vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2018-8-2-69-76vuzbiochemi-113Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL AND GENERAL BIOLOGYВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОНИТЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНА ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ КЛЕТОК LACTOBACILLUSACIDOPHILUSTHE USE OF NANOFILAMENTS BASED ON POLYVINYLPYRROLIDONE FOR THE IMMOBILIZATION OF LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS CELLSБерезинаО. Я.BerezinaO. Ya.noemail@neicon.ruМарковаН. П.MarkovaN. P.noemail@neicon.ruСеменовА. В.SemenovA. V.noemail@neicon.ruСидороваН. А.SidorovaN. A.noemail@neicon.ruПетрозаводский государственный университетРоссияPetrozavodsk State UniversityRussian Federation201823092019826976Copyright © Березина О.Я., Маркова Н.П., Семенов А.В., Сидорова Н.А., 20192019Березина О.Я., Маркова Н.П., Семенов А.В., Сидорова Н.А.Berezina O.Y., Markova N.P., Semenov A.V., Sidorova N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/113

Исследована возможность использования нанонитей поливинилпирролидона (PVP) для иммобилизации клеток Lactobacillus аcidophilus штамма 317/402 Ep. n. v. «НАРИНЭ ААА». В эксперименте апробировано два варианта нанонитей (PVPI и PVPII) диаметром 200 - 300 нм, полученных методом электроспинининга. Первый вариант - это нанонити чистого высокомолекулярного поливинилпирролидона, в нитях второго варианта присутствовал еще и оксид цинка. В установке для электроспиннинга использован шприцевого насос «NE-300» и источник высокого напряжения «ИНВР-30/5» для создания электрическое поле напряженностью 1,8 кВ/см. Эффективность иммобилизации поливинилпирролидоном учитывали по состоянию и морфологии клеток ацидофильных лактобактерий, изменению скорости роста и степени рН культуральной среды. Установлено, что в присутствии PVP происходит увеличение размера колоний лактобактерий до 0,34 см, а количество жизнеспособных клеток изменяется от 4,1´ 107 КОЕ/мл (PVP II) до 7,4 ´ 108 КОЕ/мл (PVPI). Модификация PVP оксидом цинка стимулирует кислотоустойчивость пробиотических бактерий и вызывает формирование стойкой биопленки из экзогенных метаболитов. С помощью сканирующего электронного микроскопа установлен неоднородный характер экзометаболитного матрикса, состоящего преимущественно из экстрацеллюлярных волокон, временно удерживаемых на поверхности клеток бактерий. Полученные результаты подтверждают перспективность использования нанонитей PVP и их модификаций для оптимизации технологии иммобилизации пробиотиков.

This study investigates the possibility of using polyvinylpyrrolidone (PVP) nanofilaments for the immobilization of Lactobacillus acidophilus strain Ep 317/402 n. v. Narine AAA. Two types of nanofilaments - PVPI and PVPII - with a diameter of 200-300 nm obtained by the electrospinning method were experimentally tested. The former type consisted in pure high-molecular polyvinylpyrrolidone nanofilaments, whereas the latter additionally included zinc oxide. The electrospinning unit consisted of a NE-300 syringe pump and a high-voltage INVER-30/5 source for producing an electric field of 1.8 kV/cm. The effectiveness of the immobilization using polyvinylpyrrolidone was evaluated according to the condition and morphology of Acidophilic Lactobacilli cells, their growth rate and the culture medium pH. The PVP modification with zinc oxide is shown to stimulate the acid resistance of probiotic bacteria and to cause the formation of a stable biofilm from exogenous metabolites. Scanning electron microscopy was used to establish the heterogeneous character of the exometabolic matrix, which predominantly consists of extracellular fibres temporarily held on the bacterial cell surface. The obtained results confirm the prospects of using PVP nanofilaments and their modifications for the optimization of probiotic immobilization technologies.

