Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1048410.32607/20758251-2015-7-2-29-41ReviewsОбзорыResearch ArticlePseudomonas Aeruginosa Lectins As Targets for Novel AntibacterialsЛектины Pseudomonas aeruginosa как мишени для новых антибактериальных соединенийGrishinA. V.ГришинA. В.
Russian Federation
grishin-a1@yandex.ruKrivozubovM. S.КривозубовМ. С.
Russian Federation
grishin-a1@yandex.ruKaryaginaA. S.КарягинаA. С.
Russian Federation
grishin-a1@yandex.ruGintsburgA. L.ГинцбургA. Л.
Russian Federation
grishin-a1@yandex.ruGamaleya Research Center of Epidemiology and MicrobiologyФНИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава РоссииInstitute of Agricultural BiotechnologyВНИИ сельскохозяйственной биотехнологииLomonosov Moscow State UniversityНИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова1506201572VOL 7, NO2 (2015)ТОМ 7, №2 (2015)294117012020Copyright ©; 2015, Grishin A.V., Krivozubov M.S., Karyagina A.S., Gintsburg A.L.Copyright ©; 2015, Гришин A.В., Кривозубов М.С., Карягина A.С., Гинцбург A.Л.2015Grishin A.V., Krivozubov M.S., Karyagina A.S., Gintsburg A.L.Гришин A.В., Кривозубов М.С., Карягина A.С., Гинцбург A.Л.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10484

Pseudomonas aeruginosa is one of the most widespread and troublesome opportunistic pathogens that is capable of colonizing various human tissues and organs and is often resistant to many currently used antibiotics. This resistance is caused by different factors, including the acquisition of specific resistance genes, intrinsic capability to diminish antibiotic penetration into the bacterial cell, and the ability to form biofilms. This situation has prompted the development of novel compounds differing in their mechanism of action from traditional antibiotics that suppress the growth of microorganisms or directly kill bacteria. Instead, these new compounds should decrease the pathogens’ ability to colonize and damage human tissues by inhibiting the virulence factors and biofilm formation. The lectins LecA and LecB that bind galactose and fucose, as well as oligo- and polysaccharides containing these sugars, are among the most thoroughly-studied targets for such novel antibacterials. In this review, we summarize the results of experiments highlighting the importance of these proteins for P. aeruginosa pathogenicity and provide information on existing lectins inhibitors and their effectiveness in various experimental models. Particular attention is paid to the effects of lectins inhibition in animal models of infection and in clinical practice. We argue that lectins inhibition is a perspective approach to combating P. aeruginosa. However, despite the existence of highly effective in vitro inhibitors, further experiments are required in order to advance these inhibitors into pre-clinical studies.

Синегнойная палочка Pseudomonas aeruginosa - один из наиболее распространенных и проблемных оппортунистических патогенов, способный колонизировать различные органы и ткани человека и зачастую обладающий устойчивостью ко многим применяемым в клинической практике антибиотикам. Эта устойчивость может быть связана с появлением специфических генов устойчивости, с присущей данному патогену способностью противостоять попаданию антибиотиков внутрь клетки, а также образовывать биопленки. В связи с этим в настоящий момент активно исследуется возможность создания соединений, отличающихся по механизму действия от обычных антибиотиков (подавляющих рост микроорганизмов или вызывающих их гибель), направленных на снижение способности патогена колонизировать и повреждать человеческие ткани за счет ингибирования факторов вирулентности и подавления образования биопленок. Среди наиболее изученных белков P. aeruginosa - мишеней для подобного рода соединений - можно выделить лектины LecA и LecB, связывающие остатки галактозы и фукозы и олиго- и полисахариды, содержащие эти остатки. В представленном обзоре суммированы результаты экспериментов, свидетельствующих о важности этих белков для патогенности P. aeruginosa, приведены данные об ингибиторах лектинов и их эффективности в различных экспериментальных моделях. Особое внимание уделено ингибированию лектинов LecA и LecB в экспериментальных моделях инфекции на лабораторных животных и в клинической практике. Приведенная информация свидетельствует о том, что ингибирование лектинов можно рассматривать как перспективное направление борьбы с синегнойной палочкой. Однако, несмотря на наличие ингибиторов, чрезвычайно эффективных in vitro, для перехода к стадии доклинических исследований требуются дальнейшие эксперименты.

