УДК 615.281:615.324
Табл. 2. Ил. 2. Библ. 34.
DOI: 10.21323/2071-2499-2023-3-70-76

Методологические подходы к извлечению веществ с антимикробной направленностью действия из сырья животного происхождения

Полищук Е.К.¹, Котенкова Е.А.¹, канд. техн. наук, Ковалев Л.И.², доктор биол. наук
¹ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
²ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН
Ключевые слова: двумерный электрофорез, антимикробные вещества, проточная цитометрия, белки, переработка отходов, пептиды, экстракция, антимикробная активность,
Реферат:
Побочные продукты убоя сельскохозяйственных животных, не употребляемые в пищу, могут быть источником антимикробных веществ, а комплексная переработка такого сырья будет способствовать решению проблем рационального использования отходов. В качестве объектов исследования были отобраны слизистые оболочки губ, носовой полости, гортани, языка, прямой кишки и подъязычные слюнные железы свиней. Для изучения белкового профиля выбранных тканей различной локализации проводили двумерный электрофорез по методу О`Фаррелла с изоэлектрофокусированием в амфолиновом градиенте рН (IEF-PAGE). Идентификацию проводили методом MALDI-TOF MS и MS/MS масс-спектрометрии на MALDI – времяпролетном масс-спектрометре Ultraflex с последующим анализом полученных масс-спектров с помощью опции Peptide Fingerprint в программе Mascot. Экстракцию антимикробных веществ из животного сырья осуществляли 10 % раствором уксусной кислоты с дальнейшими центрифугированием, нейтрализацией и стерилизующей фильтрацией. Антимикробную активность экстрактов по отношению к Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa оценивали на проточном цитометре Guava EasyCyte c использованием набора реагентов LIVE/DEAD, красителей SYBR green, cFDA и PI спустя 4 и 20 часов инкубации экстрактов с бактериальными культурами. В исследованных образцах идентифицировано более 40 белковых фракций, среди которых множество гистонов разных типов, а также несколько тканеспецифических белков. Все экстракты проявили антимикробную активность различной степени в отношении Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa, наиболее эффективными были экстракты слизистой прямой кишки и подъязычных слюнных желез после долгосрочной инкубации с бактериальными клетками.

Methodological approaches to the extraction of substances with antimicrobial action from animal raw materials

Polischuk E.K.¹, Kotenkova E.A.¹, Kovalev L.I.^2
1Gorbatov Research Center of Food Systems
²Federal Research Center “Fundamentals of Biotechnology” of the RAS
Key words: waste processing, antimicrobial agents, proteins, peptides, extraction, flow cytometry, antimicrobial activity, 2D-electrophoresis
Summary:
Non-edible by-products of farm animals slaughter can be a source of antimicrobial substances, and integrated processing of this type of raw materials will contribute to solving problems of waste management. Mucous membranes of the lips, nasal cavity, larynx, tongue, rectum and sub-lingual salivary glands of pigs were selected as objects of study. To study the protein profile of selected tissues of various localizations, two-dimensional electrophoresis was performed according to the O'Farrell method with isoelectric focusing in an ampholine pH gradient (IEF-PAGE). The identification was carried out using MALDI-TOF MS and MS/MS mass spectrometry on a Ultraflex MALDI –time-of-flight mass spectrometer, followed by analysis of the obtained mass spectra using the Peptide Fingerprint option in the Mascot program. The antimicrobial substances were extracted from animal raw materials with a 10 % solution of acetic acid, followed by centrifugation, neutralization, and sterilizing filtration. The antimicrobial activity of the extracts against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa was evaluated on a Guava EasyCyte flow cytometer using the LIVE/DEAD reagent kit, as well as SYBR green, cFDA, and PI dyes after 4 and 20 hours of incubation with bacterial cultures. More than 40 protein fractions were identified in the studied samples, including many histones of different types, as well as several tissue-specific proteins. All extracts showed antimicrobial activity of varying degrees against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The most effective were extracts of the rectum mucosa and sublingual salivary glands after long-term incubation with bacterial cells.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES:

Dahiya, S. Food waste biorefinery: Sustainable strategy for circular bioeconomy / S. Dahiya, A.N. Kumar, J.S.S. Chatterjee [et al.] // Bioresource Technology. – 2018. – V. 248. – P. 2-12.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. Об утверждении Ветеринарных правил перемещения, хранения, переработки и утилизации биологических отходов. Приказ № 626. Электронный ресурс. – Режим доступа: [https://www.mos.ru/moskomvet/documents/4/view/246457220/]. Дата обращения: 13.06.2023.

Ministerstvo sel'skogo khozyaystva Rossiyskoy Federatsii. Ob utverzhdenii Veterinarnykh pravil peremeshcheniya, khraneniya, pererabotki i utilizatsii biologicheskikh otkhodov. Prikaz № 626 [Ministry of Agriculture of the Russian Federation. On approval of the Veterinary Rules for the movement, storage, processing and disposal of biological waste. Order № 626]. Electronic resource. – Access mode: [https://www.mos.ru/moskomvet/documents/4/view/246457220/]. Date of access: 13.06.2023.

