробиотиков для профилактики и лечения стафилококковых инфекций у человека и сельскохозяйственных животных является актуальным.

Целью работы явилось изучение бактериолитического и анти-адгезивного действия Limosilactobacillus fermentum 3872 (LF3872) на MRSA полирезистентные штаммы, выделенные у человека и животных. Ранее нами было проведено полногеномное секвенирование LF3872. В геноме LF3872 был обнаружен ген, кодирующий белок бактериоцин (BLF3872), который обладает бактериолитическими свойствами. Структура BLF3872 была смоделирована с помощью сервера AlphaFold. Полученная модель выявила двухдоменную структурную организацию BLF3872, аналогичную структуре белка морфогенеза 1 из фага Bacillus phi29. Было установлено, что N-концевой домен BLF3872 гомологичен лизоциму, гидролизующему β-1.4 гликозидную связь между N- ацетилмурамовой кислотой и N- ацетилглюкозамином гликозидной цепи пептидогликана S. aureus. С-концевой домен BLF3872 гомологичен металлоэндопептидазе, гидролизующей амидные связи между аминокислотными остатками коротких пептидов, соединяющих гликозидные цепи пептидогликана клеточной стенки S. aureus. Для экспериментальной проверки бактериолитических и анти-адгезивных действий LF3872 на метициллин-резистентные штаммы MRSA были использованы два полирезистентных штамма: штамм, выделенный из носоглотки человека и из ротоглотки поросят, которые резистентны к метициллину, оксациллину, амоксицилину, ампициллину, цефалоспорину, цефамицину, ципрофлоксацину и налидиксовой кислоте. По данным электронной микроскопии клетки LF3872, продуцируемые BLF3872, разрушают пептидогликан клеточной стенки S. aureus и вызывает гибель патогена. Кроме того, совместное культивирование LF3872, снижает жизнеспособность полирезистентных штаммов MRSA на 6 порядков. Также выявлено, что LF3872 ингибируют адгезию полирезистентных штаммов MRSA на Caco-2 энтероцитах человека.

Полученные результаты исследований важны для создания новых эффективных препаратов против полирезистентных MRSA штаммов, циркулирующих у людей и животных.





Работа выполнена в рамках мегагранта «Создание средств профилактики социально-значимых инфекций продуктивных животных на основе современных методов нутригеномики» (Соглашение №075-15-2022-1124) по Пост. Правительства РФ от 09 апреля 2010 г. № 220.

Methicillin-resistant strains of Staphylococcus aureus (MRSA) are multidrug-dose pathogens and one of the main drugs circulating inside hospitals and agricultural farms around the world. Some clones of S. aureus are able to acquire resistance to all classes of antimicrobial agents to which they are exposed. World Health Organization (WHO) experts have included MRSA in the list of pathogens requiring urgent development of new antibiotics to treat diseases caused by these pathogens. In humans and animals, S. aureus is part of the normal microbiota and present in the upper respiratory tract and on the skin and intestinal mucosa. About 20% of the world's population is persistent carriers of S. aureus. Antibiotic treatment disrupts the normal intestinal microbiota, which creates serious complications in the absorption of nutrients from the diet by the macroorganism. Probiotic bacteria are effective in the prevention and treatment of gastrointestinal infections in both humans and animals. So, the creation of new probiotics for the prevention and treatment of staphylococcal infections in humans and farm animals is relevant.

The aim of the work was to study the bacteriolytic and anti-adhesive effect of Limosilactobacillus fermentum 3872 (LF3872) on MRSA multiresistant strains isolated from humans and animals. Previously, we performed whole genome sequencing of LF3872. In the LF3872 genome, a gene encoding the bacteriocin protein (BLF3872), which has bacteriolytic properties, was found. The BLF3872 structure was modeled using the AlphaFold server. The resulting model revealed a two-domain structural organization of BLF3872, similar to the structure of the morphogenesis 1 protein from the phage Bacillus phi29. It was found that the N-terminal domain of BLF3872 is homologous to lysozyme, which hydrolyzes the β-1.4 glycosidic bond between N-acetylmuramic acid and N-acetylglucosamine of the glycosidic chain of S. aureus peptidoglycan. The C-terminal domain of BLF3872 is homologous to metalloendopeptidase, which hydrolyzes amide bonds between the amino acid residues of short peptides connecting the glycosidic chains of the peptidoglycan of the S. aureus cell wall. To experimentally test the bacteriolytic and anti-adhesive effects of LF3872 on methicillin-resistant MRSA strains, two multi-resistant strains were used: a strain isolated from the human nasopharynx and from the oropharynx of pigs, which are resistant to methicillin, oxacillin, amoxicillin, ampicillin, cephalosporin, cefamycin, ciprofloxacin and nalidixic acid. According to electron microscopy, LF3872 cells produced by BLF3872 destroy the peptidoglycan of the S. aureus cell wall and cause the death of the pathogen. In addition, co-cultivation of LF3872 reduces the viability of multidrug-resistant MRSA strains by 6 logs. LF3872 was also found to inhibit the adhesion of multidrug-resistant MRSA strains to Caco-2 human enterocytes.

The obtained results are important for the creation of new effective drugs against multidrug-resistant MRSA strains circulating in humans and animals.



This research was funded by the Government of the Russian Federation (Agreement No. 075-15-2022-1124 dated 1 July 2022).