Методика электрохимического биотестирования в применении к сравнительному анализу антибиотических свойств растительных экстрактов, получаемых с помощью сжиженного СО ₂

Описана методика биотестирования, предусматривающая периодическую (через каждые 2 ч) регистрацию изменений рН, редокс-потенциала и электропроводности жидкой питательной среды, инкубируемой в присутствии и в отсутствие жизнеспособных тестовых микроорганизмов и тестируемых образцов. Представлены результаты проведенного с применением данной методики сравнительного анализа про- и антибиотической активности в отношении Lactobacillus acidophilus и других тестовых микроорганизмов, таких как Chlorella vulgaris и Rhodotorula glutinis, различных концентраций цельных докритических экстрактов, полученных с помощью сжиженного СО₂ из 10 разных видов растительного сырья. Показано, что с помощью представленной методики можно более экспрессно, объективно и информативно, а также менее материало- и трудоёмко, чем при использовании стандартных визуальных методов микробиологического тестирования, оценивать влияние образцов различной фармацевтической, пищевой и иной продукции на динамику жизненной активности тестовых микроорганизмов. Среди исследованных нами растительных экстрактов наиболее активные пролонгированные антибиотические свойства проявили экстракты из корней чистотела большого (Chelidonium majus) и цветков календулы лекарственной (Calendula officinalis) в концентрациях от 3% об. и выше, в то время как наиболее активные пролонгированные пробиотические свойства проявили экстракты из побегов омелы белой (Viscum album) и листьев грецкого ореха (Juglans regia) в концентрации 0,2% об. Начальная про- и антибиотическая активность протестированных экстрактов в большинстве случаев была больше их пролонгированной активности. В то же время среднесрочная (по времени взаимодействия протестированных экстрактов с тестовыми микроорганизмами) про- и антибиотическая активность протестированных экстрактов, как правило, была промежуточной по величине между их начальной и пролонгированной активностью. При этом с уменьшением концентрации протестированных экстрактов в тестовой среде их антибиотическая активность монотонно уменьшалась, тогда как пробиотическая активность увеличивалась. Таким образом, очевидно, что про- и антибиотическая активность фармацевтической, пищевой и иной продукции, в том числе включающей различные растительные экстракты, в значительной мере определяется выбором не только сырья и способа экстрагирования из него биологически активных веществ, но и концентрацией экстракта в продукции, временем ее взаимодействия с микробиотой и другими живыми организмами, а также множеством других факторов. Причем точный характер этих зависимостей в большинстве случаев может быть установлен лишь с помощью значительного числа тестовых испытаний, которые удобно проводить с помощью представленной в этой работе методики.

1. Sutherland J., Miles M., Hedderley D., Li J., Devoy S., Sutton K., Lauren D. In vitro effects of food extracts on selected probiotic and pathogenic bacteria // International Journal of Food Sciences and Nutrition. 2009. Vol. 60. issue 8. Р. 717-727. https://doi.org/10.3109/09637480802165650

2. Das S., Anjeza C., Mandal S. Synergistic or additive antimicrobial activities of Indian spice and herbal extracts against pathogenic, probiotic and food-spoiler microorganisms // International Food Research Journal. 2012. Vol. 19. Issue 3. Р. 11851191.

3. Al-Zubairi A. S., Al-Mamary M. A., Al-Ghasani E. The antibacterial, antifungal and antioxidant activities of essential oil from different aromatic plants // Global Advanced Research Journal of Medicine and Medical Sciences. 2017. Vol. 6. Issue 9. Р. 224233.

4. Zhuravlev O.E., Voronchikhina L.I. Synthesis and antimicrobial activity of n-decylpyridinium salts with inorganic anions // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2018. Vol. 52. Issue 4. P. 312-315. https://doi.org/10.1007/s11094-018-1813-6

5. Luzhnova S.A., Tyrkov A.G., Gabitova N.M., Yurtaeva E.A. Synthesis and antimicrobial activity of 5-(arylmethylidene)-2,4,6-pyrimidine-2,4,6(1H,3H,5H)-triones // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2018. Vol. 52. Issue 6. P. 506-509. https://doi.org/10.1007/s11094-018-1849-7

6. Rodino S., Butu M. Herbal extracts - new trends in functional and medicinal beverages. In: Grumezescu A.M., Holban A.M. (ed.). Functional and Medicinal Beverages. Vol. 11: The Science of Beverages. Chapter 3. Academic Press. 2019. P. 73-108. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816397-9.00003-0

7. Burt S. Essential oils: their antibacterial properties and potential applications in foods - a review // International Journal of Food Microbiology. 2004. Vol. 94. Issue 3. P. 223-253. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2004.03.022

8. Bakkali F., Averbeck S., Averbeck D., Ida-omar M. Biological effects of essential oils - a review // Food and Chemical Toxicology. 2008. Vol. 46. Issue 2. Р. 446-475. https://doi.org/10.1016/j.fct.2007.09.106

9. Tripathi A.K., Bhoyar P.K., Baheti J.R., Biyani D.M., Khalique M., Kothmire M.S., et al. Herbal antidiabetics: a review // International Journal of Research in Pharmaceutical Sciences. 2011. Vol. 2. Issue 1. Р. 30-37.

