Membrane and Cell BiologyMembrane and Cell BiologyБиологические мембраны0233-47553034-5219The Russian Academy of Sciences40598010.7868/S3034521926010075ArticlesСТАТЬИResearch ArticleEffect of Selenium and Arabinogalactan Nanocomposites on the Fatty Acid Composition of the Clavibacter sepedonicus MembraneВлияние нанокомпозитов селена и арабиногалактана на жирнокислотный состав мембраны бактерии Clavibacter sepedonicusGraskovaI. AГрасковаИ. А-KirichenkoK. AКириченкоК. А-KapustinaI. SКапустинаИ. С-RomanovaI. MРомановаИ. М-SemenovaN. VСемёноваН. В-PerfilevaA. IПерфильеваА. Иalla.light@mail.ruSukhovB. GСуховБ. Г-Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesСибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАНVoevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН15022026431VOL 43, NO1 ()ТОМ 43, №1 ()718103042026Copyright ©; 2026, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2026, Российская академия наук2026Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.rcsi.science/0233-4755/article/view/405980

The phytopathogenic gram-positive bacterium Clavibacter sepedonicus (Cms) causes potato ring rot disease, which causes significant economic losses. Currently, there are no effective agents for regulating the abundance of this bacterium. Previously, the authors of this article showed that selenium and arabinogalactan nanocomposites (Se/AG NCs) can cause changes in the morphology of the Cms cells, leading to their destruction. As a probable mechanism of antibacterial action of NC, it has been suggested that NCs affect the composition of fatty acids (FAs) in the membrane lipids of the studied phytopathogen. The aim of this work was to study the effect of Se/AG NCs (with Se content of 3.4% and 6.4%) and their precursors on the qualitative FA composition of the Cms membrane lipids using chromatography-mass spectrometry. A unique FA profile of Cms is revealed, which is represented by 17 FA containing from 12 to 20 carbon atoms. Low levels of unsaturated FAs and high levels of branched-chain FAs (iso- and anteiso-fatty acids) were noted. The content of iso-FAs in Cms significantly increased after the treatment of the bacteria with Se/AG NCs and their precursors. Indirect assessment of the activity of acyl-lipid ω9-, ω6-, and ω3-desaturases showed an increase in their activity under the action of NCs. Exposure to Se/AG NCs increased the degree of unsaturation of fatty acids and increased the fluidity of the Cms membranes; the higher the selenium content in NCs, the higher the sum of unsaturated and branched fatty acids. We suggest that the change in the FA composition induced by Se/AG NCs may be one of the possible mechanisms of the antibacterial action of these nanocomposites.

Фитопатогенная грамположительная бактерия Clavibacter sepedonicus (Cms) вызывает заболевание кольцевая гниль картофеля, наносящее значительный экономический ущерб. В настоящее время отсутствуют эффективные агенты для регуляции численности этой бактерии. Ранее авторами настоящей статьи было показано, что нанокомпозиты селена и арабиногалактана (НК Se/Ag) способны вызывать изменение морфологии клетки Cms с последующим ее разрушением. В качестве вероятного механизма антибактериального действия НК предположили их влияние на жирнокислотный (ЖК) состав мембраны исследуемого фитопатогена. Поэтому целью настоящей работы было изучение влияния НК Se/Ag (с содержанием Se 3.4 и 6.4%) и их предшественников на качественный ЖК состав мембраны бактерии Cms методом хромато-масс-спектрометрии. Показан уникальный профиль ЖК Cms, который представлен 17 соединениями ЖК, содержащих от 12 до 20 атомов углерода. Отмечено низкое содержание ненасыщенных ЖК (ННЖК) и высокое содержание ЖК с разветвленной цепью (изо- и антеизо-жирные кислоты). Содержание изо-ЖК Cms значительно возрастало при обработке бактерий НК Se и их предшественниками. Косвенная оценка активности ацил-липидных ω9-, ω6- и ω3-десатураз показала увеличение их активности при действии НК. В результате воздействия НК Se/Ag возрастала ненасыщенность ЖК липидов, увеличивалась текучесть мембран Cms. Отмечено, что чем больше содержание селена в составе НК, тем выше сумма ненасыщенных и разветвленных ЖК. Изменение ЖК состава мембраны под влиянием НК Se/Ag является одним из вероятных механизмов их антибактериального эффекта.

