В.С. Сибирцев1, И.В. Семенцова2, О.А. Абдиллаева3, В.В. Шерстнёв4

1,3,4 Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет (СПХФУ) (Санкт-Петербург, Россия)

1,2 Институт аналитического приборостроения РАН (ИАП) (Санкт-Петербург, Россия)

1 vs1969r@mail.ru, 2 irina.smolko@mail.ru, 3 ojshahon.abdillaeva@spcpu.ru, 4 vladislav.sherstnev@spcpu.ru

Постановка проблемы. Контроль качества пищевой, фармацевтической и иной продукции приобретает в последние годы всё более важное значение. В свою очередь, одной из важных составляющих системы такого контроля является микробиологическое тестирование упомянутой продукции, которое до сих пор осуществляется, в основном, с использованием длительных трудо- и материалозатратных визуальных методов.

Цель работы – разработка пригодной для широкого практического применения экспрессной инструментальной методики микробиологического тестирования пищевой, фармацевтической и иной продукции, а также последующее апробирование этой методики в ходе сравнительного анализа с её помощью про- и антибиотических свойств различных растительных экстрактов (часто включаемых в упомянутую продукцию в качестве функциональных добавок, в частности, обеспечивающих наличие в этой продукции биологически активных веществ природного происхождения).

Результаты. Разработанная методика заключается в периодической (в данном случае через каждые 3 ч) инструментальной регистрации изменений эффективности упругого светорассеяния, рН и электропроводности жидкой питательной среды (в качестве которой использовался стерильный водный раствор с рН 7,2±0,2, содержащий 20 г/л белкового гидролизата, 5 г/л глюкозы, 10 г/л сахарозы, 1 г/л NaNO3, 0,5 г/л K2HPO4, 0,3 г/л MgCl2, 0,05 г/л MnSO4, 0,1 г/л CaCl2 и 0,1 г/л FeCl3), инкубируемой (в данном случае при 37 ºС) в присутствии и в отсутствие жизнеспособных тестовых микроорганизмов и тестируемых образцов.

В целях апробации разработанной методики с её помощью был выполнен сравнительный анализ влияния на динамику жизнедеятельности Lactobacillus acidophilus (выбранных в качестве типичных представителей микробиоты человека) разных концентраций (от 25 до 3 об.%) 18 водных экстрактов, приготовленных тремя разными способами из 6 различных видов применимого в пищевой и фармацевтической промышленности растительного сырья. При этом было показано, что характер биологической активности исследованных экстрактов определялся не только составом присутствующих в них веществ, но и их концентрацией (с уменьшением которой антимикробная активность экстрактов уменьшалась, а пребиотическая активность – сначала увеличивалась, а затем начинала уменьшаться), способом извлечения из сырья (при фиксированной концентрации в тестовой среде максимальную пребиотическую активность имели «холодные настои», а максимальную антимикробную активность могли иметь как «холодные настои», так и «горячие отвары»), а также временем взаимодействия упомянутых экстрактов с живыми организмами (с увеличением которого биологическая активность экстрактов уменьшалась).

Практическая значимость. Проведенные исследования подтвердили, что представленная методика микробиологического тестирования позволяет более экспрессно, объективно и информативно, а также менее трудоёмко и материалоёмко по сравнению с методами, ранее используемыми для подобных целей, осуществлять контроль качества образцов как новой, так и уже принятой к употреблению пищевой, фармацевтической и иной продукции с различными растительными добавками (а также отдельных ингредиентов, входящих в состав данной продукции), включающий в себя оценку про- и антибиотических свойств указанных образцов.

