epidemiologyЭпидемиология и ВакцинопрофилактикаEpidemiology and Vaccinal Prevention2073-30462619-0494«Numicom» LLC10.31631/2073-3046-2024-23-3-19-26epidemiology-2010Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESФотодинамическая инактивация как перспективный метод борьбы с резистентными штаммами стафилококковPhotodynamic Inactivation as a Promising Method of Combating Resistant Strains of Staphylococcihttps://orcid.org/0000-0001-9317-4816КвашнинаД. В.KvashninaD. V.

Дарья Валерьевна Квашнина – к. м. н., доцент кафедры эпидемиологии, микробиологии и доказательной медицины

 603950, БОКС-470, г. Нижний Новгород, пл. Минина и Пожарского, д.10/1

+7 (831) 422-12-50

+7 (906) 366-81-49

факс: +7 (831) 439-01-84

e-mail: kanc@pimunn.net

Darya V. Kvashnina - Cand. Sci. (Med.), associate professor of the Department of Epidemiology, Microbiology and Evidence-Based, Medicine Privolzhsky Research Medical University

10/1, Minin and Pozharsky square, BOX-470, Nizhny Novgorod, 603950

+7 (906) 366-81-49

daria_tsariova@mail.ruШироковаИ. Ю.ShirokovaI. Yu.

Ирина Юрьевна Широкова – к. м. н., врач-бактериолог, заведующая бактериологической лабораторией Университетской клиники

г. Нижний Новгород

+7 (929) 042-65-15

Irina Yu. Shirokova – Cand. Sci. (Med.), Head of the Bacteriological laboratory, bacteriologist

Nizhny Novgorod

+7 (929) 042-65-15

shirokova_i@pimunn.netБелянинаН. А.BelyaninaN. A.

Наталья Александровна Белянина – биолог бактериологической лаборатории Университетской клиники

г. Нижний Новгород

+7 (920) 024-31-71

Natalya A. Belyanina – biologist of the bacteriological laboratory of the University Clinic

Nizhny Novgorod

+7 (920) 024-31-71

belyanina_n@pimunn.netИвановаО. В.IvanovaO. V.

Ольга Владимировна Иванова – лаборант научно-исследовательского отдела

г. Нижний Новгород

+7 (953) 550-05-29

Olga V. Ivanova – laboratory assistant of the research department

Nizhny Novgorod

+7 (953) 550-05-29

xelga.vladimirovna@mail.ruСтифееваН. В.StifeevN. V.

Наталья Васильевна Стифеева – лаборант научно-исследовательского отдела

г. Нижний Новгород

+7 (960) 194-28-20

Natalia V. Stifeeva – laboratory assistant of the research department

Nizhny Novgorod

+7 (960) 194-28-20

stifeeva.n@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9595-547XКовалишенаО. В.KovalishenaO. V.

Ольга Васильевна Ковалишена – д. м. н., заведующий кафедрой эпидемиологии, микробиологии и доказательной медицины

г. Нижний Новгород

+7 (903) 608-39-08

Olga V. Kovalishena – Dr. Sci. (Med.), Head of the Department of Epidemiology, Microbiology and Evidence-Based Medicine

Nizhny Novgorod

+7 (903) 608-39-08

kovalishena_o@pimunn.nethttps://orcid.org/0000-0003-1482-2809СырбуС. А.SyrbuS. A.

Сырбу Сергей Александрович – д. х. н., заведующий лабораторией «Новые материалы на основе макроциклических соединений»

г. Иваново

Sergey A. Syrbu – Dr. Sci. (Chemical), Head of the laboratory «New Materials based on macrocyclic compounds»

Ivanovo

ssa@isc-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7260-3239ЛебедеваН. Ш.LebedevaN. Sh.