10. Fatima A., Alok S., Agarwal P., Singh P.P., Verma A. Benefits of herbal extracts in cosmetics: a review // International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2013. Vol. 4. Issue 10. Р. 3746-3760. https://doi.org/10.13040/ijpsr.0975-8232.4(10).3746-60

11. Alok S., Jain S.K., Verma A., Kumar M., Ma-hor A., Sabharwal M. Herbal antioxidant in clinical practice: a review // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2014. Vol. 4. Issue 1. P. 78-84. https://doi.org/10.1016/S2221-1691(14)60213-6

12. Radice M., Manfredini S., Ziosi P., Dissette V., Buso P., Fallacara A., et al. Herbal extracts, lichens and biomolecules as natural photo-protection alternatives to synthetic UV filters. A systematic review // Fitoterapia. 2016. Vol. 114. Р. 144-162. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2016.09.003

13. Merghni A., Marzouki H., Hentati H., Aouni M., Mastouri M. Antibacterial and antibiofilm activities of Laurus nobilis L. essential oil against Staphylococcus aureus strains associated with oral infections // Current Research in Translational Medicine. 2016. Vol. 64. Issue 1. Р. 29-34. https://doi.org/10.1016/j.patbio.2015.10.003

14. Fani M., Kohanteb J. In vitro antimicrobial activity of thymus vulgaris essential oil against major oral pathogens // Journal of Evidence-based Complementary & Alternative Medicine. 2017. Vol. 22. Issue 4. Р. 660-666. https://doi.org/10.1177/2156587217700772

15. Kokina M.S., Frioui M., Shamtsyan M., Sibirtsev V.S., Krasnikova L.V., Konusova V.G., et al. Influence of pleurotus ostreatus в-glucans on the growth and activity of certain lactic acid bacteria // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018. Vol. 19. Issue 4. Р. 465-471.

16. Atares L., Chiralt A. Essential oils as additives in biodegradable films and coatings for active food packaging // Trends in Food Science & Technology. 2016. Vol. 48. P. 51-62. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2015.12.001

17. Ribeiro-Santos R., Andrade M., Melo N.R., Sanches-Silva A. Use of essential oils in active food packaging: Recent advances and future trends // Trends in Food Science & Technology. 2017. Vol. 61. P. 132-140. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.11.021

18. Ju J., Xie Y., Guo Y., Cheng Y., Qian H., Yao W. Application of edible coating with essential oil in food preservation // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2019. Vol. 59. Issue 15. P. 2467-2480. https://doi.org/10.1080/10408398.2018.1456402

19. Yuan G.-F., Chen X., Li D. Chitosan films and coatings containing essential oils: The antioxidant and antimicrobial activity, and application in food systems // Food Research International. 2016. Vol. 89. Part 1. P. 117-128. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2016.10.004

20. Donsi F., Ferrari G. Essential oil nanoemulsions as antimicrobial agents in food // Journal of Biotechnology. 2016. Vol. 233. P. 106-120. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2016.07.005

21. Pavela R., Benelli G. Essential Oils as Ecofriendly Biopesticides? Challenges and Constraints // Trends in Plant Science. 2016. Vol. 21. Issue 12. Р. 1000-1007. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.10.005

22. Rout P.K., Naik S.N., Rao Y.R. Subcritical CO2 extraction of floral fragrance from Quisqualis indica // Journal of Supercritical Fluids. 2008. Vol. 45. Issue 2. P. 200-205. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2008.02.011

23. Sahena F., Zaidul I.S.M., Jinap S., Karim A.A., Abbas K.A., Norulaini N.A.N., et al. Application of supercritical CO2 in lipid extraction - a review // Journal of Food Engineering. 2009. Vol. 95. Issue 2. P. 240-253. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.06.026

24. Ibadullaeva G.S., Pichkhadze G.M., Usteno-va G.O., Dil’barkhanov R., Tikhonova S.A., Grud’-ko V.A., et al. Chemical composition of the CO2-extract of Acorus Calamus obtained under subcriti-cal conditions // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2015. Vol. 49. Issue 6. Р. 388-392. https://doi.org/10.1007/s11094-015-1290-0

25. Valle Jr.D.L., Cabrera E.C., Puzon J.J.M., Rivera W.L. Antimicrobial activities of methanol, ethanol and supercritical CO2 extracts of Philippine Piper betle L. on clinical isolates of gram positive and gram negative bacteria with transferable multiple drug resistance // PLoS ONE. 2016. Vol. 11. Issue 1. Article e0146349. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146349

