Антивирусный потенциал полисахаридов морских бактерий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Интенсивные популяционные взаимодействия между элементами планктона и виропланктона Мирового океана сформировали древние и одновременно универсальные механизмы защиты морских бактерий и архей от воздействия на них вирусов океана. Одним из таких механизмов являются экзополисахариды, которые секретируются морскими прокариотами с целью взаимодействия с поверхностными белками вирусных частиц и предотвращения связывания вирусных пепломеров с рецепторами потенциальных клеток-мишеней. Поэтому среди экзополисахаридов морских бактерий в большом количестве обнаруживают вещества с широким спектром действия, проявляющие противовирусный эффект и способность модулировать межклеточные взаимодействия. В обзоре проанализированы современные представления об экзополисахаридах морских бактерий, их противовирусном потенциале, антиоксидантной и иммуномодулирующей активности. Дана краткая характеристика структурных и физико-химических свойств таких соединений, раскрыты основные механизмы противовирусной активности наиболее известных представителей этого класса органических полимеров. Показано, что экзополисахариды морских бактерий являются перспективным и чрезвычайно богатым источником противовирусных лекарственных субстанций.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. А. Кузнецова

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: takuznets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4315-6959
Россия, Владивосток

Н. Н. Беседнова

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора

Email: takuznets@mail.ru
Россия, Владивосток

Т. С. Запорожец

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора

Email: takuznets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8879-8496
Россия, Владивосток

М. С. Кокоулин

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова (ТИБОХ) ДВО РАН

Email: takuznets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2245-6802
Россия, Владивосток

Ю. С. Хотимченко

Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ); Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского (ННЦМБ) ДВО РАН

Email: takuznets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6979-1934
Россия, Владивосток; Владивосток

М. Ю. Щелканов

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора; Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ); Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского (ННЦМБ) ДВО РАН

Email: takuznets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8610-7623
Россия, Владивосток; Владивосток; Владивосток

