استفاده از فناوری رزونانس پلاسمون سطحی برای ارزیابی اولیه فعالیت آنتی‌توکسین اگزوپلی‌ساکارید دکستران علیه انتروتوکسین حساس به حرارت اشرشیا کلی

نویسندگان
مجتبی آذری آنپار 1
فریده طباطبایی یزدی 2
پاسکال دِقغاو 3
نادیا اولال 3
کامبیز جهان‌بین 4
1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهدوواحد تحقیقاتی BioDyMIA، ISARA، دانشگاه کلود برنارد لیون ۱
2 گروه علوم و صنایع غذایی، زیست فناوری مواد غذایی، دانشگاه فردوسی مشهد،
3 واحد تحقیقاتی BioDyMIA، ISARA، دانشگاه کلود برنارد لیون ۱
4 دانشکده مهندسی کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود
10.22034/FSCT.20.136.1
چکیده
باکتری اشرشیا کلی انتروتوکسیژنیک با اتصال به مخاط روده و تولید انتروتوکسین‌های حساس به حرارت، متداول‌ترین عامل بیماری باکتریایی ایجاد کننده اسهال است. مطالعه حاضر با هدف روشن کردن برهمکنش دو نوع اگزوپلی‌ساکارید دکستران با وزن‌های مولکولی مختلف ((۹-۱۱ kDa) و (۶۰-۷۶ kDa)) تولید شده از باکتری پروبیوتیک Leuconostoc mesenteroidesبا توکسین حساس به حرارت (زیرواحد B-پنتامر) (LTB) با استفاده از رزونانس پلاسمون سطحی انجام شد. بر اساس نتایج به دست آمده از سینتیک برهمکنش حاصله در دمای K ۲۹۸، هر دو نوع دکستران با وزن مولکولی پایین و بالا، به ترتیب دارای میل ترکیبی بالایی (KA) ( M-1 ۱۰۶ × ۰۷/۱ و M-1 ۱۰۶ × ۹۵/۰) نسبت به توکسین LTB در شرایط برون تنی داشتند. از نقطه نظر ترمودینامیکی مقادیر به دست آمده از معادله وانت هوف، انرژی آزاد گیبس منفی (ΔG<۰)، آنتالپی و آنتروپی نیز هر دو مثبت (ΔH>۰ و ΔS >۰) ارزیابی شدند که به ترتیب نشان‌دهنده‌ی فرآیند اتصال از نوع خود به خودی، گرماگیر و مبتنی بر بی‌نظمی بود. با توجه به این یافته‌ها، فعل و انفعالات آبگریز به همراه پیوندهای هیدروژنی به نظر می‌رسد که نقش مهمی در برهمکنش‌ هر دو نوع دکستران با توکسین LTB می‌توانند ایفا کنند. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که اگزوپلی‌ساکارید دکستران می‌توانند با توکسین LTB تعامل داشته و تا حدودی خاصیت ضد توکسینی از خود نشان بدهند. به طور کلی، این نتایج می‌تواند بینش بیشتری برای شروع تحقیقات گسترده روی اگزوپلی‌ساکاریدهای با منشا باکتری‌های اسید لاکتیک در برهمکنش با توکسین‌های باکتری‌های پاتوژن مواد غذایی ارائه دهد.
کلیدواژه‌ها
دکستران
توکسین حساس به حرارت
رزونانس پلاسمون سطحی
اگزوپلی‌ساکارید
برهمکنش

موضوعات

عنوان مقاله English

Using surface plasmon resonance technology for initial evaluation of the antitoxin activity of dextran exopolysaccharide against Escherichia coli heat-labile enterotoxin

نویسندگان English

Mojtaba Azari-Apar 1
Farideh Tabatabaei Yazdi 2
Pascal Degraeve 3
Nadia Oulahal 3
Kambiz Jahanbin 4
1 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of MashhadandBioDyMIA Research Unit, ISARA Lyon, Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, 155 ru8 Henri de Boissieu, F-01000, Bourg en Bresse
2 Food Biotechnology, Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
3 BioDyMIA Research Unit, ISARA Lyon, Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, 155 ru8 Henri de Boissieu, F-01000
4 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agricultural Engineering, Shahrood University of Technology, P.O. Box 361999-5161
چکیده English

Enterotoxigenic Escherichia coli is the most common bacterial agent causing diarrhea by binding to the intestinal mucosa and producing heat-labile enterotoxins. The aim of this study was to elucidate the interaction of two forms of dextran exopolysaccharides (molecular weights of (11-9 kDa) and (76-60 kDa)) produced by the probiotic bacterium Leuconostoc mesenteroides with the heat-labile enterotoxin ((B-pentamer) (LTB)) by using surface plasmon resonance (SPR). According to the results of interaction kinetics at 298 K, both low and high molecular weight dextran types exhibited high affinity (KA) (1.07×106 M-1 and 0.95×106 M-1, respectively) for LTB toxin in vitro. From a thermodynamic point of view, the values calculated of the Gibbs energy were negative (ΔG <0), and also enthalpy and entropy achieved both positive values (ΔH> 0 and ΔS> 0) via the van’t Hof equation, indicating that the interaction was spontaneous, endothermic, and disordered, respectively. With these findings, hydrophobic interactions appear to be important in the interaction between dextran and LTB toxins with hydrogenic bindings. Therefore, dextran molecules are capable of binding to LTB toxin and relatively displaying antitoxin effects. To sum up, these results could provide further insights for initiating extensive research with other lactic acid-derived exopolysaccharides in bacterial interactions and also with foodborne pathogen toxins.

