Перспективы и особенности применения метода турбидиметрического анализа для определения антимикробной активности пептидов и антибиотиков гликопептидного ряда (систематический обзор предметного поля)

Введение. Антимикробные пептиды и антибиотики, продуцируемые микроорганизмами, в большей части развитых экономически государств являются лидирующей группой в фармацевтическом производстве. Применяемые в лечении различных инфекционных заболеваний данные ЛС являются одной из наиболее широких категорий. В России антимикробные средства включены в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов. В настоящее время остро стоит проблема импортозамещения в связи со сложившейся политической ситуацией, поэтому сейчас активно разрабатывают стратегии замены импортных фармацевтических субстанций на отечественные. Количественное определение качества антибиотических препаратов является главной задачей для выпускающих эти препараты предприятий. Методики, используемые для этих задач, такие как биологические, диффузионные, турбидиметрические, спектроскопические и хроматографические анализы, нуждаются в своевременном совершенствовании и модификациях для повышения их специфичности, чувствительности и воспроизводимости, что в конечном итоге определяет качество лекарства. Цель. Целью настоящего научного исследования является сбор теоретических данных и анализ научной литературы для обзора сектора антимикробных пептидов и антибиотиков, продуцируемых микроорганизмами, в особенности антибиотиков-гликопептидов. Материалы и методы. Теоретический анализ, сравнительный анализ собранной информации, SWOT-анализ; критериальный метод анализа источников информации. Результаты и обсуждение. В данном исследовании были рассмотрены биологические методы, их актуальность для некоторых антибиотиков, таких как гликопептиды, из-за их сложной химической структуры, что затрудняет использование методов физико-химического анализа. Анализ научных публикаций на русском и иностранном (английском) языках, отражающих особенности характеристики антибиотика гликопептидного ряда – ванкомицина, его антимикробное действие, блок-схему получения и микробный синтез. При написании данного обзора использовались рецензируемые статьи, патенты и другие источники, опубликованные в период с 2019 по 2024 год, на русском и английском языке. Поиск проводили на основании следующих ключевых слов: «фармацевтический рынок», «антимикробные пептиды», «гликопептидные антибиотики», «ванкомицин», «метод диффузии в агар», «метод турбидиметрии». В результате поиска информационных источников было отобрано 50 публикаций, размещенных в иностранных и русскоязычных базах данных (PubMed, Google scholar, E-library, Cyberleninka, ГФ РФ). Была проанализирована динамика современного фармоцевтического рынка сектора антибиотиков, выделены проблемные поля, рассмотрены антибиотики, продуцируемые микроорганизмами и проведен сравнительный анализ с антимикробными пептидами. Дана характеристика основной группе антибиотиков-гликопептидов, исследуемой в настоящем обзоре, в частности ванкомицина. Описан его механизм антимикробного действия, технологическая блок-схема производства и микробный синтез на молекулярном уровне. Рассмотрены фармакопейные методы определения антимикробной активности, а именно метод диффузии в агар и турбидиметрический метод, проведен сравнительный анализ этих методик, выявлены положительные и отрицательные стороны стандартизации и контроля активности антибиотиков.

1. Андрюков, Б. Г., Беседнова, Н. Н., & Запорожец, Т. С. (2022). К 80-летию создания грамицидина С: от изучения асимметрии бактериальных молекул к открытию антимикробных пептидов. Антибиотики и химиотерапия, 67(3-4), 85-92. http://dx.doi.org/10.37489/0235-2990-2022-67-3-4-85-92

2. Белый, П. А., Лопатухин, Э. Ю., Заславская, К. Я., Федоров, С. В., Земсков, Д. Н., & Нигматова, Д. А. (2023). Новый штамм - продуцент ванкомицина Amycolatopsis japonica. Российский патент № RU2788348C1 от 17.01.2023; Бюл. № 2.

3. Близняк, О. В., & Уранова, В. В. (2023). Современные тенденции развития мирового фармацевтического рынка. Тенденции развития науки и образования, 97(9), 163-167. http://dx.doi.org/10.18411/trnio-05-2023-517

4. Ботнарюк, М. В., & Тимченко, Т. Н. (2022). Российский фармацевтический рынок: основные тренды развития и ценообразования в современных условиях. Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины, 30(2), 198-206. http://dx.doi.org/10.32687/0869-866X-2022-30-2-198-206

5. Борисенко, Е. А., & Солдатова, С. Ю. (2018). Фармакологическое действие компонентов ромашки аптечной и ее использование в косметических средствах. В Сборник материалов национальной научно-практической конференции «Биотехнология и продукты биоорганического синтеза» (стр. 135-140).

6. Венедиктова, Н. В. (2023). История получения и перспективы использования природных и полусинтетических гликопептидов. Молодая фармация-потенциал будущего, 720-724.