Список литературы

  1. Беседнова Н.Н., Андрюков Б.Г., Запорожец Т.С. и др. Оболочечные вирусы – патогенетическая мишень лектинов цианобактерий // Антибиотики и химиотерапия. 2022. Т. 67. № 5–6. С. 39–60.
  2. Бреслав Н.В., Шевченко Е.С., Абрамов Д.Д. и др. Эффективность применения антинейраминидазных химиопрепаратов во время пандемии гриппа и в постпандемический период // Вопр. вирусологии. 2013. Т. 58. № 1. С. 28–32.
  3. Колобухина Л.В., Меркулова Л.Н., Малышев Н.А. и др. Стратегия ранней противовирусной терапии при гриппе как профилактика тяжелых осложнений // Пульмонология. 2010. № 1. С. 9–14.
  4. Колобухина Л.В., Меркулова Л.Н., Щелканов М.Ю. и др. Пандемический грипп в России: отличительные особенности клинического течения и отсутствие ранней этиотропной терапии как фактор риска развития тяжелых форм заболевания // Терапевтический архив. 2011. Т. 83. № 9. С. 48–53.
  5. Крылова Н.В., Смолина Т.П., Берлизова М.В., Леонова Г.Н. Иммунокорригирующая и противовирусная активность полисахарида из морских бактерий в отношении вируса клещевого энцефалита // Антибиотики и химиотерапия. 2019. Вып. 64. № 11–12. С. 16–24.
  6. Кузнецова Т.А., Запорожец Т.С., Ермакова С.П. и др. Адъюванты на основе полисахаридов из гидробионтов Тихого океана. Владивосток: Дальнаука. 2023.
  7. Лямин А.В., Терещенко В.С., Жестков А.В., Исматуллин Д.Д. Видовое разнообразие представителей рода Streptomyces, выделенных из клинического материала // Инфекция и иммунитет. 2022. Вып. 12. № 2. С. 386–390. doi: 10.15789/2220-7619-SDA-1838
  8. Папуашвили М.Н., Щелканов М.Ю. Эффективность комбинированной терапии герпесвирусных инфекций у ВИЧ-инфицированных пациентов // Вопр. вирусологии. 2004. Т. 49. № 2. С. 25–29.
  9. Руководство по вирусологии. Вирусы и вирусные инфекции человека и животных. М.: МИА. 2013.
  10. Щелканов М.Ю., Колобухина Л.В., Бургасова О.А. и др. COVID-19: этиология, клиника, лечение // Инфекция и иммунитет. 2020. Т. 10. № 3. С. 421–445.
  11. Щелканов М.Ю., Львов Д.Н., Федякина И.Т. и др. Динамика распространения пандемического гриппа А/H1N1 swl на Дальнем Востоке в 2009 г. // Вопр. вирусологии. 2010. Т. 55. № 3. С. 10–15.
  12. Abu-Ghosh S.A., Dubinsky Z., Verdelho V. Unconventional high-value products from microalgae: A review // Bioresour. Technol. 2021. V. 329. Art. ID 124895. doi: 10.1016/biortech.2021.124895
  13. Almutairi M.H., Helal M.M.I. Exopolysaccharide production from isolated Enterobacter sp. strain ACD2 from the northwest of Saudi Arabia // J. King Saud Univ. Sci. 2021. V. 33. № 2. Art. ID 101318. doi: 10.1016/j.jksus.2020.101318
  14. Al-Nahas M.O., Darwish M.M., Ali A.E., Amin M.A. Characterization of an exopolysaccharide-producing marine bacterium, isolate Pseudoalteromonas sp. // Afr. J. Microbiol. Res. 2011. V. 5. № 22. P. 3823–3831.
  15. doi: 10.5897/AJMR11.757
  16. Alshawwa S.Z., Alshallash K.S., Ghareeb A. et al. Assessment of pharmacological potential of novel exopolysaccharide isolated from marine Kocuria sp. strain AG5: Broad-spectrum biological investigations // Life. 2022. V. 12. № 9. Art. ID 1387. doi: 10.3390/life12091387
  17. Andreu S., Kobbe C., Delgado P., Ripa I. Dextran sulfate from Leuconostoc mesenteroides B512F exerts potent antiviral activity against SARS-CoV-2 in vitro and in vivo // Front Microbiol. 2023. V. 14. Art. ID 1185504. doi: 10.3389/fmicb.2023.1185504
  18. Anwar A.A., Nowruzi B. Bioactive peptides of Spirulina: A review // Microb. Bioact. 2021. V. 4. № 1. Р. 134–142. doi: 10.25163/microbbioacts.412117BO719110521
  19. Appel K., Munoz E., Navarrete C. et al. Immunomodulatory and inhibitory effect of Immulina, and Immunloges in the Ig-E mediated activation of RBL-2H3 cells. A new role in allergic inflammatory responses // Plants. 2018. V. 7. № 1. Art. ID 13. doi: 10.3390/plants7010013