Pseudomonas aeruginosalectinLecALecBantibiotic resistancebiofilminhibitorбиопленкиингибиторылектинрезистентностьсинегнойная палочкаустойчивостьPseudomonas aeruginosaLecALecBThis work was supported in part by the RF President’s grant “Leading Scientific Schools” (NSh-2038.2014.7).Работа частично поддержана грантом Президента РФ «Ведущие научные школы» (НШ-2038.2014.7).[1] Blanc D.S., Petignat C., Janin B., Bille J., Francioli P. // Clin. Microbiol. Infect. 1998, V.4, №5, P.242-247[2] Mesaros N., Nordmann P., Plésiat P., Roussel-Delvallez M., van Eldere J., Glupczynski Y., van Laethem Y., Jacobs F., Lebecque P., Malfroot A. // Clin. Microbiol. Infect. 2007, V.13, №6, P.560-578[3] Donlan R.M., Costerton J.W. // Clin. Microbiol. Rev. 2002, V.15, №2, P.167-193[4] Hall-Stoodley L., Costerton J.W., Stoodley P. // Nat. Rev. Microbiol. 2004, V.2, №2, P.95-108[5] Costerton J.W. // Science. 1999, V.284, №5418, P.1318-1322[6] Clatworthy A.E., Pierson E., Hung D.T. // Nat. Chem. Biol. 2007, V.3, №9, P.541-548[7] Gilboa-Garber N. // FEBS Lett. 1972, V.20, №2, P.242-244[8] Gilboa-Garber N., Mizrahi L., Garber N. // Can. J. Biochem. 1977, V.55, №9, P.975-981[9] Gilboa-Garber N. // Methods Enzymol. 1982, V.83, №1980, P.378-385[10] Avichezer D., Katcoff D.J., Garber N.C., Gilboa-Garber N. // J. Biol. Chem. 1992, V.267, №32, P.23023-23027[11] Gilboa-Garber N., Katkoff D.J., Garber N.C. // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2000, V.29, P.53-57[12] Cioci G., Mitchell E.P., Gautier C., Wimmerová M., Sudakevitz D., Pérez S., Gilboa-Garber N., Imberty A. // FEBS Lett. 2003, V.555, №2, P.297-301[13] Mitchell E., Houles C., Sudakevitz D., Wimmerova M., Gautier C., Pérez S., Wu A.M., Gilboa-Garber N., Imberty A. // Nat. Struct. Biol. 2002, V.9, №12, P.918-921[14] Winzer K., Falconer C., Garber N.C., Diggle S.P., Camara M., Williams P. // Journal of Bacteriology 2000, V.182, №22, P.6401-6411[15] Diggle S.P., Winzer K., Chhabra S.R., Worrall K.E., Cámara M., Williams P. // Mol. Microbiol. 2003, V.50, №1, P.29-43[16] Bjarnsholt T., Tolker-Nielsen T., Høiby N., Givskov M. // Expert Rev. Mol. Med. 2010, V.12, P.e11[17] Pessi G., Williams F., Hindle Z., Heurlier K., Holden M.T., Cámara M., Haas D., Williams P. // Journal of Bacteriology 2001, V.183, №22, P.6676-6683[18] Diggle S.P., Winzer K., Lazdunski A., Williams P., Camara M. // Journal of Bacteriology 2002, V.184, №10, P.2576-2586[19] Wu L., Estrada O., Zaborina O., Bains M., Shen L., Kohler J.E., Patel N., Musch M.W., Chang E.B., Fu Y.X. // Science. 2005, V.309, №5735, P.774-777[20] Kipnis E., Sawa T., Wiener-Kronish J. // Médecine Mal. Infect. 