Mechanisms of the antimicrobial action of fatty acids (review)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Among the diverse biological activities of fatty acids, the ability to kill or inhibit the growth of microorganisms can be distinguished. Despite the fact that the antibacterial mechanisms of fatty acids are not fully understood, the most common target of action is the cell membrane, where FAs mediate an increase in permeability and subsequent cell lysis, lead to disruption of the electron transport chain, uncoupling of oxidative phosphorylation, and inhibit enzymatic activity and nutrient intake. In addition to acting on cell membranes, FAs have the ability to disrupt the metabolic processes of microorganisms, inhibit DNA/RNA replication, and affect the expression of virulence genes. In addition, non-traditional mechanisms of the antimicrobial action of FAs are currently being described, such as inhibition of horizontal gene transfer, quorum sensing, and disruption of the efflux pump. The variety of antimicrobial mechanisms and a wide range of their activity determine the high biotechnological potential of fatty acids and make further studies of the mechanisms of action on biological systems relevant.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. S. Obukhova

Petrozavodsk State University

Author for correspondence.
Email: Obyhova_elena@mail.ru
Russian Federation, Petrozavodsk, 185003

S. A. Murzina

Institute of Biology of the Karelian Research Center of the Russian Academy of Sciences

Email: murzina.svetlana@gmail.com
Russian Federation, Petrozavodsk, 185910

References

  1. Tocher D.R., Fonseca-Madrigal J., Bell J.G., Dick J.R., Henderson R.J., Sargent J.R. // Fish Physiol. Biochem. 2002. V. 26. P. 157–170.
  2. Hochachka P.W., Somero G.N. Bio-Chemical Adaptation: Mechanism and Process in Physiological Evolution. N.Y.: Oxford University Рress, 2002. 466 p.
  3. Батраков С.Г., Никитин Д.И., Ружицкий А.О., Оранская М.С. // Биоорганическая химия. 1998. Т. 24. № 10. P. 768–777.
  4. Antonny B., Vanni S., Shindou H., Ferreira T. // Trends in Cell Biology. 2015. V. 25. № 7. P. 427–436.
  5. Рабинович А.Л., Рипатти П.О. // Успехи современной биологии. 1994. Т. 114. Вып. 5. С. 581–594.
  6. Rabinovich A.L., Ripatti P.O., Balabaev N.K, Leermakers F.A.M. // Phys.Rev. E 67. 2003. V. 67. № 1: е011909. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.67.011909
  7. Kenny J.G., Ward D., Josefsson E., Jonsson I.M., Hinds J., Rees H.H., Lindsay J.A., Tarkowski A., Horsburgh M.J. // PLoS One. 2009. V. . № 2. e4344. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0004344
  8. van Eijk E., Wittekoek B., Kuijper E.J., Smits W.K. // J. Antimicrob. Chemother. 2017. V.72. № 5. P. 1275–1284.
  9. Kabara J., Swieczkowski D., Conley A., Truant J. // J. Antimicrob Agents Chemother. 1972.V. 2. № 1. Р. 23–28.
  10. Yoon B.K., Jackman J.A., Valle-González E.R., Cho N.J. // Int. J. Mol. Sci. 2018. V. 19. № 4. е1114. https://doi.org/10.3390/ijms19041114
  11. Zheng C.J, Yoo J.S., Lee T.G., Cho H.Y., Kim Y.H., Kim W.G. // FEBS Lett. 2005. V. 579. № 23. Р. 5157–5162.