Ungureanu, N. Management of By-products and Waste from Poultry Meat Industry / N. Ungureanu, V. Vladut, S.-S. Biris [et al.] // International Journal of Engineering. – 2023. – V. 21. – № 1. – P. 165-174.

Alao, B. The Potential of Animal By-Products in Food Systems: Production, Prospects and Challenges / B. Alao, A. Falowo, A. Chulayo [et al.] // Sustainability. – 2017. – V. 9. – № 7. – P. 1089.

Marti, D.L. Where’s the (Not) Meat? Byproducts From Beef and Pork Production / D.L. Marti, R.J. Johnson, K.H.Jr. Mathews // LDP-M-209-01. – 2011.

Reguengo, L.M. Agro-industrial by-products: Valuable sources of bioactive compounds / L.M. Reguengo, M.K. Salgaço, K. Sivieri [et al.] // Food Research International. – 2022. – V. 152. – P. 110871.

Лукинова, Е.А. Антимикробные вещества: альтернативный подход к продлению сроков хранения / Е.А. Лукинова, Е.А. Котенкова, А.Н. Макаренко // Теория и практика переработки мяса. – 2017. – Т. 2. – № 3. – С. 4-20. DOI: 10.21323/2414-438X-2017-2-3-4-20.

Lukinova, Е.А. Antimicrobial substances: an alternative approach to the extension of shelf life / Е.А. Lukinova, Е.А. Kotenkova, А.N. Makarenko // Theory and practice of meat processing. – 2017. – T. 2. – № 3. – P. 4-20. DOI: 10.21323/2414-438X-2017-2-3-4-20.

Jeria, N. Beneficial Effects of Bioactive Compounds Obtained from Agro-Industrial By-Products on Obesity and Metabolic Syndrome Components / N. Jeria, S. Cornejo, G. Prado [et al.] // Food Reviews International. – 2022. – P. 1-30.

Patra, A. Review on the extraction of bioactive compounds and characterization of fruit industry by-products / A. Patra, S. Abdullah, R.C. Pradhan // Bioresources and Bioprocessing. – 2022. – V. 9. – № 1. – P. 14.

O’Shea, N. Dietary fibre and phytochemical characteristics of fruit and vegetable by-products and their recent applications as novel ingredients in food products / N. O’Shea, E.K. Arendt, E. Gallagher // Innovative Food Science & Emerging Technologies. – 2012. – V. 16. – P. 1-10.

Antimicrobial Peptide Database. Electronic resource. – Access mode: [https://aps.unmc.edu/]. Date of access: 31.05.2023.

Ryu, M. Rediscovery of antimicrobial peptides as therapeutic agents / M. Ryu, J. Park, J.-H. Yeom [et al.] // Journal of Microbiology. – 2021. – V. 59. – № 2. – P. 113-123.

Kotenkova, E. Bovine mucous membranes as a source of antimicrobial compounds / E. Kotenkova, E. Lukinova, L. Kovalyov // Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences. – 2018. – V. 12. – № 1. – P. 667-672.

O’Farrell, P. High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins / P. O’Farrell // Journal of Biological Chemistry. – 1975. – V. 250. – № 10. – P. 4007-4021.

Kovalyov, L.I. Polymorphism of Δ3,5-Δ2,4-dienoyl-coenzyme A isomerase (the ECH1 gene product protein) in human striated muscle tissue / L.I. Kovalyov, M.A. Kovalyova, P.L. Kovalyov [et al.] // Biochemistry. – 2006. – V. 71. – № 4. – P. 448-453.

Zvereva, E.A. Enzyme immunoassay and proteomic characterization of troponin I as a marker of mammalian muscle compounds in raw meat and some meat products / E.A. Zvereva, L.I. Kovalyov, A.V. Ivanov [et al.] // Meat Science. – 2015. – V. 105. – P. 46-52.

База данных «Протеомика мышечных органов». Электронный ресурс. – Режим доступа: [http://mp.inbi.ras.ru/index.php/]. Дата обращения: 21.06.2022.

Baza dannykh «Proteomika myshechnykh organov» [Database "Proteomics of muscular organs"]. Electronic resource. – Access mode: [http://mp.inbi.ras.ru/index.php/]. Date of access: 21.06.2022.

Dell’Angelica, E.C. Primary structure and binding properties of calgranulin C, a novel S100-like calcium-binding protein from pig granulocytes / E.C. Dell’Angelica, C.H. Schleicher, J.A. Santomé // The Journal of biological chemistry. – 1994. – V. 269. – № 46. – P. 28929-28936.

O95994 AGR2_HUMAN. Anterior gradient protein 2 homolog. Electronic resource. – Access mode: [https://www.uniprot.org/uniprotkb/O95994/entry/]. Date of access: 30.08.2022.