2006, V.36, №2, P.78-91[21] Alverdy J., Holbrook C., Rocha F., Seiden L., Wu R.L., Musch M., Chang E., Ohman D., Suh S. // Ann. Surg. 2000, V.232, №4, P.480-489[22] Kohler J.E., Zaborina O., Wu L., Wang Y., Bethel C., Chen Y., Shapiro J., Turner J.R., Alverdy J.C. // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2005, V.288, №5, P.G1048-G1054[23] Zaborina O., Lepine F., Xiao G., Valuckaite V., Chen Y., Li T., Ciancio M., Zaborin A., Petrof E.O., Petroff E. // PLoS Pathog. 2007, V.3, №3, P.e35[24] Glick J., Garber N. // J. Gen. Microbiol. 1983, V.129, №10, P.3085-3090[25] Tielker D., Hacker S., Loris R., Strathmann M., Wingender J., Wilhelm S., Rosenau F., Jaeger K.E. // Microbiology. 2005, V.151, Pt5, P.1313-1323[26] Funken H., Bartels K.M., Wilhelm S., Brocker M., Bott M., Bains M., Hancock R.E.W., Rosenau F., Jaeger K.E. // PLoS One. 2012, V.7, №10, P.e46857[27] Fito-Boncompte L., Chapalain A., Bouffartigues E., Chaker H., Lesouhaitier O., Gicquel G., Bazire A., Madi A., Connil N., Véron W. // Infect. Immun. 2011, V.79, №3, P.1176-1186[28] Gilboa-Garber N., Sudakevitz D., Sheffi M., Sela R., Levene C. // Glycoconj. J. 1994, V.11, №5, P.414-417[29] Lanne B., Cîopraga J., Bergström J., Motas C., Karlsson K.A. // Glycoconj. J. 1994, V.11, №4, P.292-298[30] Chen C.P., Song S.C., Gilboa-Garber N., Chang K.S., Wu A.M. // Glycobiology. 1998, V.8, №1, P.7-16[31] Blanchard B., Nurisso A., Hollville E., Tétaud C., Wiels J., Pokorná M., Wimmerová M., Varrot A., Imberty A. // J. Mol. Biol. 2008, V.383, №4, P.837-853[32] Perret S., Sabin C., Dumon C., Pokorná M., Gautier C., Galanina O., Ilia S., Bovin N., Nicaise M., Desmadril M. // Biochem. J. 2005, V.389, Pt2, P.325-332[33] Kirkeby S., Hansen A.K., d´Apice A., Moe D. // Microb. Pathog. 2006, V.40, №5, P.191-197[34] Kirkeby S., Wimmerová M., Moe D., Hansen A.K. // Microbes Infect. 2007, V.9, №5, P.566-573[35] Imberty A., Wimmerová M., Mitchell E.P., Gilboa-Garber N. // Microbes Infect. 2004, V.6, №2, P.221-228[36] Wentworth J.S., Austin F.E., Garber N., Gilboa-Garber N., Paterson C.A., Doyle R.J. // Biofouling. 1991, V.4, №1-3, P.99-104[37] Rebiere-Huët J., Di Martino P., Hulen C. // Can. J. Microbiol. 2004, V.50, №5, P.303-312[38] Sonawane A., Jyot J., Ramphal R. // Infect. Immun. 2006, V.74, №12, P.7035-7039[39] Chemani C., Imberty A., de Bentzmann S., Pierre M., Wimmerová M., Guery B.P., Faure K. // Infect. Immun. 2009, V.77, №5, P.2065-2075[40] Boukerb A.M., Rousset A., Galanos N., Méar J.B., Thépaut M., Grandjean T., Gillon E., Cecioni S., Abderrahmen C., Faure K. // J. Med. Chem. 2014, V.57, №24, P.10275-10289[41] Nosková L., Kubíčková B., Vašková L., Bláhová B., Wimmerová M., Stiborová M., Hodek P. // Sensors. 