Лебедева Наталья Шамильевна – д. х. н., заведующая лабораторией «Физическая химия супрамолекулярных систем на основе макроциклических соединений и полимеров»

г. Иваново

+7 (4932) 33-62-72

Natalia Sh. Lebedeva – Dr. Sci. (Chemical), Head of the Laboratory «Physical Chemistry of supramolecular systems based on macrocyclic compounds and polymers»

Ivanovo

+7 (4932) 33-62-72

nsl@isc-ras.ruФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Privolzhsky Research Medical University» of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г. А. Крестова Российской академии наукРоссияG.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024090720242331926Copyright © Квашнина Д.В., Широкова И.Ю., Белянина Н.А., Иванова О.В., Стифеева Н.В., Ковалишена О.В., Сырбу С.А., Лебедева Н.Ш., 20242024Квашнина Д.В., Широкова И.Ю., Белянина Н.А., Иванова О.В., Стифеева Н.В., Ковалишена О.В., Сырбу С.А., Лебедева Н.Ш.Kvashnina D.V., Shirokova I.Y., Belyanina N.A., Ivanova O.V., Stifeev N.V., Kovalishena O.V., Syrbu S.A., Lebedeva N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.epidemvac.ru/jour/article/view/2010

Актуальность. Разработка противомикробных препаратов и альтернативных методов, технологий и средств профилактики, диагностики и лечения инфекционных заболеваний человека, вызванных антибиотикорезистентными микроорганизмами, является одной из приоритетных задач обеспечения биологической безопасности страны. Цель. Оценить бактерицидную активность тетрапиррольных макрогетероциклов (порфиринов) при разной длительности облучения светом по отношению к стафилококкам, in vitro. Материалы и методы. Исследуемые штаммы микроорганизмов: музейные штаммы микроорганизмов S. aureus ATCC 29213, S. epidermidis ATCC 14990 и антибиотикорезистентные штаммы бактерий рода Staphylococcus (n = 18), выделенные из клинического биоматериала и с объектов окружающей среды в медицинской организации. Исследуемые фотосенсибилизаторы: соединения водорастворимых несимметрично замещенных порфиринов, содержащих на периферии порфиринового цикла гетероциклические фрагменты (остатки бензоксазола, N-метилбензимидазола и бензотиазола). Результаты и обсуждение. Активность всех трех соединений порфиринов по отношению к музейным штаммам стафилококков и 77,8% клинических антибиотикорезистентных штаммов (n=14, 95% ДИ [20,1–97,5] оказалась максимальной (полный лизис) уже после 10 минут облучения. Выводы. Протестированные тетрапиррольные макрогетероциклы (порфирины) проявляют бактерицидную активность в отношении музейных и клинических штаммов стафилококков с разным уровнем резистентности к антибиотикам, что определяет их перспективы применения как противомикробных лекарственных препаратов.

Relevance. The development of antimicrobial drugs and alternative methods, technologies and means of prevention, diagnosis and treatment of human infectious diseases caused by antibiotic-resistant microorganisms is one of the priorities of ensuring the biological safety of the country. Aims. To evaluate the bactericidal activity of tetrapyrrole macroheterocycles (porphyrins) at different light irradiation durations in relation to staphylococci, in vitro. Materials and methods. Studied strains of microorganisms: museum strains of microorganisms – S. aureus ATCC 29213, S. epidermidis ATCC 14990 and antibiotic-resistant strains of bacteria of the genus Staphylococcus (n=18) isolated from clinical biomaterial and from environmental objects in a medical organization. The studied chemical compounds are three different compounds of water-soluble asymmetrically substituted porphyrins containing heterocyclic fragments on the periphery of the porphyrin cycle (residues of benzoxazole, N-methylbenzimidazole and benzothiazole). Results. The activity of all three porphyrin compounds in relation to museum strains of staphylococcus and 77.8% of clinical antibiotic-resistant strains (n=14; 95% CI 20.1-97.5) turned out to be maximal (complete lysis) after 10 minutes of irradiation. Conclusions. The tested tetrapyrrole macroheterocycles (porphyrins) exhibit bactericidal activity against museum and clinical strains of staphylococcus, with different levels of antibiotic resistance, which determines Keywords: antibiotic resistance, water-soluble porphyrin, photodynamic inactivation, photosensitizer, photochemistry, staphylococci No conflict of interest to declare.