Wang, Z. The adenocarcinoma-associated antigen, AGR2, promotes tumor growth, cell migration, and cellular transformation / Z. Wang, Y. Hao, A.W. Lowe // Cancer Research. – 2008. – V. 68. – № 2. – P. 492-497.

Otto, M. Staphylococcus aureus toxins / M. Otto // Current Opinion in Microbiology. – 2014. – V. 17. – P. 32-37.

Calander, A.-M. Impact of staphylococcal protease expression on the outcome of infectious arthritis / A.M. Calander, I.M. Jonsson, A. Kanth [et al.] // Microbes and Infection. – 2004. – V. 6. – № 2. – P. 202-206.

Malanovic, N. Antimicrobial Peptides Targeting Gram-Positive Bacteria / N. Malanovic, K. Lohner // Pharmaceuticals. – 2016. – V. 9. – № 3. – P. 59.

Tossi, A. Amphipathic, α-helical antimicrobial peptides / A. Tossi, L. Sandri, A. Giangaspero // Peptide Science. – 2000. – V. 55. – № 1. – P. 4-30.

Xiao, B. Structure of mammalian AMPK and its regulation by ADP / B. Xiao, M.J. Sanders, E. Underwood [et al.] // Nature. – 2011. – V. 472. – № 7342. – P. 230-233.

Boparai, J.K. Mini Review on Antimicrobial Peptides, Sources, Mechanism and Recent Applications / J.K. Boparai, P.K. Sharma // Protein & Peptide Letters. – 2019. – V. 27. – № 1. – P. 4-16.

Kościuczuk, E.M. Cathelicidins: family of antimicrobial peptides. A review / E.M. Kościuczuk, P. Lisowski, J. Jarczak [et al.] // Molecular Biology Reports. – 2012. – V. 39. – № 12. – P. 10957-10970.

Wang, G. APD2: the updated antimicrobial peptide database and its application in peptide design / G. Wang, X. Li, Z. Wang // Nucleic Acids Research. – 2009. – V. 37. – № s1. – P. D933-D937.

Gruenheid, S. Resistance to antimicrobial peptides in Gram-negative bacteria / S. Gruenheid, H. Moual // FEMS Microbiology Letters. – 2012. – V. 330. – № 2. – P. 81-89.

Nikolaev, Y. Microbial Biofilms at Meat-Processing Plant as Possible Places of Bacteria Survival / Y. Nikolaev, Yu. Yushina, A. Mardanov [et al.] // Microorganisms. – 2022. – V. 10. – № 8. – P. 1583.

Ghafoor, A. Role of exopolysaccharides in Pseudomonas aeruginosa biofilm formation and architecture / A. Ghafoor, I.D. Hay, B.H.A. Rehm // Applied and environmental microbiology. – 2011. – V. 77. – № 15. – P. 5238-5246.

Jakobsen, T. Bacterial Biofilm Control by Perturbation of Bacterial Signaling Processes / T. Jakobsen, T. Tolker-Nielsen, M. Givskov // International Journal of Molecular Sciences. – 2017. – V. 18. – № 9. – P. 1970.

Malik, E. pH Dependent Antimicrobial Peptides and Proteins, Their Mechanisms of Action and Potential as Therapeutic Agents / E. Malik, S. Dennison, F. Harris [et al.] // Pharmaceuticals. – 2016. – V. 9. – № 4. – P. 67.

Пантелеев, П.В. Строение и биологические функции β-шпилечных антимикробных пептидов / П.В. Пантелеев, И.А. Болосов, С.В. Баландин [и др.] // Acta Naturae. – 2015. – Т. 7. – № 1. – С. 39-50.

Panteleev, P.V. Structure and biological functions of β-hairpin antimicrobial peptides / P.V. Panteleev, I.А. Bolosov, S.V. Balandin [et al.] // Acta Naturae. – 2015. – V. 7. – № 1. – P. 39-50.

Контакты:

Полищук Екатерина Константиновна
e.politchuk@fncps.ru
Котенкова Елена Александровна
lazovlena92@yandex.ru
Ковалев Леонид Иванович
kovalyov@inbi.ras.ru

Для цитирования:

Полищук, Е.К. Методологические подходы к извлечению веществ с антимикробной направленностью действия из сырья животного происхождения / Е.К. Полищук, Е.А. Котенкова, Л.И. Ковалев // Все о мясе. – 2023. – № 3. – С. 70-76. DOI: 10.21323/2071-2499-2023-3-70-76.

For citation:

Polishchuk, E.K. Methodological approaches to the extraction of substances with antimicrobial action from animal raw materials / E.K. Polishchuk, E.A. Kotenkova, L.I. Kovalev // Vsyo o myase. – 2023. – № 3. – Р. 70-76. DOI: 10.21323/2071-2499-2023-3-70-76.