7. Высочанская, О. Н., Кулешова, С. И., & Симонова, Е. П. (2023). Гликопептидные антибиотики: структурно-функциональные аспекты, применение в медицине и стандартизация. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза лекарственных средств, 13(2-1), 261-270. http://dx.doi.org/10.30895/1991-2919-2022-447

8. Ковзалов, Н. С., Манаева, А. Д., & Немцева, Н. В. (2023). Нерибосомальные пептиды и их применение в современной медицине. Международный студенческий научный вестник, 2. http://dx.doi.org/10.17513/msnv.21262

9. Ковтун, Н. А., Миронов, А. В., Редько, И. А., Титарова, Ю. Ю., Базарова, М. Б., & Бояринцев, В. В. (2023). Двухлетнее исследование антимикробной активности цементного спейсера с ванкомицином in vitro. Кремлевская медицина. Клинический вестник, 4, 49-51. http://dx.doi.org/10.48612/cgma/319k-u5t5-agtb

10. Кулешова, С. И. (2015). Определение активности антибиотиков методом диффузии в агар. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения, 3.

11. Лагун, Л. В., Кашина, Н. А., & Кульвинский, Е. А. (2021). Антибактериальная активность ванкомицина в отношении метициллинорезистентных штаммов Staphylococcus aureus. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия, 23(S1), 24-25.

12. Lopatina, P. A. (2023). Pharmaceutical industry in conditions of unstable economy and prospects for its development. Economics and Business: Theory and Practice, 9(103). http://dx.doi.org/10.24412/2411-0450-2023-9-130-134

13. Марущак, М. М., & Субботина, Т. Н. (2023). Влияние санкционных мер на производство лекарственных препаратов в России. Экономика и бизнес: теория и практика, 12-1(106). http://dx.doi.org/10.24412/2411-0450-2023-12-1-136-138

14. Цзыюань, М., & Кочергин, Н. Г. (2019). Антимикробные пептиды в терапии больных вульгарными угрями. Российский журнал кожных и венерических болезней, 5-6.

15. Муравьева, В. Б., Соболева, Н. И., Махлис, О. А., Бондаренко, В. О., & Дорожкин, В. И. (2022). Сравнительная характеристика методов диффузии в агар для определения активности тилозина. Российский журнал «Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии», 1(41), 93–98. http://dx.doi.org/10.36871/vet.san.hyg.ecol.202201011

16. Олефир, Ю. В. (2018). Применение турбидиметрического метода анализа для стандартизации и оценки качества антибиотиков группы аминогликозидов и лекарственных препаратов на их основе. Антибиотики и химиотерапия, 63(7-8), 62-66.

17. Саканян, Е. И. (2022). Турбидиметрия в стандартизации и контроле качества лекарственных средств (на примере антибиотиков группы аминогликозидов). Автореферат на соискание степени канд. тех. наук, 1-23.

18. Семенова, Е. Н., & Кулешова, С. И. (2019). Определение антимикробной активности гентамицина в креме для наружного применения турбидиметрическим методом. Научный диалог: Вопросы медицины, 15-19. http://dx.doi.org/10.18411/sciencepublic-15-07-2019-05

19. Семенова, Е. Н., Кулешова, С. И., & Саканян, Е. И. (2020). Разработка турбидиметрической методики количественного определения антибиотиков группы аминогликозидов в лекарственных препаратах для медицинского применения. Антибиотики и химиотерапия, 65(7-8), 37-41. http://dx.doi.org/10.37489/0235-2990-2020-65-7-8-37-41

20. Семенова, Е. Н., Саканян, Е. И., & Кулешова, С. И. (2017). Сравнительная характеристика методов количественного определения, используемых при стандартизации и последующей оценке качества антибиотиков. Вестник Российской военно-медицинской академии, 3, 140-146.

21. Солдатова, С.Ю., Филатова, Г.Л., & Куликовская, Т.С. (2019). Листериоз - эмерджентная инфекция с пищевым путем передачи. Вестник Нижневартовского государственного университета, 2, 110-117.

22. Субботина, Т.Н., & Несук, П.И. (2023). Деятельность фармацевтических кластеров в условиях геополитического кризиса. Экономика и бизнес: теория и практика, 12-2 (106). http://dx.doi.org/10.24412/2411-0450-2023-12-2-166-169

23. Тарасевич, В. Н. (2019). Антибиотики для медицинского применения на фармацевтическом рынке Российской Федерации. Медико-фармацевтический журнал Пульс, 21(11), 101-109. http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2019-21-11-101-109

24. Халимова, А.А., Орлов, А.С., & Таубэ, А.А. (2024). Анализ локализации производства биотехнологических лекарственных препаратов в России с учетом происхождения активных фармацевтических субстанций. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза лекарственных средств, 14(1):53-61. http://dx.doi.org/10.30895/1991-2919-2024-14-1-53-61

25. Шепелин, А. П., & Домотенко, Л. В. (2019). Диско-диффузионный метод для определения чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам. Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии, 4(1), 2-5.

