Биологические основы создания пробиотиков направленного действия для медицины, сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности 03. 00. 07 микробиология
| Вид материала | Автореферат |
- Доклад представлен субъектом бюджетного планирования департаментом сельского хозяйства, 907.28kb.
- Предварительная программа Геленджик 2011, 162.16kb.
- Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, 304.33kb.
- экономическая эффективность технического обслуживания, 975.83kb.
- ru/lib/evolution, 1461.52kb.
- Департамент сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности краснодарского края, 455.69kb.
- Инструменты реформирования институционально-хозяйственной подсистемы птицеводства апк, 366.24kb.
- Николаева Людмила Васильевна, заведующий складом запасных частей и материалов открытого, 53.63kb.
- Уважаемые Сокто Бальжинимаевич, Алексей Геннадьевич, 337.46kb.
- Предприятия сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности; научно-исследовательские, 36.56kb.
УДК 579:576.6;616-003.215 на правах рукописи
РАТНИКОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА
Биологические основы создания пробиотиков направленного действия для медицины, сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности
03.00.07 - микробиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Республика Казахстан
Алматы, 2010
Работа выполнена в РГП на ПХВ «Институт микробиологии и вирусологии» Комитета Науки Министерства образования и науки Республики Казахстан
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
Гаврилова Н.Н.
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,
Смирнова И.Э.
доктор биологических наук, профессор
Мамонова Л.П.
доктор биологических наук, профессор
Сагындыкова С.З.
Ведущее учреждение: Казахский национальный университет им. Аль Фараби
Защита состоится «22» октября 2010 года в 14 часов 00 мин на заседании объединенного диссертационного совета ОД 53.24.01 в РГП на ПХВ «Институт микробиологии и вирусологии» Комитета Науки Министерства образования и науки Республики Казахстан по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 103.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГП на ПХВ “Институт микробиологии и вирусологии” Комитета Науки Министерства образования и науки Республики Казахстан
Автореферат разослан «21» сентября 2010 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук Бекмаханова Н.Е.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Инфекции остаются одной из важнейших причин массовых заболеваний человека и животных. По данным Всемирного банка, ведущими заболеваниями человека являются диареи, кишечные, гельминтозы и туберкулез, до 84% некоторых форм рака этиологически связано с вирусами, бактериями и паразитами. Более 15% новых случаев рака ежегодно можно избежать путем профилактики инфекционных и паразитарных болезней, которые провоцируют развитие опухолей. Это дает основание изменить стратегию и тактику профилактических мероприятий.
В Казахстане одними из наиболее распространенных заболеваний человека и животных также являются кишечные, вызываемые такими возбудителями, как колибактерии, сальмонеллы, а при определенных условиях и энтеробактер, цитробактер, клебсиелла, протеи, эдвардсиелла, дрожжеподобные грибы. Наблюдается рост заболеваний туберкулезом и бруцеллезом. Часты случаи возникновения гнойных очаговых поражений различных тканей и органов человека и животных, а также разнообразных воспалительных и септических процессов.
Сложность лечения инфекционных заболеваний заключается в возникновении у патогенных микроорганизмов полирезистентности к антибиотикам. Кроме того, сами антибиотики часто оказывают побочное воздействие на организм человека и вызывают дисбактериоз кишечника, отягчающий течение основного заболевания. Это обусловливает необходимость поиска новых подходов к решению данной проблемы.
Одним из путей борьбы с инфекционными заболеваниями может быть использование с лечебной и профилактической целью молочнокислых бактерий и их метаболитов. Эти микроорганизмы являются симбионтами желудочно-кишечного тракта, безвредны для человека и животных. Лечебное действие они оказывают благодаря антимикробной активности, активации иммунной системы, главным образом неспецифического звена иммунитета, и нормализации кишечной микрофлоры.
Обширное число имеющихся на рынке пробиотиков для ветеринарии и медицины свидетельствует о том, что проблеме их разработки уделяется достаточное внимание. В своем развитии препараты пробиотиков прошли несколько этапов – от препаратов первого поколения, содержащих отдельные живые клетки бактерий нормальной микрофлоры человека или животных вместе со средой их выращивания (бифидумбактерин, лактобактерин), до препаратов нового поколения, так называемых мультипробиотиков – многокомпонентных средств, обладающих новыми лечебными свойствами и действующих более активно, чем препараты первой генерации. По сути, они представляют комплексы, в которых предлагаются различные сочетания пробиотических культур с пребиотиками (вещества, которые перевариваются в кишечнике человека и способствуют росту и метаболической активности представителей нормофлоры), ферментами, иммуномодуляторами, витаминами и другими биологически активными добавками [Collins M.D., 1999; Holzapfel W.H., 2001; Бондаренко В.М., 2003].