bacteriachromatograph-mass spectrometrydesaturasesбактериинаночастицыхромато-масс-спектрометриядесатуразыРабота выполнена в рамках базового проекта № 0277-2025-0002 «Роль эндо- и ризосферной микробиоты в регуляции адаптационного потенциала растений».Denich T.J., Beaudette L.A., Lee H., Trevors J.T. 2003. Effect of selected environmental and physico-chemical factors on bacterial cytoplasmic membranes. J. Microbiol. Methods. 52, 149–182. https://www.doi.org/10.1016/s0167-7012(02)00155-0Loffhagen N., Hartig C., Geyer W., Voyevoda M., Harms H. 2007. Competition between cis. trans and cyclopropane fatty acid formation and its impact on membrane fluidity. Eng. Life Sci. 7 (1), 67–74. https://www.doi.org/10.1002/elsc.200620168Parsons J.B., Rock C. 2013. Bacterial lipids: Metabolism and membrane homeostasis. Prog. Lipid Res. 52 (3), 249–276. https://www.doi.org/10.1016/j.plipres.2013.02.002Li X., Tambong J., Yuan K., Chen W., Xu H., Lévesque C.A., De Boer S.H. 2018. Re-classification of Clavibacter michiganensis subspecies on the basis of whole-genome and multi-locus sequence analyses. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 68 (1), 234–240. https://www.doi.org/10.1099/ijsem.0.002492Перфильева А.И., Ножкина О.А., Третьякова М.С., Граскова И.А., Клименков И.В., Судаков Н.П., Александрова Г.П., Сухов Б.Г. 2020. Биологическая активность и безопасность для окружающей среды наночастиц селена, инкапсулированных в макромолекулы крахмала. Рос. нанотехнологии. 15 (1), 108–117. https://www.doi.org/10.1134/S199272232001015XPerfileva A.I., Moty’leva S.M., Klimenkov I.V., Graskova I.A., Sukhov B.G., Trofimov B.A. 2017. Development of antimicrobial nano-selenium biocomposite for protecting potatoes from bacterial phytopathogens. Nanotechnol. Russ. 12 (9–10), 553–558. https://www.doi.org/10.1134/S1995078017050093Перфильева А.И., Ножкина О.А., Граскова И.А., Сидоров А.В., Лесничая М.В., Александрова Г.П., Долмаа Г., Клименков И.В., Сухов Б.Г. 2018. Синтез нанобиокомпозитов селена и серебра и их влияние на фитопатогенную бактерию Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus. Извест. Академ. наук. Сер. хим. 1, 157–163.Lesnichaya M., Perfileva A., Nozhkina O., Gazizova A., Graskova I. 2022. Synthesis, toxicity evaluation and determination of possible mechanisms of antimicrobial effect of arabinogalactane-capped selenium nanoparticles. J. Trace Elem. Med. Biol. 69, 126904. https://www.doi.org/10.1016/j.jtemb.2021.126904Tareq F.K., Fayzunnesa M., Kabir M.S., Nuzat M. 2018. Mechanism of bio molecule stabilized selenium nanoparticles against oxidation process and Clostridium botulinum. Microb. Pathog. 115, 68–73. https://www.doi.org/10.1016/j.micpath.2017.12.042Shen S., Zhang T., Yuan Y., Lin S., Xu J., Ye H. 2015. Effects of cinnamaldehyde on Escherichia coli and Staphylococcus aureus membrane. Food Control. 47, 196–202. https://www.doi.org/10.1016/j.foodcont.2014.07.003Mingeot-Leclercq M.P., Décout J.L. 2016. Bacterial lipid membranes as promising targets to fight antimicrobial resistance, molecular foundations and illustration through the renewal of aminoglycoside antibiotics and emergence of amphiphilic aminoglycosides. Med. Chem. Commun. 4, 586–611.Dubois-Brissonnet F. 2019.Characterization of bacterial membrane fatty acid profiles for biofilm cells. Meth. Mol. Biol. 1918, 165–170. https://www.doi.org/10.1007/978-1-4939-9000-9_13Андрюков Б.Г., Сомова Л.М., Ляпун И.Н., Бынина М.П., Матосова Е.В. 2020. Особенности изменений спектров жирных кислот бактерий семейства Enterobacteriaceae в процессе формирования устойчивых (дORMантных) клеточных форм. Журн. Микробиол., эпидемиол. иммунобиол. 97 (5), 401–412. https://www.doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-5-2Dubois-Brissonnet F., Trotier E., Briandet R. 2016. The biofilm lifestyle involves an increase in bacterial membrane saturated fatty acids. Front. Microbiol. 