medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-4-368-374medlit-2167Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEВлияние на активность микроорганизмов системного гомеостатического регулятора — ассоциатов пероксидных анион-радикаловThe impact of systemic homeostatic regulator — associates of peroxide anion radicals on the activity of microorganismshttps://orcid.org/0000-0002-3153-8706ИксановаТатьяна ИсмаиловнаIksanovaTatiana I.

Вед. биолог отд. гигиены ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: TIksanova@cspmz.ru

Leading biologist, Environmental Health department of the Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the FMBA of Russia (Centre for Strategic Planning, Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: TIksanova@cspmz.ru

tiksanova@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8750-0686СтехинА. А.StekhinAnatoly A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8766-2773ЯковлеваГ. В.YakovlevaGalina V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9050-3757КаменецкаяД. Б.KamenetskayaDarya B.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7194-9131МихайловаР. И.MikhailovaRufina I.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4772-9686ЗагайноваА. В.ZagainovaAngelika V.noemail@neicon.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCenter for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risk of Federal Medical Biological AgencyRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияNational Medical Research Center for Rehabilitation and Balneology of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation2022060520221014368374Copyright © Иксанова Т.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Каменецкая Д.Б., Михайлова Р.И., Загайнова А.В., 20222022Иксанова Т.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В., Каменецкая Д.Б., Михайлова Р.И., Загайнова А.В.Iksanova T.I., Stekhin A.A., Yakovleva G.V., Kamenetskaya D.B., Mikhailova R.I., Zagainova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2167Введение

Введение. Работа посвящена изучению влияния пероксидных анион-радикалов в субмикромольных концентрациях и структурной организации фазы ассоциированной воды в питьевых водах, подвергаемых активации физическими методами, на жизнеспособность ряда микроорганизмов, аналогичных биоте желудочно-кишечного тракта человека.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследования осуществляли с использованием стандартных методик микробиологического анализа питьевых вод на микроорганизмах штаммов Escherichia coli 1257, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enteritidis 5765, Enterococcus faecalis АТСС 29212, Klebsiela pneumoniae subsp. pneumoniae АТСС 700603, Citrobacter freundii 101/57. Оценку изменений физических параметров вод до и после их обработки с применением исследуемых технологий проводили по электрофизическим и физико-химическим показателям (водородный показатель, окислительно-восстановительный потенциал, содержание пероксидного анион-радикала); структурно-энергетическим показателям (по доле фазы ассоциированной воды и плотности её распределения по энергетическим уровням).

Результаты

Результаты. Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее сильное стабилизирующее влияние на жизнеспособность микроорганизмов, реализующих АТФ-фазный энергетический метаболизм, оказывают ассоциаты пероксидных анион-радикалов, управляющие метаболическими процессами и обеспечивающие внесубстратный канал поддержания энергетической функции микроорганизмов. Предполагаем, что каталитически активные воды обладают системным регуляторным действием, обеспечивая поддержание гомеостаза микроорганизмов. Подобное регулирование возможно и в кишечной микробиоте организма для поддержания или подавления активности конкурирующих микроорганизмов при употреблении человеком биокаталитически активных (в диапазоне концентраций пероксидных анион-радикалов в питьевых водах от 0,1 до 40 мкг/л) питьевых вод. Можно предположить, что это позволит решить ряд вопросов, связанных с этиологией и патофизиологией ряда гастроэнтерологических заболеваний, обусловленных изменением электрофизического состояния внутренней среды желудочно-кишечного тракта, промотирующего появление и развитие конкурирующей, адаптированной к среде с низкой электрон-донорной способностью бактериальной микробиоты.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Полученные в результате эксперимента данные по биоте, аналогичной кишечной микробиоте человека, представляют научный интерес, и для продолжения работ в этом направлении необходимы исследования с участием теплокровных животных.

Заключение

Заключение. Физически обработанные воды влияют на прирост или угнетение колоний кишечной биоты, что возможно связать с управляющей ролью пероксидных анион-радикалов во внутриклеточных метаболических процессах микроорганизмов.