26. Lazarotto M., Valerio A., Boligon A., Tres M.V., Scapinello J., Dal Magro J., et al. Chemical composition and antibacterial activity of bergamot peel oil from supercritical CO2 and compressed propane extraction // Open Food Science Journal. 2018. Vol. 10. Issue 1. Р. 16-23. https://doi.org/10.2174/1874256401810010016

27. Vieitez I., Maceiras L., Jachmanian I., Al-bores S. Antioxidant and antibacterial activity of different extracts from herbs obtained by maceration or supercritical technology // Journal of Supercritical Fluids. 2018. Vol. 133. Р. 58-64. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2017.09.025

28. Coelho J., Veiga J., Karmali A., Nicolai M., Pinto Reis C., Nobre B., et al. Supercritical CO2 extracts and volatile oil of basil (Ocimum basilicum L.) comparison with conventional methods // Separations. 2018. Vol. 5. Issue 2. Р. 21-33. https://doi.org/10.3390/separations5020021

29. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V., Ivanov S.D. Spectral properties of bisbenzimidazole dyes upon interaction with DNA // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 1997. Vol. 23. Issue 12. P. 857-866.

30. Иванов С.Д., Коваленко А.Л., Ковань-ко Е.Г., Ямшанов В.А., Акимов А.А., Забежинский М.А. [и др.]. Применение циклоферона при экспериментальной лучевой терапии опухолей // Вопросы онкологии. 1999. Т. 45. N 3. С. 292-297.

31. Sibirtsev V.S., Glibin E.N., Ivanov S.D. Variation of spectral properties of actinocin derivatives due to equilibrium transformations // Russian Journal of Organic Chemistry. 2000. Vol. 36. Issue 12. P. 1812-1818.

32. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V., Ivanov S.D. Comparative study of DNA-specific dyes of the indole and benzimidazole series // Russian Journal of Organic Chemistry. 2001. Vol. 27. Issue 1. P. 5473. https://doi.org/10.1023/A:1009535320077

33. Sibirtsev V.S., Tolmachev A.Yu., Suslov V.V., Garabadzhiu A.V., Traven' V.F. Dependence of fluorescence properties of compounds from psoralen, angelicin, and carbazole series on the character of their terminal substituents // Russian Journal of Organic Chemistry. 2003. Vol. 39. Issue 6. P. 881-889. https://doi.org/10.1023/B:RUJO.0000003169.96393.1d

34. Sibirtsev V.S. Study of applicability of the bifunctional system “Ethidium bromide + Hoechst-33258” for DNA analysis // Biochemistry (Moscow). 2005. Vol. 70. Issue 4. P. 449-457. https://doi.org/10.1007/s10541-005-0136-x

35. Sibirtsev V.S., Tolmachev A.Yu., Kovaleva M.V., Garabadzhiu A.V., Traven V.F. Spectral study of interactions of 4,8,4'-trimethylpsoralen and 4,4'-dimethylangelicin dyes with DNA // Biochemistry (Moscow). 2005. Vol. 70. Issue 7. P. 822-832. http://doi.org/10.1007/s10541-005-0190-4

36. Sibirtsev V.S. Fluorescent DNA probes: study of mechanisms of changes in spectral properties and features of practical application // Biochemistry (Moscow). 2007. Vol. 72. Issue 8. P. 887-900. https://doi.org/10.1134/S0006297907080111

37. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V. Spectral study of the interaction of DNA with benzothiazolyl-benz-a-chromene // Biochemistry (Moscow). 2007. Vol. 72. Issue 8. P. 901-909. https://doi.org/10.1134/S0006297907080123

38. Sibirtsev V.S., Naumov I.A., Kuprina E.E., Olekhnovich R.O. Use of impedance biotesting to assess the actions of pharmaceutical compounds on the growth of microorganisms // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2016. Vol. 50. Issue 7. P. 481485. https://doi.org/10.1007/s11094-016-1473-3

39. Сибирцев В.С., Маслова А.Ю. Комплексное исследование динамики жизнедеятельности E. coli в присутствии ионов переходных металлов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. N 2. С. 236-241. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-2-236-241

40. Sibirtsev V.S., Uspenskaya M.V., Gara-badgiu A.V., Shvets V.I. An integrated method of instrumental microbiotesting of environmental safety of various products, wastes, and territories // Dokla-dy Biological Sciences. 2019. Vol. 485. Issue 1. P. 59-61. https://doi.org/10.1134/S001249661902011X

41. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Швец В.И. Новая методика комплексного фотофлуоресцентного микробиотестирования // Доклады Академии наук. 2019. Т. 489. N 6. С. 641-645. https://doi.org/10.31857/S0869-56524896641-645

42. Johnson K.J. Numerical methods in chemistry. New York: Taylor & Francis, 1980. 503 p.

43. Sibirtsev V.S. Analysis of benzo[a]pyrene deactivation mechanisms in rats // Bioche-mistry (Moscow). 2006. Vol. 71. Issue 1. P. 90-98. https://doi.org/10.1134/S0006297906010147