2015, V.15, №1, P.1945-1953[42] Eierhoff T., Bastian B., Thuenauer R., Madl J., Audfray A., Aigal S., Juillot S., Rydell G.E., Müller S., de Bentzmann S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014, V.111, №35, P.12895-12900[43] Scharfman A., Arora S.K., Delmotte P., van Brussel E., Mazurier J., Ramphal R., Roussel P. // Infect. Immun. 2001, V.69, №9, P.5243-5248[44] Hahn H.P. // Gene. 1997, V.192, №1, P.99-108[45] Diggle S.P., Stacey R.E., Dodd C., Cámara M., Williams P., Winzer K. // Environ. Microbiol. 2006, V.8, №6, P.1095-1104[46] Johansson E.M.V., Crusz S.A., Kolomiets E., Buts L., Kadam R.U., Cacciarini M., Bartels K.M., Diggle S.P., Cámara M., Williams P. // Chem. Biol. 2008, V.15, №12, P.1249-1257[47] Ma L., Lu H., Sprinkle A., Parsek M.R., Wozniak D.J. // Journal of Bacteriology 2007, V.189, №22, P.8353-8356[48] Byrd M.S., Sadovskaya I., Vinogradov E., Lu H., Sprinkle A.B., Richardson S.H., Ma L., Ralston B., Parsek M.R., Anderson E.M. // Mol. Microbiol. 2009, V.73, №4, P.622-638[49] Ma L., Conover M., Lu H., Parsek M.R., Bayles K., Wozniak D.J. // PLoS Pathog. 2009, V.5, №3, P.e1000354[50] Bajolet-Laudinat O., Girod-De Bentzmann S.G., Tournier J.M., Madoulet C., Plotkowski M.C., Chippaux C., Puchelle E. // Infect. Immun. 1994, V.62, №10, P.4481-4487[51] Mewe M., Tielker D., Schönberg R., Schachner M., Jaeger K.E., Schumacher U. // J. Laryngol. Otol. 2005, V.119, №8, P.595-599[52] Gustke H., Kleene R., Loers G., Nehmann N., Jaehne M., Bartels K.M., Jaeger K.E., Schachner M., Schumacher U. // Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2012, V.31, №2, P.207-215[53] Adam E.C., Mitchell B.S., Schumacher D.U., Grant G., Schumacher U. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1997, V.155, №6, P.2102-2104[54] Adam E.C., Schumacher D.U., Schumacher U. // J. Laryngol. Otol. 1997, V.111, №8, P.760-762[55] Laughlin R.S., Musch M.W., Hollbrook C.J., Rocha F.M., Chang E.B., Alverdy J.C. // Ann. Surg. 2000, V.232, №1, P.133-142[56] Wu L., Holbrook C., Zaborina O., Ploplys E., Rocha F., Pelham D., Chang E., Musch M., Alverdy J. // Ann. Surg. 2003, V.238, №5, P.754-764[57] Zinger-Yosovich K.D., Gilboa-Garber N. // J. Agric. Food Chem. 2009, V.57, №15, P.6908-6913[58] Nurisso A., Blanchard B., Audfray A., Rydner L., Oscarson S., Varrot A., Imberty A. // J. Biol. Chem. 2010, V.285, №26, P.20316-20327[59] Kadam R.U., Bergmann M., Hurley M., Garg D., Cacciarini M., Swiderska M.A., Nativi C., Sattler M., Smyth A.R., Williams P. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2011, V.50, №45, P.10631-10635[60] Garber N., Guempel U., Belz A., Gilboa-Garber N., Doyle R.J. // Biochim. Biophys. Acta. 1992, V.1116, №3, P.331-333[61] Stoitsova S.R., Boteva R.N., Doyle R. // Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj. 2003, V.1619, №2, P.213-219[62] Boteva R.N., Bogoeva V.P., Stoitsova S.R. // Biochim. Biophys. Acta. 2005, V.1747, №2, P.143-149[63] Loris R., Tielker D., Jaeger K.E., Wyns L. // J. Mol. Biol. 2003, V.331, №4, P.861-870[64] Garber N., Guempel U., Gilboa-Garber N., Doyle R. // FEMS Microbiol. Lett. 1987, V.48, №3, P.331-334[65] Sabin C., Mitchell E.P., Pokorná M., Gautier C., Utille J.P., Wimmerová M., Imberty A. // FEBS Lett. 2006, V.580, №3, P.982-987[66] Lesman-Movshovich E., Lerrer B., Gilboa-Garber N. // Can. J. Microbiol. 