Участие авторов

Участие авторов:

Иксанова Т

Иксанова Т.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала;

Стехин А

Стехин А.А., Яковлева Г.В. — написание текста;

Каменецкая Д

Каменецкая Д.Б., Загайнова А.В. — концепция и дизайн исследования;

Михайлова Р

Михайлова Р.И. — редактирование.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Статья подготовлена в рамках Государственного задания № АААА-А18-118020590087-5 Федерального медико-биологического агентства.

Поступила

Поступила: 02.02.2022 / Принята: 12.04.2022 / Опубликована: 30.04.2022

Introduction

Introduction. This work is devoted to the study of the effect of peroxide anion radicals in submicromol concentrations and the structural organization of the associated water phase in drinking waters, activated by physical methods on the viability of a number of microorganisms in the human gastrointestinal tract.

Materials and methods

Materials and methods. Studies were carried out using standard methods of microbiological analysis of drinking water on microorganisms of Escherichia coli 1257, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enteritidis 5765, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Klebsiela pneumoniae subsp. pneumoniae ATCC 700603, Citrobacter freundii 101/57. Evaluation of changes in the physical parameters of water before and after treatment with the studied technologies was carried out using electrophysical and physical-chemical parameters (hydrogen index, redox potential, content of peroxide anion radical); structural and energy indicators (by the share of the associated water phase and the density of its distribution by energy levels).

Results

Results. The data obtained indicate the strongest stabilizing effect on the viability of microorganisms implementing ATP-phase energy metabolism to be exerted by associates of peroxide anion radicals controlling metabolic processes and providing an extra-substrate channel for maintaining the energy function of microorganisms. We assume that catalytically active waters have a systemic regulatory effect, ensuring the maintenance of homeostasis of microorganisms. Similar regulation is also possible in the intestinal microbiota of the body to maintain or suppress the activity of competing microorganisms when a person uses biocatalytically active (in the range of concentrations of peroxide anion radicals in drinking water from 0.1 to 40 drinking water µg/L) drinking water. We assume that this will solve a number of issues related to the etiology and pathophysiology of a number of gastroenterological diseases caused by changes in the electrophysical state of the internal environment of the gastrointestinal tract, promoting the emergence and development of a competing, adapted to an environment with low electron-donor capacity, bacterial microbiota.

Limitations

Limitations. The data obtained as a result of the experiment on biota similar to the human intestinal microbiota are of scientific interest and research involving warm-blooded animals is necessary to continue work in this direction.

Conclusion

Conclusion. Physically treated waters affect the growth or inhibition of intestinal biota colonies, which may be associated with the controlling role of peroxide anion radicals on intracellular metabolic processes in microorganisms.

Contribution

Contribution:

Iksanova T

Iksanova T.I. — concept and design of the study, collection and processing of the material;

Kamenetskaya D

Kamenetskaya D.B., Zagainova A.V. — concept and design of the study, collection and processing of the material;

Stekhin A

Stekhin A.A.,Yakovleva G.V. — writing text;

Mikhailova R

Mikhailova R.I. — editing.

All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The article was prepared within the framework of State Assignment No. АААА-А18-118020590087-5 of the Federal Medical and Biological Agency.

Received

Received: February 2, 2022 / Accepted: April 12, 2022 / Published: April 30, 2022