28 (7), 1673. https://www.doi.org/10.3389/fmicb.2016.01673Eichenlaub R., Gartenmann K.H. 2011. The Clavibacter michiganensis subspecies: molecular investigation of gram-positive bacterial plant pathogens. Annu Rev. Phytopathol. 49, 445–464. https://www.doi.org/10.1146/annurev-phyto-072910-095258Roozen N.J.M., van Vuurde J.W.L. 1991. Development of a semi-selective medium and an immunofluorescence colony-staining procedure for the detection of Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus in cattle manure slurry. Nether. J. Plant Pathol. 97 (5), 321–334.Perfileva A.I., Nozhkina O.A., Ganenko T.V., Graskova I.A., Sukhov B.G., Artem’ev A.V., Trofimov B.A., Krutovsky K.V. 2021. Selenium nanocomposites in natural matrices as potato recovery agent. Int. J. Mol. Sci. 22 (9), 4576. https://www.doi.org/10.3390/ijms22094576Шагинян И.А., Данилина Г.А., Чернуха М.Ю., Алексеева Г.В., Батов А.Б. 2007. Формирование биопленок клиническими штаммами бактерий комплекса Burkholderia cepacia в зависимости от их фенотипических и генотипических характеристик. Журн. микробиол., эпидемиол. иммунобиол. 1, 3–8.Граскова И.А., Дударева Л.В., Живетьев М.А., Столбикова А.В., Соколова Н.А., Войников В.К. 2011. Динамика сезонных изменений жирнокислотного состава, степени ненасыщенности жирных кислот и активности ацил-липидных десатураз в тканях некоторых лекарственных растений, произрастающих в условиях Предбайкалья. Химия растит. сырья. 4, 223–230.Christie W.W. 1993. Preparation of ester derivates of fatty acids for chromatographic analysis. Adv. Lipid Methodol. 2, 69–111.Нарайкина Н.В., Пчёлкин В.П., Цыдендамбаев В.Д., Трунова Т.И. 2020. Изменения в жирнокислотном составе и в содержании липидов листьев картофеля при низкотемпературном закаливании: роль Δ12-ацил-липидной десатуразы. Физиол. раст. 67 (2), 149–156. https://www.doi.org/10.31857/S001533032001016Cody R.B., McAlpin C.R., Cox C.R., Jensen K.R., Voorhees K.J. 2015. Identification of bacteria by fatty acid profiling with direct analysis in real time mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 29 (21), 2007–2012. https://www.doi.org/10.1002/rcm.7309Wiedmaier-Czerny N., Schroth D., Topman-Rakover S., Brill A., Burdman S., Hayouka Z., Vetter W. 2021. Detailed analysis of the fatty acid composition of six plant-pathogenic bacteria. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 1162, 122454. https://www.doi.org/10.1016/j.jchromb.2020.122454Gitatis R.D., Beaver R.W. 1990. Characterization of fatty acid methyl ester content of Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis. Phytopathology. 80 (4), 318–321. https://www.doi.org/10.1094/Phyto-80-318Wiedmaier-Czerny N., Schroth D., Krauß S., Topman-Rakover S., Brill A., Burdman S., Hayouka Z., Vetter W. 2022. Stable isotope analysis confirms substantial changes in the fatty acid composition of bacteria treated with antimicrobial random peptide mixtures (RPMs). Sci. Rep. 12 (1), 11230. https://www.doi.org/10.1038/s41598-022-13134-zKaneda T. 1991. Iso- and anteiso-fatty acids in bacteria: Biosynthesis, function, and taxonomic significan cet. Microbiol. Rev. 55 (2), 288–302. https://www.doi.org/10.1128/mr.55.2.288-302Захарова Ю.В., Сухих А.С. 2015. Жирные кислоты клеточных стенок бифидобактерий с разной гидрофобностью. Бюлл. Оренбург. Науч. центра УрО РАН. 3, 1–12.Metryka O., Wasilkowski D., Nowak A., Adamczyk-Habrajska M., Mrozik A. 2020. Impact of an engineered copper-titanium dioxide nanocomposite and parent substrates on the bacteria viability, antioxidant enzymes and fatty acid profiling. Inter. J. Mol. Sci. 21 (23), 9089. https://www.doi.org/10.3390/ijms21239089Вислобоков А.И., Прошева В.