Влияние наноселена как компонента питательной среды на основные параметры культивирования и антагонистическую активность бактерий рода Lactobacillus

Целью исследования являлось установление влияния наноселена на динамику роста и антагонистическую активность штаммов Lactobacillus casei IMB B-7343 и Lactobacillus plantarum IMB B-7344 относительно фитопатогенной бактерии Xanthomonas campestris В-4102. Наночастицы селена получали путем восстановления раствора селенита натрия L-цистеином в присутствии альгината натрия. Культивирование лактобактерий проводили на питательной среде MRS с добавлением коллоидного раствора наноселена в концентрации: 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 и 0,25 мг/л (по селену). Бактерии культивировали в 96-луночном планшете в фотометре Multiskan FC при 36 ºС в режиме постоянного встряхивания. Антагонистическую активность лактобактерий изучали методом агаровых блоков. Установлено, что добавление в питательную среду наноселена в концентрации от 0,2 до 0,25 мг/л способствовало сокращению длительности экспоненциальной фазы роста в среднем на 3 ч и уменьшению накопления биомассы штамма L. casei IMB B-7343 на 15,0%. Показано увеличение оптической плотности культуры этого штамма на 15,9% в стационарной фазе роста в варианте с добавлением к питательной среде раствора наноселена в концентрации 0,15 мг/л. Отмечено, что при культивировании штамма L. plantarum IMB B-7344 в питательной среде MRS с добавлением коллоидного раствора наноселена в концентрации 0,05–0,25 мг/л в фазу экспоненциального развития наблюдалось ускорение роста культуры в среднем на 5 ч относительно контроля. Отмечено, что при добавлении в питательную среду наноселена наблюдалось увеличение антагонистической активности штаммов лактобактерий по отношению к фитопатогенной бактерии X. campestris В-4102, особенно у штамма L. plantarum IMB B-7344 (зона подавления роста фитопатогена составила 14,5–15 мм).

1. Санин С.С., Мотовилин А.А., Корнева Л.Г., Жохова Т.П., Полякова Т.М., Акимова Е.А. Химическая защита пшеницы от болезней при интенсивном зернопроизводстве // Защита и карантин растений. 2011. N 8. С. 3–10.

2. Егоров Н.П., Шафронов О.Д., Егоров Д.Н., Сулейманов Е.В. Разработка и проведение экспериментальной оценки эффективности применения в растениеводстве новых видов удобрений, полученных с использованием нанотехнологий // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2008. N 6. С. 94–99.

3. Papkina A.V., Perfileva A.I., Zhivetev M.A., Borovskiy G.B., Graskova I.A., Lesnichaya M.V., et al. Effect of selenium and arabinogalactan nanocomposite on viability of the phytopathogen Clavibacter michiganensis subsp. Sepedonicus // Doklady Biological Sciences. 2015. Vol. 461. Issue1. P. 89–91. https://doi.org/10.1134/S001249661501010X

4. Perfileva A.I., Nozhkina O.A., Graskova I.A., Sidorov A.V., Lesnichaya M.V., Aleksandrova G.P., et al. Synthesis of selenium and silver nanobiocomposites and their influence on phytopathogenic bacterium Clavibacter michiganensis subsp. Sepedonicus // Russian Chemical Bulletin. 2018. Vol. 67. Issue 1. P. 157–163. https://doi.org/10.1007/s11172-018-2052-4

5. Perfileva A.I., Nozhkina O.A., Graskova I.A., Dyakova A.V., Pavlova A.G., Klimenkov I.V., et al. Selenium nanocomposites having polysaccharid matrices stimulate growth of potato plants in vitro infected with ring rot pathogen // Doklady Biological Sciences. 2019. Vol. 489. Issue 1. P. 184–188. https://doi.org/10.1134/S0012496619060073

6. Zhao L., Lu L., Wang A., Huiling Zhang, Min Huang, Honghong Wu, Baoshan Xing, Zhenyu Wang, Rong Ji. Nano-Biotechnology in Agriculture: Use of Nanomaterials to Promote Plant Growth and Stress Tolerance // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020. Vol. 68. Issue 7. P. 1935–1947. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b06615

