Харківський Національний університет імені В.Н. каразіна
Адіб Халаф Фадел АлАмуш
УДК 577.352+577.182.26
Вплив граміцидину S на агрегаціютромбоцитів і стійкість мембран еритроцитів до гемолізу
03.00.13 - фізіологія людини i тварин
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Харків - 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор
Перський Євген Ефроїмович,
Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, завідувач кафедри біохімії
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор
Гордієнко Євген Олександрович,
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України,
завідувач відділу низькотемпературного консервування
доктор біологічних наук, професор
Клімова Олена Михайлівна,
Державне підприємство Інститут хірургії АМН України,
завідувач діагностичної лабораторії
Захист відбудеться 09.04.2008 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.17 у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна МОН України, 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. ІІІ-15.
З дисертацією можна ознайомитися в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна МОН України: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4.
Автореферат розісланий 07.03.2008 року
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Взаємодія біологічно активних сполук з клітинними мембранами лежить в основі протікання і регуляції великої кількості фізіологічних процесів, і її вивчення є однією з найважливіших проблем біології.
Хоча сучасна фізіологія досягла суттєвих успіхів у дослідженні цієї проблеми, багато ще у ній залишається незрозумілим. Це стосується і молекулярних механізмів взаємодії ряду антибіотиків, зокрема, граміцидину S, з клітинними мембранами.
Граміцидин S має різнобічну біологічну активність. Подавляючи грампозитивні та, дещо слабкіше, грамнегативні бактерії, він в той же час згубно діє на клітини тваринного организму. Саме тому він використовується в медицині лише як зовнішній лікарський засіб [Гаузе Г.Ф., 1952, Арнаудов Г.Д., 1978 ].
Однак, незважаючи на більш ніж півстолітню історію використання антибіотику після його повного хімічного синтезу, чітких уявлень про причини та механізми його біологічної активності досі не існує.
Усі наявні уявлення зводяться лише до природного припущення про те, що руйнування фосфоліпідних мембран при взаємодії з граміцидином S є результатом його особливих властивостей, характерних для будь-яких дефектоутворюючих часток на межі мембрана - оточуючий розчин [ EdidinV, 2002].
Практично не існує навіть феноменологічного опису загальних рис і особливостей взаємодії антибіотика з різними типами тваринних клітин. До цього часу дослідження проводились, в основному, на модельних фосфоліпидних мембранах, а ефекти граміцидину S оцінювались лише за його гемолітичною дією[Гаузе Г.Ф.,1952; Егоров Н.С.,1994] . В той же час практично не вивчались особливості дії граміцидину S на мембрани нативных клітин. Немає відомостей про вплив ліпідного складу плазматичних мембран на характер біологічної активності граміцидину S. Невідома роль структурного стану мембран в їх стійкості по відношенню до нього. До сих пір за межами уваги дослідників залишались також, як правило, характер і ступінь впливу антибіотика на структурно-функціональні властивості клітин еукаріот.
Між тим, необхідність таких досліджень визначається, як мінімум, двома причинами По-перше, такі відомості важливі для розуміння загальних принципів взаємодії сполук, подібних до граміцидину S, з мембранами клітин. По-друге, вони, в принципі, можуть бути корисними для з’ясування шляхів зниження активності граміцидину S по відношенню до тваринних клітин без втрати його протимікробної активності.
Для вирішення цих проблем доцільним є вивчення дії граміцидину S на клітини крові, насамперед, на тромбоцити і еритроцити. Це визначається головним чином тим, що при потраплянні в організм граміцидина S він неминуче повинен взаємодіяти з цими клітинами. Тромбоцити та еритроцити, в свою чергу, відіграють найважливішу роль в процесах гемостаза та транспорта сполук відповідно. Серед цих процесів головними є агрегація тромбоцитів і постачання в тканини кисню та вилучення з них вуглекислого газу. Крім того, на цей час накопичені фундаментальні відомості про структурну організацію, властивості та функції цих клітин [MurrerE.H., DayH.I., 1974; WalshP.N., 1974; McMillanD.C., PowellC., BowmanZ.S., 1995; GnatenkoD.V., PerrottaP.L., BahouW.I., 2006]. Тому вони є хорошими та досить зручними моделями для вивчення дії граміцидину S, оскільки характер їх змін при цьому дозволить зробити висновки про механізми біологічної активності антибіотика.