26. Эйдельштейн, М. В., Козлов, Р. С., Сухорукова, М. В., Иванчик, Н. В., Склеенова, Е. Ю., Тимохова, А. В., & Дехнич, А. В. (2014). Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам. Клинические рекомендации. Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии, 175-195.

27. Alexander, H. T. & Chu, Р. (1996). Abbott Laboratories, Abbott Park, Il. Process for making vancomycin. United States Patent US 5574135.

28. Barreteau, H., Patin, D., Bouhss, A., Blanot, D., Mengin-Lecreulx, D., & Touzé, T. (2020). CbrA Mediates Colicin M Resistance in Escherichia coli through Modification of Undecaprenyl-Phosphate-Linked Peptidoglycan Precursors. Journal of Bacteriology, 202:10.1128/jb.00436-20. http://dx.doi.org/10.1128/JB.00436-20

29. Bruniera, F.R., Ferreira, F.M., Saviolli, L.R., Bacci, M.R., Feder, D., da Luz Gonçalves Pedreira, M., Sorgini Peterlini, M.A., Azzalis, L.A., Campos Junqueira, V.B., & Fonseca, F.L. (2015). The use of vancomycin with its therapeutic and adverse effects: a review. European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 19(4):694-700.

30. Chen, S., Rao, M., Jin, W., Hu, M., Chen, D., Ge, M., Mao, W., & Qian, X. (2024). Metabolomic analysis in Amycolatopsis keratiniphila disrupted the competing ECO0501 pathway for enhancing the accumulation of vancomycin. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 10;40(10), 297. https://doi.org/10.1007/s11274-024-04105-9

31. Correa, M. G. (2020). Antimicrobial metal-based nanoparticles: A review on their synthesis, types and antimicrobial action. Beilstein journal of nanotechnology, 11 (1), 1450-1469. http://dx.doi.org/10.3762/bjnano.11.129

32. El-Aziz, H.A., Fathy, M.E., El-Enany, N., Aly, F.A., & Tolba, M.M. (2021). Investigation of some univariate and multivariate spectrophotometric methods for concurrent estimation of Vancomycin and Ciprofloxacin in their laboratory prepared mixture and application to biological fluids. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 253, 119570. http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2021.119570

33. Heng, W. L. (2012). From penicillin-streptomycin to amikacin-vancomycin: antibiotic decontamination of cardiovascular homografts in Singapore. PloS one, 7 (12). http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0051605

34. Jekhmane, S., Derks, M.G.N., Maity, S., Slingerland, C.J., Tehrani, K.H.ME., Medeiros-Silva, J., Charitou, V., Ammerlaan, D., Fetz, C., Consoli, N.A., Cochrane, R.V.K., Matheson, E.J., van der Weijde, M., Elenbaas, B.O.W., Lavore, F., Cox, R., Lorent, J.H., Baldus, M., Künzler, M., Lelli, M., Cochrane, S.A., Martin, N.I., Roos, W.H., Breukink, E., & Weingarth, M. (2024). Host defence peptide plectasin targets bacterial cell wall precursor lipid II by a calcium-sensitive supramolecular mechanism. Nature Microbiology, 9(7), 1778-1791. http://dx.doi.org/10.1038/s41564-024-01696-9

35. Jung, H.M., Kim, S.Y., Moon, H.J., Oh, D.K., & Lee, J.K. (2007). Optimization of culture conditions and scale-up to pilot and plant scales for vancomycin production by Amycolatopsis orientalis. Applied Microbiology and Biotechnology, 77(4), 789-95. http://dx.doi.org/10.1007/s00253-007-1221-4

36. Li, Q., Montalban-Lopez, M., & Kuipers, O.P. (2018). Increasing the Antimicrobial Activity of Nisin-Based Lantibiotics against Gram-Negative Pathogens. Applied and Environmental Microbiology, 84, e00052-18. http://dx.doi.org/10.1128/AEM.00052-18

37. Li, X., Zuo, S., Wang, B., Zhang, K., & Wang, Y. (2022). Antimicrobial Mechanisms and Clinical Application Prospects of Antimicrobial Peptides. Molecules, 27(9), 2675. http://dx.doi.org/10.3390/molecules27092675