Однако при этом, как правило, не учитывается влияние вносимых в пробиотики компонентов на рост и биологическую активность патогенных, условно-патогенных и пробиотических микроорганизмов. Поэтому рекомендуемые пробиотики часто не дают желаемого результата. Даже при правильном подборе штаммов в состав пробиотика они не всегда могут размножиться и прижиться в кишечнике из-за неблагоприятных для этого условий.
Препятствием для широкого использования молочнокислых бактерий с лечебной целью является также отсутствие достаточных сведений об условиях биосинтеза, природе, спектре и механизме действия образуемых ими антимикробных веществ. Это является одной из причин отсутствия на рынке пробиотиков для лечения внекишечных инфекций, несмотря на то, что молочнокислые бактерии обладают широким спектром биологической активности.
В связи с изложенным, особенно актуальной является разработка биологических основ создания комплексных биопрепаратов направленного действия, эффективных в борьбе с инфекционными заболеваниями, с учетом эволюции знаний о пробиотических микроорганизмах и механизме их действия.
Цель и задачи исследования
Целью исследования является разработка биологических основ создания и изучение механизма действия пробиотиков для медицины, сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- Исследование антагонистической активности лактобактерий к внекишечной инфекции.
- Исследование антагонистической активности лактобактерий к вновь выделенным клиническим штаммам сальмонелл и колибактерий.
- Идентификация антибиотических комплексов из штаммов молочнокислых, пропионовокислых и бифидобактерий, проявляющих антагонистическую активность в отношении возбудителей кишечной и внекишечной инфекции.
- Исследование состава биосурфактантов молочнокислых и пропионовокислых бактерий. Изучение их антагонистической, противоопухолевой и противолучевой активностей.
- Исследование влияния пребиотиков, витаминов, аминокислот и лекарственных растений на рост и биологическую активность условно-патогенных, патогенных и пробиотических микроорганизмов.
- Разработка биологических основ создания принципиально новых экологически чистых комплексных препаратов, содержащих ассоциации молочнокислых бактерий с биологической активностью направленного действия в сочетании со стимуляторами их роста и активности, а также биологически активными веществами и лекарственными растениями.
- Создание пробиотиков для медицины, ветеринарии и перерабатывающей промышленности.
Научная новизна результатов исследования
Впервые исследована антагонистическая активность молочнокислых бактерий не только к энтеропатогенным бактериям, но и к широкому спектру тест-организмов, являющихся возбудителями внекишечной инфекции.
Впервые установлено наличие в исследованных штаммах молочнокислых и пропионовокислых бактерий основных классов биосурфактантов: нейтральные липиды, фосфолипиды, липопептиды, гликолипиды. Показана возможность варьирования качественного и количественного состава сурфактантов молочнокислых и пропионовокислых бактерий путем изменения состава питательной среды. Установлена их антагонистическая, противоопухолевая и противолучевая активности.
Проведена идентификация антибиотических комплексов из штаммов бактерий, проявляющих антагонистическую активность в отношении возбудителей кишечной и внекишечной инфекции. Установлено, что антагонизм исследуемых штаммов обусловлен биосинтезом жирных кислот и их производных, соединений белковой природы, а также лизоцимной активностью. Наибольшей активностью у исследованных штаммов обладают жирные кислоты и их производные.
Впервые получены сведения о влиянии пребиотиков, витаминов, аминокислот и лекарственных растений на рост, адгезивную способность и резистентность к антибиотикам патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, а также представителей нормофлоры – молочнокислых и пропионовокислых бактерий.
Разработаны основы создания принципиально новых экологически чистых комплексных препаратов, содержащих ассоциации молочнокислых бактерий с биологической активностью направленного действия в сочетании со стимуляторами их роста и активности, а также биологически активными веществами и лекарственными растениями.
Практическая значимость
Штаммы молочнокислых бактерий и их ассоциации с широким спектром антагонистической активности использованы для создания пробиотиков направленного действия.
Полученные результаты о влиянии пребиотиков, витаминов, аминокислот и лекарственных растений на резистентность к антибиотикам патогенных, условно-патогенных и пробиотических микроорганизмов полезны при подборе компонентного состава комплексных пробиотиков для медицины и ветеринарии, а также для правильного назначения витаминов, аминокислот и лекарственных растений больным в зависимости от возбудителя заболевания и применяемого курса лечения.
Разработанные биологические основы составления комплексных пробиотиков направленного действия позволили создать препараты на основе молочнокислых бактерий, активные в отношении возбудителей заболеваний пчел (Citrobacter sp., Hafnia sp., Streptoccocus pluton, Bacillus alvei, Bacillus larve, Ascosphera apis), для лечения и профилактики смешанной кишечной инфекции сельскохозяйственных животных и птиц – «Полилактовит», кишечных и урогенитальных инфекций – «Плантафермин» – новая ассоциация, госпитальных инфекций – «Полилактобак». Разработана закваска на основе молочнокислых бактерий для использования в технологии производства мясных продуктов.