  12. Desbois A.P., Smith V.J. // Appl. Microbiol Biotechnol. 2010. V. 85. Р. 1629–1642.
  13. Desbois A.P. // Recent Pat. Antiinfect. Drug Discov. 2012. V. 7. № 2. Р. 111–122.
  14. Jackman J.A., Yoon B.K., Li D., Cho N.J. // Molecules. 2016. V. 21. № 3. е305. https://doi.org/10.3390/molecules21030305
  15. Fischer C.L. // Antibiotics. 2020. V. 9. № 2. е75. https://doi.org/10.3390/antibiotics9020075
  16. Carson D.D., Daneo-Moore L. // J. Bacteriol. 1980. V. 141. № 3. Р. 1122–1126.
  17. Thompson L., Cockayne A., Spiller R.C. // Gut. 1994. V. 35. № 11. Р. 1557–1561.
  18. Bergsson G., Arnfinnsson J., Steingrímsson O., Thormar H. // APMIS. 2001. V. 109. № 10. Р. 670–678.
  19. Avis T.J., Bélanger R.R. // Appl. Environ. Microbiol. 2001. V. 67. № 2. Р. 956–60.
  20. Guimarães A., Venâncio A. // Toxins. 2022. V. 14. № 3. e188. https://doi.org/10.3390/toxins14030188
  21. Greenway D.L., Dyke K.G. // J. Gen. Microbiol. 1979. V. 115. № 1. Р. 233–245.
  22. Won S.R., Hong M.J., Kim Y.M., Li C.Y., Kim J.W., Rhee H.I. // FEBS Lett. 2007. V. 581. № 25. Р. 4999–5002.
  23. Casillas-Vargas G., Ocasio-Malavé C., Medina S., Morales-Guzmán C., Del Valle R.G., Carballeira N.M., Sanabria-Ríos D.J. // Prog. Lipid Res. 2021. V. 82. e101093. https:// doi.org/10.1016/j.plipres.2021.101093
  24. Parsons J.B., Yao J., Frank M.W., Jackson P., Rock C.O. // J. Bacteriol. 2012. V. 194. № 19. P. 5294-304.
  25. Li X.C., Jacob M.R., ElSohly H.N., Nagle D.G., Smillie T.J., Walker L.A. et al. // J. Nat. Prod. 2003. V. 66. № 8. P. 1132-1135.
  26. Sanabria-Ríos D.J., Morales-Guzmán C., Mooney J., Medina S., Pereles-De-León T., Rivera-Román A. et al. // Lipids. 2020. V. 55. № 2 Р. 101–116.
  27. Tomašič T., Katsamakas S., Hodnik Ž., Ilaš J., Brvar M., Solmajer T. et al. // J. Med. Chem. 2015. V. 58. № 14. Р. 5501–5521.
  28. Withey J.H., Nag D., Plecha S.C., Sinha R., Koley H. // Antimicrob. Agents Chemother. 2015. V. 59. № 12. Р. 7471–7476.
  29. Liaw S.J., Lai H.C., Wang W.B. // Infect Immun. 2004. V. 72. № 12. P. 6836–6845.
  30. Clarke S.R., Mohamed R., Bian L., Routh A.F., Kokai-Kun J.F., Mond J.J. et al. // Cell Host Microbe. 2007. V. 1. № 3. Р. 199–212.
  31. Stenz L., François P., Fischer A., Huyghe A., Tangomo M., Hernandez D. et al. // FEMS Microbiol. Lett. 2008. V. 287. № 2. Р. 149–155.
  32. Davies D.G., Marques C.N. // J. Bacteriol. 2009. V. 191. № 5. Р. 1393–1403.
  33. Nicol M., Alexandre S., Luizet J.B., Skogman M., Jouenne T., Salcedo S.P., Dé E. // Int. J. Mol. Sci. 2018. V. 19. № 1. е214. https://doi.org/10.3390/ijms19010214
  34. Fluhr J.W., Kao J., Jain M., Ahn S.K., Feingold K.R., Elias P.M. // J. Invest. Dermatol. 2001. V. 117. № 1. Р. 44–51.
  35. Hiltunen T., Virta M., Laine A.L. // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological. 2017. V. 372. № 1712. P. 1–7.
  36. Getino M., Sanabria-Ríos D.J., Fernández-López R., Campos-Gómez J., Sánchez-López J.M., Fernández A., Carballeira N.M., de la Cruz F. // mBio. 2015. V. 6. № 5. e01032-15. https://doi.org/10.1128/mbio.01032-15
  37. Palencia-Gándara C., Getino M., Moyano G., Redondo S., Fernández-López R., González-Zorn B., de la Cruz F. // mBio. 2021. V. 12. № 4. е8406284. https://doi.org/10.1128/mbio.01277-21