  20. Arena A., Maugeri T.L., Pavone B. et al. Antiviral and immunoregulatory effect5 of a novel exopolysaccharide from a marine thermotolerant Bacillus licheniformis // Int. Immunopharmacol. 2006. V. 6. № 1. Р. 8–13. doi: 10.1016/j.intimp.2005.07.004
  21. Babich O., Sukhikh S., Larina V. et al. Algae: study of edible and biologically active fractions, their properties and applications // Plants. 2022. V. 11. № 16. Art. ID 780. doi: 10.3390/plants11060780.
  22. Barcelos M.C.S., Vespermann K.A.C., Pelissari F.M., Molina G. Current status of biotechnological production and applications of microbial exopolysaccharides // Crit Rev Food Sci Nutr. 2020. V. 60. Р. 1475–1495. doi: 10.1080/10408398.2019.1575791
  23. Bello-Morales R., Andreu S., Ruiz-Carpio V. et al. Extracellular polymeric substances: still promising antivirals // Viruses. 2022. V. 14. № 6. Art. ID 1337. doi: 10.3390/v14061337
  24. Bergmann S.M., Reichert M., Hwang J. et al. The application of exopolysaccharides (EPS) can prevent viral disease of fish // Bull. Eur. Assoc. Fish Pathol. 2022. V. 42. № 1. Р. 15–27. doi: 10.48045/001c.38087
  25. Besednova N.N., Andryukov B.G., Kuznetsova T.A. et al. Antiviral effects and mechanisms of action of water extracts and polysaccharides of microalgae and cyanobacteria // J. Pharm. Nutr. Sci. 2022. V. 12. P. 54–73. doi: 10.29169/1927-5951.2022.12.05
  26. Besednova N.N., Andryukov B.G., Zaporozhets T.S. et al. Antiviral effects of polyphenols from marine algae // Biomedicines. 2021. V. 9. № 2. Art. ID 200. doi: 10.3390/biomedicines9020200
  27. Bianculli R.H., Mase J.D., Schulz M.D. Antiviral polymers: past approaches and future possibilities // Macromolecules. 2020. V. 53. Р. 9158–9186. doi: 10.1021/acs.macromol.0c01273
  28. Breitbart M. Marine viruses: truth or dare // Annu. Rev. Mar. Sci. 2012. V. 4. P. 425–448. doi: 10.1146/annurev-marine-120709-142805
  29. Casillo A., Lanzetta R., Parrilli M., Corsaro M.M. Exopolysaccharides from marine and marine extremophilic bacteria: structures, properties, ecological roles and applications // Mar. Drugs. 2018. V. 16. № 2. Art. ID 69. doi: 10.3390/md16020069
  30. Chen Y.-H., Chang G.-K., Kuo S.-M. et al. Well tolerated Spirulina extract inhibits influenza virus replication and reduces virus-induced mortality // Sci. Rep. 2016. V. 6. Art. ID 24253. doi: 10.1038/srep2453
  31. Chen Y.-H., Liao Y.-C., Huang J.-Y. et al. Hot water extract of Arthrospira maxima (AHWE) has broad-spectrum antiviral activity against RNA virus including coronavirus SARS-CoV-2 and the antivirus spray application // Preprint of Far East Bio-Tec Co., Ltd. Taipei, Taiwan. 2021.
  32. doi: 10.1101/2021.06.06.446935
  33. Cingi J., Conk-Dalay S., Cakli H., Bal C. The effect of Spirulina on allergic rhinitis // Eur. Arch. Oto-Rhino-Laringol. 2008. V. 265. № 10. Р. 1219–1223. doi: 10.1007/s00405-008-0642-8
  34. El Awady M.E., Eldin M.A.N., Ibrahim H.M. et al. In vitro evaluation of antioxidant, anticancer, and antiviral activities of exopolysaccharide from Streptomyces hirsutus NRC2018 // J. Appl. Pharm. Sci. 2019. V. 9. № 11. Р. 10–18. doi: 10.7324/JAPS.2019.91102
  35. García A., Fernandez-Sandoval M.T., Morales-Guzman D. et al. Advances in exopolysaccharide production from marine bacteria // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2022. V. 97. № 10. Р. 2694–2705. doi: 10.1002/jctb.7156
  36. Geraghty R.J., Aliota M.T., Bonnac L.F. Broad-spectrum antiviral strategies and nucleoside analogues // Viruses. 2021. V. 13. Art. ID 4. P. 667. doi: 10.3390/v13040667
  37. Gugliandolo C., Spano A., Lentini V. et al. Antiviral and immunomodulatory effects of a novel bacterial exopolysaccharide of shallow marine vent origin // J. Appl. Microbiol. 2014. V. 6. № 4. Р. 1028–1034. doi: 10.1111/jam.12422