7. Нурминский В.Н., Перфильева А.И., Капустина И.С., Граскова И.А., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Ростостимулирующая активность нанокомпозитов селена в природных полимерных матрицах при прорастании семян культурных растений // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2020. Т. 495. N 1. С. 607–611. https://doi.org/10.31857/S2686738920060207

8. Cremonini E., Zonaro E., Donini M., Lampis S., Boaretti M., Dusi S., et al. Biogenic selenium nanoparticles: characterization, antimicrobial activity and effects on human dendritic cells and fibroblasts // Microbial Biotechnology. 2016. Vol. 9. Issue 6. P. 758–771. https://doi.org/10.1111/1751-7915.12374

9. Nozhkina O.A., Perfileva A.I., Graskova I.A., Nurminsky V.N., Klimenkov I.V., Dyakova A.V., et al. The biological activity of a selenium nanocomposite encapsulated in carrageenan macromolecules with respect to ring rot pathogenesis of potato plants // Nanotechnologies in Russia. 2019. Vol. 14. Issue 56. P. 255–262. https://doi.org/10.1134/S1995078019030091

10. Nikonov I.N., Folmanis J.G., Kovalenko L.V., Laptev G.Y., Folmanis G.E., Egorov I.A., et al. Biological activity of nanoscale colloidal selenium // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2012. Vol. 447. Issue 1. P. 297–299. https://doi.org/10.1134/S1607672912060075

11. Perfileva A.I., Tsivileva O.M., Koftin O.V., Anis'kov A.A., Ibragimova D.N. Selenium-containing nanobiocomposites of fungal origin reduce the viability and biofilm formation of the bacterial phytopathogen Clavibacter michiganensis subsp. Sepedonicus // Nanotechnologies in Russia. 2018. Vol. 13. Issue 56. P. 268–276. https://doi.org/10.1134/S1995078018030126

12. Mangiapane E., Lamberti C., Pessione A., Galano E., Amoresano A., Pessione E. Selenium effects on the metabolism of a Se-metabolizing Lactobacillus reuteri: analysis of envelope-enriched and extracellular proteomes // Molecular Bio-Systems. 2014. Vol. 10. Issue 6. P. 1272–1280. https://doi.org/10.1039/C3MB70557A

13. Pescuma M., Gomez-Gomez B., PerezCorona T., Font G., Madrid Y., Mozzi F. Food prospects of selenium enriched Lactobacillus acidophilus CRL 636 and Lactobacillus reuteri CRL 1101 // Journal of Functional Foods. 2017. Vol. 35. P. 466–473. https://doi.org/10.1016/j.jff.2017.06.009

14. Martinez F.G., Moreno-Martin G., Pescuma M., Madrid-Albarran Y., Mozzi F. Biotransformation of selenium by lactic acid bacteria: formation of selenonanoparticles and seleno-amino acids // Frontiers Bioengineering and Biotechnology. 2020. Vol. 8. P. 506. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00506

15. Черкасов С.В., Семенов А.В. Микробная регуляция антагонистической активности лактобактерий // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2012. Т. 109. N 2. С. 78–82.

16. Чичерин И.Ю., Погорельский И.П., Лундовских И.А., Малов А.А., Шабалина М.Р., Дармов И.В. Динамика содержания лактобацилл, микробных метаболитов и антибактериальной активности растущей культуры Lactobacillus plantarum 8Р-А3 // Журнал инфектологии. 2013. Т. 5. N 3. С. 50–55.

17. Taylor J.D., Conway J., Roberts S.J., Astley D., Vicente J.G. Sources and origin of resistance to Xanthomonas campestris pv. campestris in Brassica genomes // Phytopathology. 2002. Vol. 92. Issue 1. P. 105–111. https://doi.org/10.1094/PHYTO.2002.92.1.105

18. Артемьева А.М., Игнатов А.Н., Волкова А.И., Кочерина И.В., Коноплева М.Н., Чесноков Ю.В. Физиолого-генетические компоненты устойчивости к сосудистому бактериозу у линий удвоенных гаплоидов Brassica rapa L. // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. N 1. С. 157–169. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.157rus

19. Пат. № 159620, Российская Федерация. Способ получения водорастворимой композиции наночастиц, содержащей наночастицы селена / И.Н. Юркова, Э.П. Панова, Д.А. Панов, А.В. Омельченко; патентообладатель Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского; заявл. 26.04.2013; опубл. 10.02.2016. Бюл. № 4.