В зв’язку з цим актуальним є вивчення впливу граміцидину S на агрегацію тромбоцитів і стійкість еритроцитів до гемолізу invitroу середовищах різного іонного складу і при модифікації структурного стану мембран фізичними і хімічними факторами.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно з планом науково-дослідних робіт Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна: в рамках держбюджетних тем "Закономірності фізико-біохімічних та структурно-функціональних механізмів адаптації біологічних сполук до несприятливих факторів середовища в онтогенезі" (№ держреєстрації 0103U005734) та “Механізми впливу фізичних факторів і біологічно активних речовин на ДНК, білки та біомембрани" (№ держреєстрації 0197U016741)
Мета і задачі дослідження. Метою роботи було встановлення закономірностей агрегації тромбоцитів та гемолізу еритроцитів під впливом граміцидину S за умов дії різних факторів, що змінюють хімічний склад та структурний стан мембран.
Для вирішення цієї мети були поставлені наступні задачі:
1. Дослідити концентраційну залежність впливу граміцидину S на зміни форми тромбоцитів.
2. Вивчити концентраційну залежність впливу граміцидину S на АДФ-індуковану агрегацію тромбоцитів за умов дії різної концентрації Са2+ і Mg2+ та оцінити енергію активації цього процесу.
3. Дослідити вплив різних фізико-хімічних чинників (температура, іонізуюче опромінення, перекисне окислення ліпідів мембран) на АДФ-індуковану агрегацію тромбоцитів.
4. Вивчити концентраційну залежність гемолізу еритроцитів під дією граміцидину S та оцінити енергію активації цього процесу.
5. Дослідити вплив ліпідного складу та перекисного окислення ліпідів мембран еритроцитів на їх гемоліз за дією граміцидину S.
Об'єкти дослідження - комплекси граміцидину S з мембранами тромбоцитів і еритроцитів.
Предмет дослідження – агрегація тромбоцитів та гемоліз еритроцитів під впливом граміцидину S.
Методи дослідження – оптичний метод реєстрацій агрегації тромбоцитів та гемолізу еритроцитів, спектрофотометрія, полум'яна фотометрія, полярізаційно-флуоресцентна мікроскопія, тонкошарова хроматографія, визначення продуктів ПОЛ, методи статистичного аналізу.
Наукова новизна одержаних результатів. У роботі було вивчено вплив граміцидину S на агрегацію тромбоцитів і гемоліз еритроцитів в умовах модифікації плазматичних мембран г-опроміненням та біологічно активними сполуками. Вперше встановлено, що взаємодія граміцидину S з інтактними тромбоцитами призводить до їх набрякання і зміни форми, подібної до такої, що відбувається під впливом відомих індукторів агрегації. Цей процес є Са2+, Mg2+ - залежним.
Вперше продемонстровано, що граміцидин S руйнує агрегати тромбоцитів, що утворюються під впливом індукторів агрегації, не руйнуючи при цьому плазматичну мембрану клітин.
Встановлено, що зменшення впорядкованості ліпідів у плазматичній мембрані тромбоцитів та еритроцитів при їх г-опроміненні чи перекісному окисленні ліпідів веде до полегшення вбудовування граміцидину S до мембрани, але, водночас, призводить й до зменшення міцності зв'язування антибіотика до неї.
Показано, що ступінь і швидкість дезагрегації тромбоцитів граміцидином S найбільші в області структурних фазових переходів ліпідів мембран (180С – 330С). При вищих температурах ці параметри дезагрегації знижуються, що свідчить про більшу стійкість агрегатів при температурі тіла.
На еритроцитах здорових донорів і людей з серцево-судинними захворюваннями вперше доведено, що біологічна активність граміцидину S залежить від вмісту холестерину та відношення холестерин/фосфоліпіди в мембранах. Його збільшення знижує гемолітичну дію антибіотика по відношенню до цих клітин.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані експериментальні результати виявили характер взаємодії граміцидину S з інтактними тромбоцитами і еритроцитами - набрякання, зміна форми і руйнування агрегатів перших і гемоліз других, а також особливості цих процесів в залежності від структурного стану клітинних мембран – рівня їх розпорядкованості під дією іонізуючого опромінення, перекисного окислення ліпідів і відношення холестерин/фосфоліпіди. Отримані дані розширюють уявлення про механізми взаємодії пептидних антибіотиків з клітинними мембранами і можуть бути використані при розробці штучних антибіотиків, не руйнуючих тваринні клітини. Їх можна також залучати при читанні загальних і спеціальних курсів лекцій «Біоорганічна хімія», «Біохімія», «Клітинна фізіологія» тощо у вищих навчальних закладах.
Особистий внесок здобувача. Вибір теми дисертаційної роботи, постановка мети і задач, вибір об'єктів та методів досліджень, обговорення та інтерпретація одержаних експериментальних результатів і формулювання висновків було здійснено разом з науковим керівником.