2003, V.49, №3, P.230-235[67] Wu A.M., Wu J.H., Singh T., Liu J.H., Tsai M.S., Gilboa-Garber N. // Biochimie. 2006, V.88, №10, P.1479-1492[68] Kadam R.U., Garg D., Schwartz J., Visini R., Sattler M., Stocker A., Darbre T., Reymond J.L. // ACS Chem. Biol. 2013, V.8, №9, P.1925-1930[69] Rodrigue J., Ganne G., Blanchard B., Saucier C., Giguère D., Shiao T.C., Varrot A., Imberty A., Roy R. // Org. Biomol. Chem. 2013, V.11, №40, P.6906-6918[70] Cecioni S., Praly J.P., Matthews S.E., Wimmerová M., Imberty A., Vidal S. // Chemistry. 2012, V.18, №20, P.6250-6263[71] Gening M.L., Titov D.V., Cecioni S., Audfray A., Gerbst A.G., Tsvetkov Y.E., Krylov V.B., Imberty A., Nifantiev N.E., Vidal S. // Chemistry. 2013, V.19, №28, P.9272-9285[72] Marotte K., Sabin C., Préville C., Moumé-Pymbock M., Wimmerová M., Mitchell E.P., Imberty A., Roy R. // ChemMedChem. 2007, V.2, №9, P.1328-1338[73] Andreini M., Anderluh M., Audfray A., Bernardi A., Imberty A. // Carbohydr. Res. 2010, V.345, №10, P.1400-1407[74] Hauck D., Joachim I., Frommeyer B., Varrot A., Philipp B., Möller H.M., Imberty A., Exner T.E., Titz A. // ACS Chem. Biol. 2013, V.8, №8, P.1775-1784[75] Dam T.K., Brewer C.F. // Chem. Rev. 2002, V.102, №2, P.387-429[76] Wittmann V., Pieters R.J. // Chem. Soc. Rev. 2013, V.42, №10, P.4492-4503[77] Dam T.K., Brewer C.F. // Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 2010, V.63, №10, P.139-164[78] Imberty A., Chabre Y.M., Roy R. // Chemistry. 2008, V.14, №25, P.7490-7499[79] Smadhi M., de Bentzmann S., Imberty A., Gingras M., Abderrahim R., Goekjian P.G. // Beilstein J. Org. Chem. 2014, V.10, P.1981-1990[80] Cecioni S., Lalor R., Blanchard B., Praly J.P., Imberty A., Matthews S.E., Vidal S. // Chemistry. 2009, V.15, №47, P.13232-13240[81] Cecioni S., Faure S., Darbost U., Bonnamour I., Parrot-Lopez H., Roy O., Taillefumier C., Wimmerová M., Praly J.P., Imberty A. // Chemistry. 2011, V.17, №7, P.2146-2159[82] Soomro Z.H., Cecioni S., Blanchard H., Praly J.P., Imberty A., Vidal S., Matthews S.E. // Org. Biomol. Chem. 2011, V.9, №19, P.6587-6597[83] Cecioni S., Oerthel V., Iehl J., Holler M., Goyard D., Praly J.P., Imberty A., Nierengarten J.F., Vidal S. // Chemistry. 2011, V.17, №11, P.3252-3261[84] Otsuka I., Blanchard B., Borsali R., Imberty A., Kakuchi T. // ChemBioChem. 