20. Квасников Е.И., Нестеренко О.А. Молочнокислые бактерии и пути их использования. М.: Наука, 1975. 390 с.

21. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии / пер. с венг. И.Ф. Куренного. М.: Колос, 1983. 296 с.

22. Трухачёва Н.В. Математическая статистика в медико-биологических исследованиях с применением пакета Statistica: монография. М.: ИГ «ГЭОТАР-Медиа», 2013. 384 с.

23. Pophaly S.D., Poonam, Singh P., Kumar H., Tomar S.K., Singh R. Selenium enrichment of lactic acid bacteria and bifidobacteria: a functional foodperspective // Trends in Food Science Technology. 2014. Vol. 39. Issue 2. P. 135–145. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.07.006

24. Moreno-Martin G., Pescuma M., PérezCorona T., Mozzi F., Madrid Y. Determination of size and mass-and number-based concentration of biogenic SeNPs synthesized by lactic acid bacteria by using a multimethod approach // Analytica Chimica Acta. 2017. Vol. 992. P. 34–41. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.09.033

25. Zambonino M.C., Quizhpe E.M., Jaramillo F.E., Rahman A., Vispo N.S., Jeffryes C., et al. Green synthesis of selenium and tellurium nanoparticles: current trends, biological properties and biomedical applications // International Journal Molecular Sciences. 2021. Vol. 22. Issue 3. P. 989. https://doi.org/10.3390/ijms22030989

26. Xia S.K., Chen L., Liang J.Q. Enriched selenium and its effects on growth and biochemical composition in Lactobacillus bulgaricus // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007. Vol. 55. Issue 6. P. 2413–2417. https://doi.org/10.1021/jf062946j

27. Gonzalez-Olivares L.G., Contreras-Lopez E., Flores-Aguilar J.F., Rodriguez-Serrano G.M., Castaneda-Ovando A., Jaimez-Ordaz J., et al. Inorganic selenium uptake by Lactobacillus ssp. // Revista Mexicana de Ingeniería Química. 2016. Vol. 15. Issue 1. P. 33–38.

28. Tran P.L., Hammond A.A., Mosley T., Cortez J., Gray T., Colmer-Hamood J.A., et al. Organoselenium coating on cellulose inhibits the formation of biofilms by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus // Applied and Environmental Microbiology. 2009. Vol. 75. Issue. 11. P. 3586–3592. https://doi.org/10.1128/AEM.02683-08

29. Khalid A.Q., AlJohny B.O., Wainwright M. Antibacterial effects of pure metals on clinically important bacteria growing in planktonic cultures and biofilms // African Journal of Microbiology Research. 2014. Vol. 8. Issue 10. P. 1080–1088. https://doi.org/10.5897/AJMR2013.5893

30. Yang J., Huang K., Qin S., Wu X., Zhao Z., Chen F. Antibacterial action of selenium-enriched probiotics against pathogenic Escherichia coli // Digestive Diseases and Sciences. 2008. Vol. 54. Issue 2. P. 246–254. https://doi.org/10.1007/s10620-0080361-4

31. Kheradmand E., Rafii F., Yazdi M.H., Sepahi A.A., Shahverdi A.R., Oveisi M.R. The antimicrobial effects of selenium nanoparticle-enriched probiotics and their fermented broth against Candida albicans // DARU Journal of Pharmaceutical Science. 2014. Vol. 22. Article number 48. https://doi.org/10.1186/20082231-22-4832.

32. Visser R., Holzapfel W.H., Bezuidenhout J.J., Kotze J.M. Antagonism of lactic acid bacteria against phytopathogenic bacteria // Applied and Environmental Microbiology. 1986. Vol. 52. Issue 3. P. 552–555. https://doi.org/10.1128/AEM.52.3.552-555.1986