کلیدواژه‌ها English

Dextran
Heat-Labile Enterotoxin
Surface Plasmon resonance
Exopolysaccharide
Interaction
[1] Hosseini, F and Akbari, I. (2017). Microbial toxins. University Jihad Publications, pp:116-123, [in Persian].
[2] Saadat, Y.R., Khosroushahi, A.Y. and Gargari, B.P., 2019. A comprehensive review of anticancer, immunomodulatory and health beneficial effects of the lactic acid bacteriaexopolysaccharides. Carbohydrate polymers, 217, pp.79-89.
[3] Zajšek, K., Goršek, A. and Kolar, M., 2013. Cultivating conditions effects on kefiran production by the mixed culture of lactic acid bacteria imbedded within kefir grains. Food chemistry, 139(1-4), pp.970-977.
[4] Jeong, D., Kim, D.H., Kang, I.B., Kim, H., Song, K.Y., Kim, H.S. and Seo, K.H., 2017. Characterization and antibacterial activity of a novel exopolysaccharide produced by Lactobacillus kefiranofaciensDN1 isolated from kefir. Food Control, 78, pp.436-442.
[5] Ruas-Madiedo, P., 2014. Biosynthesis and bioactivity of exopolysaccharides produced by probiotic bacteria. Food Oligosaccharides, pp.118-133.
[6] Ruas‐Madiedo, P., Medrano, M., Salazar, N., De Los Reyes‐Gavilán, C.G., Pérez, P.F. and Abraham, A.G., 2010. Exopolysaccharides produced by Lactobacillus and Bifidobacterium strains abrogate in vitro the cytotoxic effect of bacterial toxins on eukaryotic cells. Journal of applied microbiology, 109(6), pp.2079-2086.
[7] Kim, J.U., Kim, Y., Han, K.S., Oh, S., Whang, K.Y., Kim, J.N. and Kim, S.H., 2006. Function of cell-bound and released exopolysaccharides produced by Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595. Journal of microbiology and biotechnology, 16(6), pp.939-945.
[8] Hidalgo-Cantabrana, C., Sánchez, B., Milani, C., Ventura, M., Margolles, A. and Ruas-Madiedo, P., 2014. Genomic overview and biological functions of exopolysaccharide biosynthesis in Bifidobacterium spp. Applied and Environmental Microbiology., 80(1), pp.9-18.
[9] Hidalgo-Cantabrana, C., López, P., Gueimonde, M., Clara, G., Suárez, A., Margolles, A. and Ruas-Madiedo, P., 2012. Immune modulation capability of exopolysaccharides synthesised by lactic acid bacteria and bifidobacteria. Probiotics and Antimicrobial Proteins, 4(4), pp.227-237.
[10] Ghosh, A.K. and Bandyopadhyay, P., 2012. Polysaccharide-protein interactions and their relevance in food colloids. The complex world of polysaccharides, 14, pp.395-406.
[11] Fathi, F., Sharifi, M., Jafari, A., Kakavandi, N., Kashanian, S., Dolatabadi, J.E.N. and Rashidi, M.R., 2019. Kinetic and thermodynamic insights into interaction of albumin with piperacillin: Spectroscopic and molecular modeling approaches. Journal of Molecular Liquids, 296, p.111770.
[12] Dehghani, M., Jalal, R. and Rashidi, M.R., 2021. Kinetic and thermodynamic insights into the interaction of Aβ1–42 with astaxanthin and aggregation behavior of Aβ1–42: Surface plasmon resonance, microscopic, and molecular docking studies. Biophysical Chemistry, 275, p.106612.
[13] Jiménez-Vargas, J.M., Ramírez-Carreto, S., Corzo, G., Possani, L.D., Becerril, B. and Ortiz, E., 2021. Structural and functional characterization of NDBP-4 family antimicrobial peptides from the scorpion Mesomexovis variegatus. Peptides, 141, p.170553.
[14] Heggelund, J.E., Heim, J.B., Bajc, G., Hodnik, V., Anderluh, G. and Krengel, U., 2019. Specificity of Escherichia coli heat-labile enterotoxin investigated by single-site mutagenesis and crystallography. International journal of molecular sciences, 20(3), p.703.