  38. Hara S., Terauchi K., Koike I. Abundance of viruses in marine waters: assessment by epifluorescence and transmission electron microscopy // Appl. Environ. Microbiol. 1991. V. 57. № 9. P. 2731–2734. doi: 10.1128/aem.57.9.2731-2734.1991
  39. Hassan S.W.M., Hassan A.H.I. Production, characterization and valuable applications of exopolysaccharides from marine Bacillus subtilis SH1 // Pol. J. Microbiol. 2017. V. 66. № 4. Р. 449–461. doi: 10.5604/01.3001.0010.7001
  40. Hirahashi T., Matsumoto M., Hazeki K. et al. Activation of the human innate immune system by spirulina: augmentation of interferon production and NK cytotoxicity by oral administration of hot water extract of Spirulina platensis // Int. Immunopharmacol. 2002. V. 2. № 4. Р. 423–434. doi: 10.1016/s1567-5769(01)00166-7
  41. Karamov E.V., Yaroslavtseva N.G., Shchelkanov M.Yu. et al. Antigenic and genetic relations between different HIV-1 subtypes in Russia // Immunol. Infect. Dis. 1996. V. 6. P. 15–24.
  42. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:91155126
  43. Karthika T., Joseph J., Akshay V.R. et al. SARS-CoV-2 Cellular Entry Is Independent of the ACE2 Cytoplasmic Domain Signaling // Cells. 2021. V. 10. № 7. Art. ID 1814. doi: 10.3390/cells10071814
  44. Khavari F., Saidijam M., Taheri M., Nouri F. Microalgae: therapeutic potentials and applications // Mol. Biol. Rep. 2021. V. 48(5). Р. 4757–4765. doi: 10.1007/s11033-021-06422-w
  45. Khotimchenko Yu.S., Shchelkanov M.Yu. Viruses of the Ocean: On the Shores of the Aqua Incognita. Horizons of the Taxonomic Diversity // R. J. Mar. Biol. 2024. V. 50. № 1. P. 3–30.
  46. Kochhar N., Kavya I.K., Shrivastava S. et al. Perspectives on the microorganism of extreme environments and their applications // Curr. Res. Microb. Sci. 2022. V. 3. Art. ID 100134. doi: 10.1016/j.crmicr.2022.100134
  47. Kokoulin M.S., Romanenko L.A., Kuzmich A.S., Chernikov O. Structure of the cell-wall-associated polysaccharides from the deep-sea marine bacterium Devosia submarina KMM9415T // Mar. Drugs. 2021. V. 19. № 12. Art. ID 665. doi: 10.3390/md19120665
  48. Laroche C. Exopolysaccharides from microalgae and cyanobacteria: diversity of strains, production strategies, and application // Mar. Drugs. 2022. V. 20. № 5. Art. ID 336. doi: 10.3390/md20050336
  49. Levasseur W., Perré P., Pozzobon V. A review of high value-added molecules production by microalgae in light of the classification // Biotechnol. Adv. 2020. V. 41. Art. ID 107545. doi: 10.1016/j.biotechadv.2020.107545
  50. Liu T., Ren Q., Wang S. et al. Chemical modification of polysaccharides: a review of synthetic approaches, biological activity and the structure-activity relationship // Molecules. 2023. V. 28. № 16. Art. ID 6073. doi: 10.3390/molecules28166073
  51. Merino N., Aronsdon H.S., Bojanova D.P., Feyhl-Buska J. Living at the extremes: extremophiles and the limits of life in a planetary context // Front. Microbiol. 2019. V. 10. Art. ID 780. doi: 10.3389/fmcb.2019.00780
  52. Mishra N., Gupta E., Walag A.M.P. et al. A review of marine natural product resources with potential bioactivity against SARS-CoV-2 // Trop. J. Nat. l Prod. Res. 2023. V. 7. № 1. Р. 2093–2103. doi: 10.26538/tjnpr/v7i1.2
  53. Moreira J.B., Vaz B.S., Cardias B.B. et al. Microalgae polysaccharides: an alternative source for food production and sustainable agriculture // Polysaccharides. 2022. V. 3. Р. 441–457. doi: 10.3390/polysaccharides3020027
  54. Nigam S., Singh R., Bhardwaj S.K. et al. Perspective on the therapeutic applications of algal polysaccharides // J. Polym. Environ. 2022. V. 30. Р. 785–809. doi: 10.1007/s10924-021-02231-1
  55. Panchal R., Prajapati K., Prajapati M. et al. Bacterial exopolysaccharides: types, its biosynthesis and their application in different Fields // Acta Sci. Biotechnol. 2022. V. 3. № 2. Р. 3–11.