2010, V.11, №17, P.2399-2408[85] Reynolds M., Marradi M., Imberty A., Penadés S., Pérez S. // Chemistry. 2012, V.18, №14, P.4264-4273[86] Kadam R.U., Bergmann M., Garg D., Gabrieli G., Stocker A., Darbre T., Reymond J.L. // Chemistry. 2013, V.19, №50, P.17054-17063[87] Chabre Y.M., Giguère D., Blanchard B., Rodrigue J., Rocheleau S., Neault M., Rauthu S., Papadopoulos A., Arnold A.A., Imberty A. // Chemistry. 2011, V.17, №23, P.6545-6562[88] Gerland B., Goudot A., Ligeour C., Pourceau G., Meyer A., Vidal S., Gehin T., Vidal O., Souteyrand E., Vasseur J.J. // Bioconjug. Chem. 2014, V.25, P.379-392[89] Pertici F., Pieters R.J. // Chem. Commun. (Camb.). 2012, V.48, №33, P.4008-4010[90] Pertici F., de Mol N.J., Kemmink J., Pieters R.J. // Chemistry. 2013, V.19, №50, P.16923-16927[91] Novoa A., Eierhoff T., Topin J., Varrot A., Barluenga S., Imberty A., Römer W., Winssinger N. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2014, V.53, №34, P.8885-8889[92] Morvan F., Meyer A., Jochum A., Sabin C., Chevolot Y., Imberty A., Praly J.P., Vasseur J.J., Souteyrand E., Vidal S. // Bioconjug. Chem. 2007, V.18, №5, P.1637-1643[93] Berthet N., Thomas B., Bossu I., Dufour E., Gillon E., Garcia J., Spinelli N., Imberty A., Dumy P., Renaudet O. // Bioconjug. Chem. 2013, V.24, №9, P.1598-1611[94] Kolomiets E., Swiderska M.A., Kadam R.U., Johansson E.M.V., Jaeger K.E., Darbre T., Reymond J.L. // ChemMedChem. 2009, V.4, №4, P.562-569[95] Johansson E.M.V., Kadam R.U., Rispoli G., Crusz S. A., Bartels K.M., Diggle S.P., Cámara M., Williams P., Jaeger K.E., Darbre T. // Med. Chem. Commun. 2011, V.2, №5, P.418-420[96] Marotte K., Préville C., Sabin C., Moumé-Pymbock M., Imberty A., Roy R. // Org. Biomol. Chem. 2007, V.5, №18, P.2953-2961[97] Lerrer B., Gilboa-Garber N. // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2001, V.32, №1, P.33-36[98] Lerrer B., Gilboa-Garber N. // Electrophoresis. 2002, V.23, №1, P.8-14[99] Gilboa-Garber N., Zinger-Yosovich K., Lerrer B. // J. ApiProduct ApiMedical Sci. 2009, V.1, №3, P.82-89[100] Zinger-Yosovich K.D., Iluz D., Sudakevitz D., Gilboa-Garber N. // J. Dairy Sci. 2010, V.93, №2, P.473-482[101] Rachmaninov O., Zinger-Yosovich K.D., Gilboa-Garber N. // Nutr. J. 2012, V.11, №1, P.10[102] Grishin A., Karyagina A.S., Tiganova I.G., Dobrynina O.Y., Bolshakova T.N., Boksha I.S., Alexeyeva N.V., Stepanova T.V., Lunin V.G., Chuchalin A.G. // Int. J. Antimicrob. Agents. 2013, V.42, №5, P.471-472[103] Steuer M.K., Herbst H., Beuth J., Steuer M., Pulverer G., Matthias R. // Oto-Rhino-Laryngologia Nov. 1993, V.3, №1, P.19-25[104] von Bismarck P., Schneppenheim R., Schumacher U. // Klin. Pädiatrie. 2001, V.213, №5, P.285-287[105] Hauber H.P., Schulz M., Pforte A., Mack D., Zabel P., Schumacher U. // Int. J. Med. Sci. 2008, V.5, №6, P.371-376