микробиотафаза ассоциированной водыпероксидный анион-радикалколи-фагиassociated water phaseperoxide anion radicalhuman microbiotacoliphagesReferencesКурмангулов А.А., Дороднева Е.Ф., Исакова Д.Н. Функциональная активность микробиоты кишечника при метаболическом синдроме. Ожирение и метаболизм. 2016; 13(1): 16-9. https://doi.org/10.14341/omet2016116-19Kurmangulov A.A., Dorodneva E.F., Isakova D.N. Functional activity of intestinal microbiota with metabolic syndrome. Ozhirenie i metabolizm. 2016; 13(1): 16–9. https://doi.org/10.14341/omet2016116-19. (in Russian)Lyte M. Microbial endocrinology in the microbiome-gut-brain axis: how bacterial production and utilization of neurochemicals influence behavior. PLoS Pathog. 2013; 9(11): e1003726. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003726Lyte M. Microbial endocrinology in the microbiome-gut-brain axis: how bacterial production and utilization of neurochemicals influence behavior. PLoS Pathog. 2013; 9(11): e1003726. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003726Stekhin A.A., Yakovleva G.V., Iksanova T.I., Pronko K.N., Zemskov V.M. Evoluation of the effect of structural-physical changes in water on biological activity. Clin. Pract. 2018; 15(5): 861-71. https://doi.org/10.4172/clinical-practice.1000419Stekhin A.A., Yakovleva G.V., Iksanova T.I., Pronko K.N., Zemskov V.M. Evoluation of the effect of structural-physical changes in water on biological activity. Clin. Pract. 2018; 15(5): 861–71. https://doi.org/10.4172/clinical-practice.1000419Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Биофизика воды: Квантовая нелокальность в технологиях водоподготовки; регуляторная роль ассоциированной воды в клеточном метаболизме; нормирование биоэнергетической активности питьевой воды. М.: ЛЕНАНД; 2016.Rakhmanin Yu.A., Stekhin A.A., Yakovleva G.V. Water Biophysics: Quantum Nonlocality in Water Treatment Technologies; Regulatory Role of Associated Water in Cellular Metabolism; Regulation of Bioenergetic Activity of Drinking Water [Biofizika vody: Kvantovaya nelokal’nost’ v tekhnologiyakh vodopodgotovki; regulyatornaya rol’ assotsiirovannoy vody v kletochnom metabolizme; normirovanie bioenergeticheskoy aktivnosti pit’evoy vody]. Moscow: LENAND; 2016. (in Russian)Кулагин М.В., Яковлева Г.В., Стехин А.А., Гукaсов В.М., Шовкопляс Ю.А. Параметризация фазы ассоциированной воды с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии. Медицина и высокие технологии. 2018; (4): 33-43.Kulagin M.V., Yakovleva G.V., Stekhin A.A., Gukasov V.M., Shovkoplyas Yu.A. Parameterization of the associated water phase using high performance liquid chromatography. Meditsina i vysokie tekhnologii. 2018; (4): 33–43. (in Russian)МУК 4.2.1018-01. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды (с Изменением № 1). М.; 2001.Methodical instructions MUK 4.2.1018-01. Sanitary-microbiological analysis of drinking water (Change No. 1). Moscow; 2001. (in Russian)МУ 2.1.4.1184-03. Методические указания по внедрению и применению санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» (с Изменением № 1). М.; 2003.Methodical instructions 2.1.4.1184-03. Guidelines for the implementation and application of sanitary and epidemiological rules and regulations SanPiN 2.1.4.1116-02 “Drinking water. Hygienic requirements for the quality of water packaged in a container. Quality control” (with Change No. 1). Moscow; 2003. (in Russian)Trindade I.B., Invernici M., Cantini F., Louro R.O., Piccioli M. 1H, 13C and 15N assignment of the paramagnetic high potential iron-sulfur protein (HiPIP) PioC from Rhodopseudomonas palustris TIE-1. Biomol. NMR Assign. 2020; 14(2): 211-5. https://doi.org/10.1007/s12104-020-09947-6Trindade I.B., Invernici M., Cantini F., Louro R.O., Piccioli M. 1H, 13C and 15N assignment of the paramagnetic high potential iron-sulfur protein (HiPIP) PioC from Rhodopseudomonas palustris TIE-1. Biomol. NMR Assign. 