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. V. 60. № 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 micro-organisms // International Food Research Journal. 2012. V. 19. № 3. Р. 1185–1191. http://ifrj.upm.edu.my/ volume-19-2012.html
3. Al-Zubairi A., 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. V. 6. № 9. Р. 224–233. http://garj.org/garjmms
4. 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. V. 52. № 6. P. 506–509. https://doi.org/ 10.1007/s11094-018-1849-7
5. Koshchienko Yu.V., Drobin Yu.D., Zubenko A.A., Timoshevskii D.A., Fetisov L.N., Bodryakov A.N. Synthesis and antimicrobial, antiprotozoal, and fungistatic activity of [5-(amino-, acylamino-, and 2-pyridylmethylamino)-1-alkylbenzimidazol-2-yl]diphenyl-methanols // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2018. V. 52. № 8. P. 711–715. https://doi.org/10.1007/s11094-018-1886-2
6. Begunov R.S., Zaitseva Y.V., Sokolov A.A. et al. Synthesis and antibacterial activity of 1,2,3,4-tetrahydro- and pyrido[1,2-a]benzimidazoles // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022. V. 56. № 1. P. 22–28. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02596-0
7. Anan'eva E.P., Bogdanova O. Yu., Gurina S.V., Sibirtsev V.S. Using a conductometric method in microbiological control of natural excipients // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022. V. 56. № 6. P. 872–876. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02721-z
8. Anan'eva E.P., Bogdanova O. Yu., Gurina S.V., Sibirtsev V.S. Application of impedance technology to the determination of microbial contamination of medicinal plant raw materials // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2023. V. 57. № 6. P. 913–917. https://doi.org/10.1007/s11094-023-02967-1
9. Markosyan A.I., Baghdasaryan A.S., Ayvazyan A.S. Synthesis and antibacterial and antitumor properties of derivatives of 5,5-dimethyl-3-iso-propyl-2-thioxo-2,3,5,6-tetrahydrobenzo[h] quinazoline-4(1h)-one // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2023. V. 57. № 9. P. 1367–1371. https://doi.org/10.1007/s11094-023-02999-7
10. Shapoval O.G., Sheremetyeva A.S., Dumova N.A. Antimicrobial activity of Thymus serpyllum L. and Thymus marschallianus Willd. essential oils against Candida albicans // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2023. V. 57. № 9. P. 1449–1453. https://doi.org/10.1007/s11094-023-03009-6
11. Yamashkin S.A., Stepanenko I.S., Kiryutina A.I., Platkova T.N. Chloroacetates of substituted 1h-indol-5-,6-,7-ylamines and their antimicrobial activity // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2023. V. 57. № 10. P. 1546–1551. https://doi.org/10.1007/s11094-024-03047-8
12. Фасхутдинова Е.Р., Милентьева И.С., Лосева А.И., Асякина Л.К., Остапова Е.В. Влияние экстракта Ginkgo biloba и его биологически активных веществ на накопление липофусцина в теле Caenorhabditis elegans // Технологии живых систем. 2023. T. 20. № 4. С. 121–130. https://doi.org/10.18127/j20700997-202304-12
13. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. Механизмы взаимодействия красителей фенилбензимидазольного и фенилиндольного ряда с ДНК // Биоорганическая химия. 1994. Т. 20. № 6. C. 650–668.
14. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. Механизмы изменения флуоресцентных свойств бисбензимидазольных красителей // Биоорганическая химия. 1995. Т. 21. № 9. С. 731–736. https://elibrary.ru/item.asp?id=18915687
15. 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. V. 36. № 12. P. 1812–1818.
16. Сибирцев В.С. Флуоресцентные ДНК–зонды: исследование механизмов изменения спектральных свойств и особенностей практического применения // Биохимия. 2007. T. 72. № 8. С. 1090–1106. https://doi.org/10.1134/S0006297907080111
17. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V. Spectral study of the interaction of DNA with benzothiazolyl-benz-a-chromene // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. № 8. P. 901–909. https://doi.org/10.1134/S0006297907080123
18. Сибирцев В.С., Красникова Л.В., Шлейкин А.Г., Строев С.А., Наумов И.А., Олехнович Р.О., Терещенко В.Ф., Шабанова Э.М., Мусса Аль-Хатиб. Новый метод биотестирования с применением современных импедансных технологий // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 2. С. 275–284. https://doi.org/10.17586/ 2226-1494-2015-15-2-275-284
19. Сибирцев В.С., Кулаков А.Ю., Строев С.А. Кондуктометрическое биотестирование в применении к оценке про- и антибактериальных свойств католитов и анолитов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 3. С. 573–576. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2016-16-3-573-576
20. Sibirtsev V.S., Olekhnovich R.О., Samuylova E.О. Assessment of integral toxicity of water resources by instrumental methods of analysis. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management (SGEM) Conference Proceedings. 2017. V. 17. № 61. P. 507–514. https://doi.org/10.5593/sgem2017/61/S24.066
21. Sibirtsev V.S. Investigation of mechanisms of change in spectral properties during interaction of benzazole, indole, and phenanthridium compounds with DNA // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. № 5. P. 294–301. https://doi.org/10.1364/ JOT.84.000294
22. Sibirtsev V.S. Biological test methods based on fluorometric genome analysis // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. № 11. P.787–791. http://doi.org/10.1364/JOT.84.000787
23. Kokina M.S., Frioui M., Shamtsyan M., Sibirtsev V.S., Krasnikova L.V., Konusova V.G., Simbirtsev A.S. Influence of pleurotus ostreatus beta-glucans on the growth and activity of certain lactic acid bacteria // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018. V. 19. № 4. Р. 465–471.
24. Сибирцев В.С., Строев С.А. Оптико-электрохимическая микробиотестовая система оценки токсической безопасности нефтепродуктов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 74–81. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-1-74-81
25. Сибирцев В.С., Маслова А.Ю. Комплексное исследование динамики жизнедеятельности Е.coli в присутствии ионов переходных металлов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 2. С. 236–241. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-2-236-241
26. Sibirtsev V.S., Uspenskaya M.V., Garabadgiu A.V., Shvets V.I. An integrated method of instrumental microbiotesting of environmental safety of various products, wastes, and territories // Doklady Biological Sciences. 2019. V. 485. № 1. Р. 59–61. https://doi.org/10.1134/S001249661902011X
27. Sibirtsev V.S., Garabadgiu A.V., Shvets V.I. Fluorescent DNA probes: study of properties and methods of application // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2019. V. 489. № 5. Р. 403–406. https://doi.org/10.1134/S1607672919060127
28. Sibirtsev V.S., Garabadgiu A.V., Shvets V.I. New technique for integrated photofluorescence microbiotesting // Doklady Biological Sciences. 2019. V. 489. № 6. Р. 196–199. https://doi.org/10.1134/S0012496619060103
29. Сибирцев В.С., Нечипоренко У.Ю. Методика электрохимического биотестирования в применении к сравнительному анализу антимикробных свойств различных эфирных масел // Технологии живых систем. 2021. Т. 18. № 1. С. 58–66. https://doi.org/10.18127/j20700997-202101-06
30. Korn G., Korn T. Mathematical Handbook for Scientists and Engineers. Definitions, Theorems and Formulas for Reference and Review. McGraw Hill Book Company. 1968.
31. Johnson K., Jeffi V. Numerical Methods in Chemistry. New York. Cambridge University Press. 1983.
32. Sibirtsev V.S. Analysis of benzo[a]pyrene deactivation mechanisms in rats // Biochemistry (Moscow). 2006. V. 71. № 1. P. 90–98. https://doi.org/10.1134/S0006297906010147