38. Ling, L.L., Schneider, T., Peoples, A.J., Spoering, A.L., Engels, I., Conlon, B.P., Mueller, A., Schäberle, T.F., Hughes, D.E., Epstein, S., Jones, M., Lazarides, L., Steadman, V.A., Cohen, D.R., Felix, C.R., Fetterman, K.A., Millett, W.P., Nitti, A.G., Zullo, A.M., Chen, C., & Lewis, K. (2015). A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance. Nature, 517(7535), 455-9. http://dx.doi.org/10.1038/nature14098

39. Liu, Y., Shuangyang, D., Jianzhong, Sh., & Kui, Zhu. (2019). Nonribosomal antibacterial peptides that target multidrug-resistant bacteria. Natural product reports, 36 (4), 573-592. http://dx.doi.org/10.1039/C8NP00031J

40. Luo, Y., & Song, Y. (2021). Mechanism of Antimicrobial Peptides: Antimicrobial, Anti-Inflammatory and Antibiofilm Activities. International Journal of Molecular Sciences, 22(21), 11401. http://dx.doi.org/10.3390/ijms222111401

41. Teixeira da Trindade, M., Kogawa, A.C., & Nunes Salgado, H. R. (2021). Turbidimetric Method: A Multi-Vantageous Option for Assessing the Potency of Ceftriaxone Sodium in Powder for Injection. Journal of AOAC International, 104 (1), 204–210. http://dx.doi.org/10.1093/jaoacint/qsaa085

42. Marschall, E., Cass, R.W., Prasad, K.M., Swarbrick, J.D., McKay, A.I., Payne, J.A.E., Cryle, M.J., & Tailhades, J. (2023). Synthetic ramoplanin analogues are accessible by effective incorporation of arylglycines in solid-phase peptide synthesis. Chemical Science, 15(1), 195-203. http://dx.doi.org/10.1039/d3sc01944f

43. Ned, P.B., Halana, C., Vlaming С., Kotsogianni, I., Arts, M., Willemse, J., Duan, Y., Alexander, F. M., Cochrane, St.A., Schneider, T., & Martin, N.I. (2024). A classic antibiotic reimagined: Rationally designed bacitracin variants exhibit potent activity against vancomycin-resistant pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121, 29. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2315310121

44. Nicolaou, K. C., Nicolaou, K.C., Mitchell, H.J., Jain, N.F., Winssinger, N., Hughes, R., & Bando, T. (1999). Total synthesis of vancomycin. Angewandte Chemie International Edition, 38 (1‐2), 240-244. http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19990115)38:½

45. Park, J.H., Reviello, R.E., & Loll, P.J. (2024). Crystal structure of vancomycin bound to the resistance determinant D-alanine-D-serine. Journal from the International Union of Crystallography, 11(2), 133-139. http://dx.doi.org/10.1107/S2052252524000289

46. Do Nascimento, P.A., Kogawa, A.C., & Nunes Salgado, H.R. (2020). Turbidimetric Method: A New, Ecological, and Fast Way to Evaluate of Vancomycin Potency, Journal of AOAC International, 103 (6), 1582–1587. http://dx.doi.org/10.1093/jaoacint/qsaa068

47. Ponder, C., & Overcash, M. (2010). Cradle-to-gate life cycle inventory of vancomycin hydrochloride. Science of the Total Environment, 408(6), 1331-7. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.10.057

48. Protić, S., Kaličanin, N., Sencanski, M., Prodanović, O., Milicevic, J., Perovic, V., Paessler, S., Prodanović, R., & Glisic, S. (2023). In Silico and In Vitro Inhibition of SARS-CoV-2 PLpro with Gramicidin D. International Journal of Molecular Sciences, 24(3), 1955. http://dx.doi.org/10.3390/ijms24031955

49. Tótoli, E. G., & Salgado, H. R. N. (2013). Development and validation of a rapid turbidimetric assay to determine the potency of ampicillin sodium in powder for injectable solution. Analytical Methods, 5 (21), 5923-5928. http://dx.doi.org/10.1039/C3AY40847G

50. Trimble, M.J., Mlynárčik, P., Kolář, M., & Hancock, R.E. (2016). Polymyxin: Alternative Mechanisms of Action and Resistance. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 6(10), 025288. http://dx.doi.org/10.1101/cshperspect.a025288

51. Vila, M. M. D. C., Machado de Oliveira, R., Gonçalves, M.M., & Tubino, M. (2007). Analytical methods for vancomycin determination in biological fluids and in pharmaceuticals. Química Nova, 30, 395-399. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422007000200029

52. Zhu, J., Wang, S., Wang, C., Wang, Z., Luo, G., Li, J., Zhan, Y., Cai, D., & Chen, S. (2023). Microbial synthesis of bacitracin: Recent progress, challenges, and prospects.Synthetic and Systems Biotechnology, 8(2), 314-322. http://dx.doi.org/10.1016/j.synbio.2023.03.009