Полимиксин Б (ПМБ) представляет собой амфипатический циклический липопептидный антибиотик, использующийся в настоящее время для лечения инфекций, вызванных полирезистентными грамотрицательными бактериями. Считается, что механизм действия ПМБ заключается в нарушении целостности как внешней, липополисахаридной, так и внутренней, фосфолипидной, мембраны бактериальной клетки и увеличении её проницаемости [1]. Существенным ограничением клинического применения ПМБ является его высокая токсичность, вследствие чего актуальной проблемой является поиск синергистов его активности с целью уменьшения нежелательных побочных эффектов и увеличения эффективности данного соединения.

Недавно было показано, что ПМБ может образовывать тороидальные поры в модельных фосфолипидных бислоях, что подтверждается увеличением порообразующей активности липопептида в ответ на введение в систему липидов, характеризующихся конической формой, или низкомолекулярных соединений, способных индуцировать положительную кривизну липидного монослоя. Более того, было продемонстрировано увеличение ПМБ-индуцированной проводимости мембраны в присутствии в мембраноомывающем растворе агентов, способных снижать граничный потенциал бислоя, в частности растительный полифенол флоретин увеличивает порообразующую активность ПМБ приблизительно в 30 раз [2].

С использованием модельных клеточных систем и метода диффузии в агар с бумажных дисков установлено, что введение 1 мМ флоретина в агар приводит к статистически значимому росту зоны ингибирования роста E. coli полимиксином Б в дозе 75 мкг. Для дальнейшего поиска соединений, потенцирующих порообразующую активность ПМБ, был применён метод регистрации токов, протекающих через плоские липидные бислои. Бислойные липидные мембраны, имитирующие состав внешней мембраны грамотрицательных бактерий, были сформированы по методу Монтала и Мюллера [3]. Установлено, что введение растительных полифенолов бутеина или ресвератрола в 0.1 М раствор KCl (pH 7.4), омывающий липидную мембрану из дипальмитоилфосфатидилхолина, дипальмитоилфосфатидилглицерина и Кдо2-липида А (49.5:49.5 + 1 мол %), до 20 мкМ вызывает увеличение проводимости мембраны, модифицированной ПМБ, более чем в 10 раз. Введение в примембранный раствор до 400 мкМ алкалоида пиперина приводит к увеличению макроскопического ПМБ-индуцированного тока приблизительно в 30 раз. Обсуждается роль изменений граничного потенциала и упаковки мембранных липидов в потенцирующем действии бутеина и ресвератрола. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 22-15-00417.

1. Deris, Z. Z., Swarbrick, J. D, et al. (2014). / Probing the Penetration of Antimicrobial Polymyxin Lipopeptides into Gram-Negative Bacteria. / Bioconjugate Chemistry, 25(4), 750–760.

2. Zakharova, A.A.; Efimova, S.S.; Ostroumova, O.S. / Lipid Microenvironment Modulates the Pore-Forming Ability of Polymyxin B. / Antibiotics 2022, 11, 1445.

3. Montal, M., Mueller, P. / Formation of bimolecular membranes from lipid monolayers and a study of their electrical properties. / Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1972, 65, 3561–3566.

Polymyxin B (PMB) is an amphipathic cyclic lipopeptide antibiotic currently used to treat infections caused by multiresistant gram-negative bacteria. It is believed that the PMB mechanism of action is a violation of the integrity of both the external, lipopolysaccharide, and internal, phospholipid, membrane of the bacterial cell and an increase of its permeability [1]. A significant limitation in the clinical use of PMB is its high toxicity, as a result of which an urgent problem is the search for synergists of its activity in order to reduce side effects and increase the efficacy of this compound.

Recently it was shown that PMB can form toroidal pores in model phospholipid bilayers, which is confirmed by an increasing pore-forming activity of the lipopeptide in response to the introduction of lipids characterized by a conical shape or low molecular weight compounds capable of inducing a positive curvature of the lipid monolayer. Moreover, an increase in PMB-induced membrane conductivity was demonstrated in the presence in the membrane-bathing solution of agents which are able to reduce the boundary potential of the bilayer, in particular, the plant polyphenol phloretin increased the pore-forming activity of PMB by about 30 times [2].

Using model cell systems and the method of diffusion into agar from paper disks, it was found that the introduction of 1 mM of floretin into agar leads to a statistically significant increase in the zone of inhibition of E. coli growth by PMB at a dose of 75 mcg. To further search for compounds that potentiate the pore-forming activity of PMB, a method to register currents flowing through model lipid bilayers was used. Lipid membranes mimicking the outer membrane of gram-negative bacteria were formed by the method of Montal and Muller [3]. It was found that the introduction of plant polyphenols butein or resveratrol into 0.1 M solution of KCl (pH 7.4), bathing the lipid membrane of dipalmitoyl phosphatidylcholine, dipalmitoyl phosphatidylglycerol and Kdo2-lipid A (49.5:49.5 + 1 mol %), up to 20 μM caused an increase in the conductance of the membrane modified by PMB by more than 10 times. The introduction of piperine alkaloid into a membrane-bathing solution up to 400 μM leads to an increase in the macroscopic PMB-induced current by about 30 times. The role of changes in the boundary potential and packaging of membrane lipids in the potentiating effect of butein and resveratrol is discussed. The work was supported by RNF grant №. 22-15-00417.

1. Deris, Z. Z., Swarbrick, J. D, et al. (2014). / Probing the Penetration of Antimicrobial Polymyxin Lipopeptides into Gram-Negative Bacteria. / Bioconjugate Chemistry, 25(4), 750–760.

2. Zakharova, A.A.; Efimova, S.S.; Ostroumova, O.S. / Lipid Microenvironment Modulates the Pore-Forming Ability of Polymyxin B. / Antibiotics 2022, 11, 1445.

3. Montal, M., Mueller, P. / Formation of bimolecular membranes from lipid monolayers and a study of their electrical properties. / Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1972, 65, 3561–3566.