2020; 14(2): 211–5. https://doi.org/10.1007/s12104-020-09947-6Read A.D., Bentley R.E., Archer S.L., Dunham-Snary K.J. Mitochondrial iron-sulfur clusters: Structure, function, and an emerging role in vascular biology. Redox Biol. 2021; 47: 102164. https://doi.org/10.1016/j.redox.2021.102164Read A.D., Bentley R.E., Archer S.L., Dunham-Snary K.J. Mitochondrial iron-sulfur clusters: Structure, function, and an emerging role in vascular biology. Redox Biol. 2021; 47: 102164. https://doi.org/10.1016/j.redox.2021.102164Brzoza P., Godlewska U., Borek A., Morytko A., Zegar A., Kwiecinska P., et al. Redox active antimicrobial peptides in controlling growth of microorganisms at body barriers. Antioxidants (Basel). 2021; 10(3): 446. https://doi.org/10.3390/antiox10030446Brzoza P., Godlewska U., Borek A., Morytko A., Zegar A., Kwiecinska P., et al. Redox active antimicrobial peptides in controlling growth of microorganisms at body barriers. Antioxidants (Basel). 2021; 10(3): 446. https://doi.org/10.3390/antiox10030446Hopkins E.G.D., Frankel G. Overview of the effect of Citrobacter rodentium infection on host metabolism and the microbiota. In: Schüller S., Bielaszewska M., eds. Shiga Toxin-Producing E. coli. Methods in Molecular Biology. New York: Humana; 2021: 2291. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1339-9_20Hopkins E.G.D., Frankel G. Overview of the effect of Citrobacter rodentium infection on host metabolism and the microbiota. In: Schüller S., Bielaszewska M., eds. Shiga Toxin-Producing E. coli. Methods in Molecular Biology. New York: Humana; 2021: 2291. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1339-9_20Amulya K., Mohana S.V. Augmenting succinic acid production by bioelectrochemical synthesis: Influence of applied potential and CO2 availability. Chem. Eng. J. 2021; 411: 128377. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128377Amulya K., Mohana S.V. Augmenting succinic acid production by bioelectrochemical synthesis: Influence of applied potential and CO2 availability. Chem. Eng. J. 2021; 411: 128377. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128377Ткач С.М., Пучков К.С., Сизенко А.К., Кузенко Ю.Г. Кишечная микробиота и функциональные заболевания кишечника. Современная гастроэнтерология. 2014; (1): 118-29Tkach S.M., Puchkov K.S., Sizenko A.K., Kuzenko Yu.G. Intestinal microbiota and functional bowel diseases. Sovremennaya gastroenterologiya. 2014; (1): 118–29. (in Russian)Ohman L., Simren M. Pathogenesis of IBS: role of inflammation, immunity and neuroimmune interactions. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2010; 7(3): 163-73. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2010.4Ohman L., Simren M. Pathogenesis of IBS: role of inflammation, immunity and neuroimmune interactions. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2010; 7(3): 163–73. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2010.4Parkes G.C., Brostoff J., Whelan K., Sanderson J.D. Gastrointestinal microbiota in irritable bowel syndrome: their role in its pathogenesis and treatment. Am. J. Gastroenterol. 2008; 103(6): 1557-67. https://doi.org/10.1111/j.1572-0241.2008.01869.xParkes G.C., Brostoff J., Whelan K., Sanderson J.D. Gastrointestinal microbiota in irritable bowel syndrome: their role in its pathogenesis and treatment. Am. J. Gastroenterol. 2008; 103(6): 1557–67. https://doi.org/10.1111/j.1572-0241.2008.01869.xTomasova L., Grman M., Ondrias K., Ufnal M. The impact of gut microbiota metabolites on cellular bioenergetics and cardiometabolic health. Nutr. Metab. (Lond). 2021; 18(1): 72. https://doi.org/10.1186/s12986-021-00598-5Tomasova L., Grman M., Ondrias K., Ufnal M. The impact of gut microbiota metabolites on cellular bioenergetics and cardiometabolic health. Nutr. Metab. (Lond). 2021; 18(1): 72. https://doi.org/10.1186/s12986-021-00598-5

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