На основе отобранных штаммов молочнокислых, бифидобактерий и пропионовокислых бактерий возможно создание новых пробиотиков, в том числе для лечения опасных инфекций.
Проведены испытания препаратов «Полилактобак» в НЦ урологии, «Лактовит-К» – в КазНИВИ, «Полилактовит» – в РГП НИИ проблем биологической безопасности КН МОН РК и хозяйствах, ассоциации из молочнокислых и пропионовокислых бактерий совместно с ферментированным свекольным напитком – в Центре медицинских и психологических проблем в г. Алматы.
Прошли промышленную апробацию опытные партии цельномышечных мясных продуктов: говядины варено-копченой «Медеу», свинины варено-копченой «Жетысуйская», выработанных с использованием закваски на основе молочнокислых бактерий.
Разработаны и утверждены: стандарт на «Продукты мясные» СТ ТОО 39482430-01-2008, технические инструкции «Продукты мясные» СТ ТОО 39482430-01-2008 и «Свинина варено-коченая «Жетысуйская» СТ ТОО 39482430-03-2008.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Штаммы молочнокислых бактерий и их ассоциации с широким спектром антагонистической активности в отношении кишечной и внекишечной инфекции, оказывающие противоопухолевый и противолучевой эффект.
- Необходимость постоянного контроля спектра антимикробной активности отобранных антагонистов к вновь выделенным клиническим штаммам патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
- Антагонизм исследуемых штаммов пробиотических микроорганизмов обусловлен биосинтезом жирных кислот и их производных, соединений белковой природы, а также лизоцимной активностью.
- Биологические основы составления комплексных пробиотиков направленного действия для лечения и профилактики социально значимых инфекций.
- Пробиотики для использования в медицине, сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности.
Апробация работы
Основные положения и результаты исследования доложены на международных научно-практических конференциях: «Пробиотические микроорганизмы – современное состояние вопроса и перспективы использования» (Москва 2002); «Brucellesis 2003» Spanien, Pamplona 2003); «Болезни пчел и методы их лечения» (Алматы, 2003); «Пути повышения конкурентоспособности и безопасности продукции пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2005); «59th Annual Brucellosis Research conference» (Chicago, 2006; «Продукты питания и пищевая безопасность» (Алматы, 2006); «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2007); «Пищевая и легкая промышленность в стратегии вхождения Республики Казахстан в число 50-ти наиболее конкурентоспособных стран мира» (Алматы, 2007); «Актуальные проблемы современной микробиологии» (Алматы, 2007); «Инновационные технологии в пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2008); «Безопасность пищевых продуктов и товаров народного потребления», (Алматы, 2008); «Вавиловские чтения – 2008» (Саратов, 2008), «Санкт-Петербург – Пробиотики-2009» (Санкт-Петербург, 2009); «Актуальные проблемы микробиологии и вирусологии» (Алматы, 2009); «2010 Annual Meeting of The Japan Society for Lactic Acid Bacteria» (Тоhоku, 2010); «Probiotics and Health» (Yerevan, 2010).
Материалы диссертационной работы обсуждены на заседании секции микробиологии диссертационного совета ОД 53.24.01 в РГП на ПХВ «Институт микробиологии и вирусологии» Комитета Науки Министерства образования и науки Республики Казахстан 18 февраля 2010 г.
Публикации по теме диссертации
По материалам диссертации опубликовано: 81работа, 6 предварительных патентов и 1 инновационный патент.
Структура и объем диссертации
Материалы диссертации изложены на 244 страницах компьютерной машинописи, содержат 51 рисунок, включают 58 таблиц. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, экспериментальной части, выводов и списка использованных источников. Список литературы включает 285 источников.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Материалы и методы исследований
В работе были использованы современные сертифицированные и стандартизированные биохимические, микробиологические, молекулярно-биологические методы исследования: культивирование микроорганизмов на различных по составу питательных средах; определение антимикробной активности методом диффузии в агар, определение резистентности микроорганизмов к антибиотикам – методом стандартных дисков, пропитанных антибиотиками; определение численности микроорганизмов проводили путем ряда последовательных разведений; электрофорез, ПЦР; газовая хроматография; электронно-микроскопические исследования, выделение и разделение антибиотических комплексов колоночной и тонкослойной хроматографией с последующей биоавтографией в отношении тест-микроорганизмов. Для математической обработки результатов были использованы стандартные методы нахождения средних значений и их средних ошибок.
Результаты исследований и их обсуждение