иммобилизациялактобактериинанонитиполивинилпирролидонпробиотикиэлектроспиннингimmobilizationlactobacillinanofilamentspolyvinylpyrrolidoneprobioticselectrospinningReferencesBlecher L., Lorenz D.H., Lowd H.L., Wood A.S., Wyman D.P. Polyvinylpyrrolidone // Davidson RL (ed) Handbook of water-soluble gums and resins. McGraw-Hill. 1980. New York. Р. 211-217.Blecher L., Lorenz D.H., Lowd H.L., Wood A.S., Wyman D.P. Polyvinylpyrrolidone // Davidson RL (ed) Handbook of water-soluble gums and resins. McGraw-Hill. 1980. New York. Р. 211-217.Hong Y., Legge R.L., Zhang S., Chen P. Effect of amino acid sequence and pH on nanofiber formation of self-assembling peptides EAK16-II and EAK16-IV // Biomacromolecules.2003. V.4. N 5. Р. 1433-1442.Hong Y., Legge R.L., Zhang S., Chen P. Effect of amino acid sequence and pH on nanofiber formation of self-assembling peptides EAK16-II and EAK16-IV // Biomacromolecules.2003. V.4. N 5. Р. 1433-1442.Ma P.X., Zhang R. Synthetic nano-scale fibrous extracellular matrix // J. of Biomedical Materials Research. 1999. V.46, N.1, pp 60-72.Ma P.X., Zhang R. Synthetic nano-scale fibrous extracellular matrix // J. of Biomedical Materials Research. 1999. V.46, N.1, pp 60-72.Ellison C.J., Phatak A., Giles D.W. et. al. Melt blown nanofibers: Fiber diameter distributions and onset of fiber breakup // Polymer. 2007. Vol. 48. N.20. P. 6180-6187.Ellison C.J., Phatak A., Giles D.W. et. al. Melt blown nanofibers: Fiber diameter distributions and onset of fiber breakup // Polymer. 2007. Vol. 48. N.20. P. 6180-6187.Doshi J., Reneker D.H. Electrospinning process and applications of electrospun fibers // J. of Electrostatics.1995. V.35. N.23. P. 151-160.Doshi J., Reneker D.H. Electrospinning process and applications of electrospun fibers // J. of Electrostatics.1995. V.35. N.23. P. 151-160.Li D., Wang Y., Xia, Y. Electrospinning nanofibers as uniaxially aligned arrays and layer-by-layer stacked films //Advanced Materials. 2004. V.16. N.4. P. 361-366.Li D., Wang Y., Xia, Y. Electrospinning nanofibers as uniaxially aligned arrays and layer-by-layer stacked films //Advanced Materials. 2004. V.16. N.4. P. 361-366.Xue Y., Wang H., Yu D., Feng L., Dai L., Wang X., Lin T. Superhydrophobic electrospun POSS-PMMA copolymer fibers with highly ordered nanofibrillar and surface structures // Chemical Communications. 2009. N.42. P. 6418-6420.Xue Y., Wang H., Yu D., Feng L., Dai L., Wang X., Lin T. Superhydrophobic electrospun POSS-PMMA copolymer fibers with highly ordered nanofibrillar and surface structures // Chemical Communications. 2009. N.42. P. 6418-6420.Fang J., Wang H., Niu H., Lin T. et al. Evolution of fiber morphology during electrospinning //J. of Applied Polymer Science. 2010. V.118, N.5. P. 2553-2561.Fang J., Wang H., Niu H., Lin T. et al. Evolution of fiber morphology during electrospinning //J. of Applied Polymer Science. 2010. V.118, N.5. P. 2553-2561.Milosavljevic V., Jelinkova P., Jimenez A.- M., Moulick A. et. al. Alternative Synthesis Route of Biocompatible Polyvinylpyrrolidone Nanoparticles and Their Effect on Pathogenic Microorganisms // Mol. Pharmaceutics. 2017. N 14 (1). P. 221-233.Milosavljevic V., Jelinkova P., Jimenez A.- M., Moulick A. et. al. Alternative Synthesis Route of Biocompatible Polyvinylpyrrolidone Nanoparticles and Their Effect on Pathogenic Microorganisms // Mol. Pharmaceutics. 2017. N 14 (1). P. 221-233.Zhao Y., Hu X., Li Z., Wang F., Xia Y. et al. Use of polyvinylpyrrolidone-iodine solution for sterilisation and preservation improves mechanical properties and osteogenesis of allografts // Scientiphic Reports. 2016. N 6. P. 107-113. DOI:10.1038/srep38669.Zhao Y., Hu X., Li Z., Wang F., Xia Y. et al. Use of polyvinylpyrrolidone-iodine solution for sterilisation and preservation improves mechanical properties and osteogenesis of allografts // Scientiphic Reports. 2016. N 6. P. 107-113. DOI:10.1038/srep38669.Sriwilaijaroen N., Wilairat P. et. аl. Mechanisms of the action of povidone-iodine against human and avian influenza A viruses: its effects on hemagglutination and sialidase activities // Virol. J. 2009. V.6. P. 132-144. DOI: 10.1186/1743-422X-6-124.Sriwilaijaroen N., Wilairat P. et. аl. Mechanisms of the action of povidone-iodine against human and avian influenza A viruses: its effects on hemagglutination and sialidase activities // Virol. J. 2009. V.6. P. 132-144. DOI: 10.1186/1743-422X-6-124.Pyar H., Peh K. K. Enteric coating of granules containing the probiotic Lactobacillus acidophilus // Acta Pharm. 2014. Jun; 64(2). P. 247-256.Pyar H., Peh K. K. Enteric coating of granules containing the probiotic Lactobacillus acidophilus // Acta Pharm. 2014. Jun; 64(2). P. 247-256.Stummera S., Salar-Behzadia S., Ungera Frank M., Oelzantb S., Penningcelmut M., Viernsteina Н. Application of shellac for the development of probiotic formulations // Food Research International. 2009. N 43 (2010). P. 1312-1320.Stummera S., Salar-Behzadia S., Ungera Frank M., Oelzantb S., Penningcelmut M., Viernsteina Н. Application of shellac for the development of probiotic formulations // Food Research International. 2009. N 43 (2010). P. 1312-1320.

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