фотодинамическая инактивацияфотосенсибилизаторводорастворимый порфиринстафилококкиантибиотикорезистентностьфотохимияantibiotic resistancewater-soluble porphyrinphotodynamic inactivationphotosensitizerphotochemistrystaphylococciReferencesEuropean Centre for Disease Prevention and Control. Antimicrobial consumption in the EU/EEA (ESAC-Net) -Annual Epidemiological Report 2022. Stockholm: ECDC; 2023. https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/AER-antimicrobial-consumption.pdf.European Centre for Disease Prevention and Control. Antimicrobial consumption in the EU/EEA (ESAC-Net) -Annual Epidemiological Report 2022. Stockholm: ECDC; 2023.Global antimicrobial resistance surveillance system (GLASS) report: early implementation 2016-2017. Geneva: World Health Organization; 2017. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.Global antimicrobial resistance surveillance system (GLASS) report: early implementation 2016-2017. Geneva: World Health Organization; 2017. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.Карпов О. Э., Гусаров В. Г., Камышова Д. А. и др. Оценка эффективности применения стратегии сдерживания антибиотикорезистентности: результаты десятилетнего исследования в многопрофильном стационаре. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2023 Т. 25, №3. С. 283–295.Karpov OE, Gusarov VG, Kamyshova DA, et al. Evaluation of the effectiveness of antimicrobial stewardship program: results from a ten-year study in a multidisciplinary hospital Clinical microbiology and antimicrobial chemotherapy.2023;25(3):283-295 (In Russ). DOI 10.36488/cmac.2023.3.283-295.Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25 сентября 2017 года N 2045-р «Об утверждении «Стратегии предупреждения распространения антимикробной резистентности в Российской Федерации на период до 2030 года».Rasporyazheniye Pravitel’stva Rossiyskoy Federatsii ot 25 sentyabrya 2017 goda N 2045-r «Ob utverzhdenii «Strategii preduprezhdeniya rasprostraneniya antimikrobnoy rezistentnosti v Rossiyskoy Federatsii na period do 2030 goda» (In Russ).Meerovich G., Akhlyustina E., Romanishkin I., et al. Photodynamic inactivation of bacteria: Why it is not enough to excite a photosensitizer. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2023 Vol. 44. 103853.Meerovich G, Akhlyustina E, Romanishkin I, et al. Photodynamic inactivation of bacteria: Why it is not enough to excite a photosensitizer. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2023;44:103853. doi: 10.1016/j.pdpdt.2023.103853.Rapacka-Zdończyk A., Woźniak A., Michalska K., et al. Factors Determining the Susceptibility of Bacteria to Antibacterial Photodynamic Inactivation. Front Med (Lausanne). 2021 Vol.12, N8. 642609.Rapacka-Zdończyk A, Woźniak A, Michalska K, et al. Factors Determining the Susceptibility of Bacteria to Antibacterial Photodynamic Inactivation. Front Med (Lausanne). 2021;12(8):642609. doi: 10.3389/fmed.2021.642609.Wozniak A., Grinholc M. Combined Antimicrobial Activity of Photodynamic Inactivation and Antimicrobials-State of the Art. Front Microbiol. 2018 Vol.8. N9. P. 930.Wozniak A, Grinholc M. Combined Antimicrobial Activity of Photodynamic Inactivation and Antimicrobials-State of the Art. Front Microbiol. 2018; 9(8):930. doi: 10.3389/fmicb.2018.00930.Kharkwal G., Sharma S., Huang Y., et al. Photodynamic therapy for infections: clinical applications. Lasers Surg Med. 2011 Vol. 43, N7. P.755–767.Kharkwal G, Sharma S, Huang Y, et al. Photodynamic therapy for infections: clinical applications. Lasers Surg Med. 2011;43(7):755–67. doi: 10.1002/lsm.21080.Кувшинов А.В., Наумович С.А. Основные механизмы фотодинамической терапии. Современная стоматология. 2012 Т. 54, №1. С. 18–21.Kuvshinov AV, Naumovich SA. Osnovnyye mekhanizmy fotodinamicheskoy terapii. Sovremennaya stomatologiya. 2012;54(1):18–21. (In Russ).Pérez C, Zúñiga T, Palavecino C. Photodynamic therapy for treatment of Staphylococcus aureus infections. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2021 Vol. 34. P.102285.Pérez C, Zúñiga T, Palavecino C. Photodynamic therapy for treatment of Staphylococcus aureus infections. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2021;34:102285. doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102285.Rkein A., Ozog D. Photodynamic therapy. Dermatol Clin. 2014 Vol. 32, N3. P. 415–425.Rkein AM, Ozog DM. Photodynamic therapy. Dermatol Clin. 2014 Jul;32(3):415–25, x. doi: 10.1016/j.det.2014.03.009. PMID: 24891062.Sułek A., Pucelik B., Kobielusz M., et al. Photodynamic inactivation of bacteria with porphyrin derivatives: effect of charge, lipophilicity, ROS generation, and cellular uptake on their biological activity in vitro. Int J Mol Sci. 2020 Vol.21. P.8716.Sułek A, Pucelik B, Kobielusz M, et al. Photodynamic inactivation of bacteria with porphyrin derivatives: effect of charge, lipophilicity, ROS generation, and cellular uptake on their biological activity in vitro. Int J Mol Sci. 2020;21:8716. DOI: 10.3390/ijms21228716.Раджабов А.А., Дербенев В.А., Исмаилов Г.И., и др. Антибактериальная фотодинамическая терапия гнойных ран мягких тканей. Лазерная медицина. 2017 Т. 21, №2. С. 46–49.Radjabov AA, Derbenev VA, Ismailov GI, et al. Antibacterial photodynamic therapy of purulent wounds in soft tissues. Laser Medicine. 2017;21(2):46–49. (In Russ.) https://doi.org/10.37895/2071-8004-2017-21-2-46-49.Dabrowski J. Reactive oxygen species in photodynamic therapy: mechanisms of their generation and potentiation. Adv. Inorg. Chem. 2017 Vol. 70. P. 343–394.Dabrowski J. Reactive oxygen species in photodynamic therapy: mechanisms of their generation and potentiation. Adv. Inorg. Chem. 2017; 70:343–394. doi: 10.1016/bs.adioch.2017.03.002Kustov A., Morshnev Ph., Kukushkina N., et al. The effect of molecular structure of chlorin photosensitizers on photo-bleaching of 1,3-diphenylisobenzofuran—the possible evidence of iodine reactive species formation. Comptes Rendus Chimie. 2022 Vol.25. P.97.Kustov A, Morshnev Ph, Kukushkina N, et al. The effect of molecular structure of chlorin photosensitizers on photo-bleaching of 1,3-diphenylisobenzofuran—the possible evidence of iodine reactive species formation. Comptes Rendus Chimie. Comptes Rendus Chimie, 2022;25:97-102; DOI: 10.5802/crchim.158.Lebedeva NS, Gubarev YA, Koifman MO, et al. The Application of Porphyrins and Their Analogues for Inactivation of Viruses. Molecules. 2020 Vol. 25, N19. P. 4368.Lebedeva NS, Gubarev YA, Koifman MO, et al. The Application of Porphyrins and Their Analogues for Inactivation of Viruses. Molecules.2020;25(19):4368. DOI: 10.3390/molecules25194368.Киселев А. Н., Лебедев М. А., Сырбу С. А. и др. Синтез и исследование водорастворимых несимметричных катионных порфиринов как потенциальных фотоинактиваторов патогенов. Известия Академии наук. Серия химическая. 2022 Т. 71, № 12. С. 2691–2700.Kiselev AN, Lebedev MA, Syrbu SA, et al. Sintez i issledovaniye vodorastvorimykh nesimmetrichnykh kationnykh porfirinov kak potentsial’nykh fotoinaktivatorov patogenov. Izvestiya Akademii nauk. Seriya khimicheskaya.2022;71(12):2691–2700. (In Russ).Рекомендации. Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам. Версия 2021–01. Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии. М.: 2021. https://www.antibiotic.ru/files/321/clrec-dsma2021.pdf. Ссылка активна на 01.04.2024.Rekomendacii. Opredelenie chuvstvitel’nosti mikroorganizmov k antimikrobnym preparatam. Versiya 2021-01. Mezhregional’naya associaciya po klinicheskoj mikrobiologii i antimikrobnoj himioterapii. M.: 2021. Accessed April 1, 2024. (In Russ.). https://www.antibiotic.ru/files/321/clrec-dsma2021.pdfАсланов Б. И., Зуева Л. П., Пунченко О. Е. и др. Рациональное применение бактериофагов в лечебной и противоэпидемической практике. Методические рекомендации. Москва, 2022. 32 с.Aslanov BI, Zuyeva LP, Punchenko OYe, et al. Ratsional’noye primeneniye bakteriofagov v lechebnoy i protivoepidemicheskoy praktike. Metodicheskiye rekomendatsii. Moskva, 2022.32 p. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.