И., Гюнтер А., Галенко-Ярошевский П.А. 2009. Мембранотропные эффекты растительных полисахаридов. Кубан. научн. медицин. вестник. 8 (113), 24–29.Li Y., Guo M., Lin Z., Zhao M., Xia Y., Wang C., Xu T., Zhu B. 2018. Multifunctional selenium nanoparticles with Galangin-induced HepG2 cell apoptosis through p38 and AKT signalling pathway. R. Soc. Open Sci. 5 (11), 180509. https://www.doi.org/10.1098/rsos.180509Mishra A., Pradhan D., Halder J., Biswasroy P., Rai V.K., Dubey D., Kar B., Ghosh G., Rath G. 2022. Metal nanoparticles against multi-drug-resistance bacteria. J. Inorg. Biochem. 237, 111938. https://www.doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2022.111938Saleh A., El-Masry T.A., Negm W.A., Alotaibi B., Elharty M.E., Alotaibi K.N., Elekhnawy E. 2023. Unravelling the antibacterial potential of biosynthesized selenium nanoparticles against Salmonella typhimurium food pathogen: in vitro and in vivo investigation. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 27 (8), 3631–3644. https://www.doi.org/10.26355/eurrev_202304_32149Zhang H., Li Z., Dai C., Wang P., Fan S., Yu B., Qu Y. 2021. Antibacterial properties and mechanism of selenium nanoparticles synthesized by Providencia sp. DCX. Environ. Res. 194, 110630. https://www.doi.org/10.1016/j.envres.2020.110630Zheng Z.Y., Feng C.H., Xie G., Liu W.L., Zhu X.L. 2022. Proteolysis degree of protein corona affect ultrasound-induced sublethal effects on Saccharomyces cerevisiae: Transcriptomics analysis and adaptive regulation of membrane homeostasis. Foods. 11 (23), 3883. https://www.doi.org/10.3390/foods11233883De Carvalho C.C.C.R., Caramujo M.J. 2018. The various roles of fatty acids. Molecules. 23 (10), 2583. https://www.doi.org/10.3390/molecules23102583Mansilla M.C., de Mendoza D. 2017. Regulation of membrane lipid homeostasis in bacteria upon temperature change. In: Biogenesis of fatty acids, lipids and membranes. Ed. Geiger O. Springer International Publishing, p. 1–13.Halim N.F.A.A., Ali M.S.M., Leow A.T.C., Rahman R.N.Z.R.A. 2022. Membrane fatty acid desaturase: Biosynthesis, mechanism, and architecture. Appl. Microbiol. Biotechnol. 106 (18), 5957–5972. https://www.doi.org/10.1007/s00253-022-12142-3Perfileva A.I., Tsivileva O.M., Nozhkina O.A., Karepova M.S., Graskova I.A., Ganenko T.V., Sukhov B.G., Krutovsky K.V. 2021. Effect of natural polysaccharide matrix-based selenium nanocomposites on Phytophthora cactorum and rhizospheric microorganisms. Nanomaterials (Basel). 11 (9), 2274. https://www.doi.org/10.3390/nano11092274Strekalovskaya E.I., Perfileva A.I., Vyatchina O.F., Stom D.I., Romashchenko A.V., Kasatova A.I., Kon’kova T.V., Sukhov B.G., Krutovsky K.V. 2025. Effect of selenium–arabinogalactan nanocomposite on environmental bacteria. J. Compos. Sci. 9 (5), 210. https://www.doi.org/10.3390/jcs9050210Sokolovská I., Rozenberg R., Riez C., Rouxhet P.G., Agathos S.N., Wattiau P. 2003. Carbon source-induced modifications in the mycolic acid content and cell wall permeability of Rhodococcus erythropolis E1. Appl. Environ. Microbiol. 69 (12), 7019–7027.Граскова И.А., Перфилева А.И., Ножкина О.А., Дьякова А.В., Нурминский В.Н., Клименков И.В., Судаков Н.П., Бородина Т.М., Александрова Г.П., Лесничая М.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. 2019. Воздействие наноразмерного селена на возбудителя кольцевой гнили картофеля in vitro. Химия растит. сырья. 3, 345–354.Ножкина О.А., Перфильева А.И., Граскова И.А., Нурминский В.Н., Клименков И.В., Дьякова А.В., Ганенко Т.В., Бородина Т.Н., Александрова Г.П., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. 2019. Биологическая активность нанокомпозита селена, инкапсулированного в макромолекулы каррагинана, в патогенезе кольцевой гнили растений картофеля. Рос. нанотехнологии. 14 (5–6), 255–262.