  56. Pendyala B., Patras A. In silico screening of food bioactive compounds to predict potential inhibitors of COVID-19 main protease (Mpro) and RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) // Preprint of Department of Agricultural and Environmental Sciences, Tennessee State University. Nashville, USA. 2020. Р. 1–11.
  57. doi: 10.26434/chemrxiv.12051927.v2
  58. Petit L., Vernes L., Cadoret J.P. Docking and in silico toxicity assessment of Arthrospira compounds as potential antiviral agents against SARS-CoV-2 // J. Appl. Phycol. 2021. V. 33. № 3. P. 1579–1602. doi: 10.1007/s10811-021-02372-9
  59. Poli A., Anzelmo G., Nicolaus B. Bacterial exopolysaccharides from extreme marine habitats: production, characterization and biological activities // Mar. Drugs. 2010. V. 8. № 6. Р. 1779–1802. doi: 10.3390/md8061779
  60. Qi M., Zheng C., Wu W. et al. Exopolysaccharides from marine microbes: source, structure and application // Mar. Drugs. 2022. V. 20. № 8. Art. ID 512. doi: 10.3390/md20080512
  61. Ratha S.K., Renuka N., Rawat M. et al. Prospective options of algae derived nutraceuticals as supplements to combat COVID-19 and human coronavirus diseases // Nutrition. 2021. V. 83. Art. ID 111089. doi: 10.1016/j.nut2020.111089
  62. Reichert M., Bergmann S., Lindenberger C. et al. Antiviral activity of exsopolysaccharides from Arthrospira platensis against koi herpesvirus // J. Fish Dis. 2017. V. 40. № 10. Р. 1441–1450. doi: 10.1111/jfd.12618
  63. Riccio G., Ruocco N., Mutalipassi M. et al. Ten-Year research update review: antiviral activities from marine organisms // Biomolecules. 2020. V. 10. № 7. Art. ID 1007. doi: 10.3390/biom10071007
  64. Rosales-Mendoza I., García-Silva O., González-Ortega O. et al. The potential of algal biotechnology to produce antiviral compounds and biopharmaceuticals // Molecules. 2020. V. 25. Art. ID 4049. doi: 10.3390/molecules25184049
  65. Saadat Y.R., Khosroushahi A.Y., Gargari B.P. A comprehensive review of anticancer, immunomodulatory and health beneficial effects of the lactic acid bacteria exopolysaccharides // Carbohydr. Polym. 2019. V. 217. Р. 79–89. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.04.025
  66. Salimi F., Farrokh P. Recent advances in the biological activities of microbial exopolysaccharides // World J. Microbiol. Biotechnol. 2023. V. 39. Art. ID 213. doi: 10.1007/s11274-023-03660
  67. Shyam P.P., Rajkumar P., Ramya V. et al. Exopolysaccharide production by optimized medium using novel marine Enterobacter cloacae MBB8 isolate and its antioxidant potential // Carbohydr. Polym. Technol. Appl. 2021. V. 2. № 25. Art. ID 100070. doi: 10.1016/jcarpta.2021.100070
  68. Spano A., Arena A. Bacterial exopolysaccharide of shallow marine vent origin as agent in counteracting immune disorders induced by herpes virus // J. Immunoassay Immunochem. 2016. V. 37. № 3. Р. 251–260. doi: 10.1080/15321819.2015.1126602
  69. Van Erp E.A., van Kampen M.R., van Kasteren P.B., de Wit J. Viral infection of human natural killer cells // Viruses. 2019. V. 11. № 3. Art. ID 243. doi: 10.3390/v11030243
  70. Vavilin V.A., Shchelkanov M.Yu., Lokshina L.Y. et al. A comparative analysis of a balance between the rates of polymer hydrolysis and acetoclastic methanogenesis during anaerobic digestion of solid waste // Water Sci. Technol. 2002. V. 45. № 10. P. 249–254. doi: 10.2166/wst.2002.0345
  71. Wang W., Wang Sh.-X., Guan H.-S. The antiviral activities and mechanisms of marine polysaccharides: an overview // Mar. Drugs. 2012. V. 10. № 12. Р. 2795–2816. doi: 10.3390/md10122795
  72. Zhu D., Adebisi W.A., Ahmad F. et al. Recent development of extremophilic bacteria and their application in biorefinery // Front Bioeng. Biotechnol. 2020. V. 8. Art. ID 483. doi: 10.3389/fbioe.2020.00483

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024