  38. Rémy B., Mion S., Plener L., Elias M., Chabrière E., Daudé D. // Front. Pharmacol. 2018. V. 9. e203. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00203
  39. Widmer K.W., Soni K.A., Hume M.E., Beier R.C., Jesudhasan P., Pillai S.D. // J. Food Sci. 2007. V. 72. № 9. Р. M363–М368.
  40. Lee J.H., Kim Y.G., Khadke S.K., Lee J. // Microb. Biotechnol. 2021. V. 14. № 4. Р. 1353–1366.
  41. Марданова А.М., Богомольная Л.М., Романова Ю.Д., Шарипова М.Р. // Микробиология. 2014. № 1.С. 3. С. 54–59.
  42. Blanco P., Hernando-Amado S., Reales-Calderon J.A., Corona F., Lira F., Alcalde-Rico M., Bernardini A., Sanchez M.B., Martinez J.L. // Microorganisms. 2016. V. 4. № 1. е14. https://doi.org/10.3390/microorganisms4010014
  43. Baharoglu Z., Mazel D. // Antimicrob. Agents Chemother. 2011. V. 55. № 5. Р. 2438–2441.
  44. Dasagrandhi C., Kim Y.S., Kim I.H., Hou C.T., Kim H.R. // Indian J. Microbiol. 2017. V. 57. № 4. Р. 461–469.
  45. Costa S.S., Sobkowiak B., Parreira R., Edgeworth J.D., Viveiros M., Clark T.G. et al. // Front. Genet. 2019. V. 9. e710. https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00710
  46. Sun C.Q., O’Connor C.J., Roberton A.M. // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2003. V. 36. № 1–2. P. 9–17.
  47. Wille J.J., Kydonieus A. // Skin Pharmacol. Appl. Skin Physiol. 2003. V. 16. № 3. Р. 176–187.
  48. Anzaku A.A., Akyala J.I., Juliet A., et al. // Ann. Clin. Lab. Res. 2017. 5: 2.
  49. Nagase S., Matsue M., Mori Y., Honda-Ogawa M., Sugitani K., Sumitomo T. et al. // J. Wellness Health Care. 2017. V. 41. № 1. Р. 87–95.
  50. Kitahara T., Koyama N., Matsuda J., Aoyama Y., Hirakata Y., Kamihira S. et al. // Biol. Pharm. Bull. 2004. V. 27. № 9. P. 1321–1326.
  51. Watanabe T., Yamamoto Y., Miura M., Konno H., Yano S., Nonomura Y. // J. Oleo Sci. 2019. V. 68. № 3. P. 291–296.
  52. Yang H.T., Chen J.W., Rathod J., Jiang Y.Z., Tsai P.J., Hung Y.P. et al. // Front Microbiol. 2017. V. 8. e2635. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02635
  53. Shilling M., Matt L., Rubin E., Visitacion M.P., Haller N.A., Grey S.F., Woolverton C.J. // J. Med. Food. 2013. V. 16. № 12. Р. 1079–1085.
  54. Undecylenic acid. Monograph. Altern. Med. Rev. 2002. V. 7. № 1. Р. 68–70.
  55. Marounek M., Skřivanová E., Rada V. // Folia Microbiologica. 2003. V. 48. P. 731–735.
  56. Dubos R.J. // J. Exp. Med. 1947. V. 85. № 1. P. 9–22.
  57. Souza J.L., da Silva A.F., Carvalho P.H., Pacheco B.S., Pereira C.M., Lund R.G. // Arch. Oral. Biol. 2014. V. 5. № 9. P. 880–886.
  58. Choi W.H. // Asian Pac. J. Trop. Med. 2016. V. 9. № 2. Р. 125–129.
  59. Sun M., Dong J., Xia Y., Shu R. // Microb Pathog. 2017. V. 107. P. 212–218.
  60. Coraça-Huber D.C., Steixner S., Wurm A., Nogler M. // Biomedicines. 2021. V. 9. № 4. e334. https://doi.org/10.3390/biomedicines9040334
  61. Sun M., Zhou Z., Dong J., Zhang J., Xia Y., Shu R. // Microb. Pathog. 2016. V. 99. P. 196–203.
  62. Correia M., Michel V., Matos A.A., Carvalho P., Oliveira M.J., Ferreira R.M., Dillies M.A., Huerre M., Seruca R., Figueiredo C., Machado J.C., Touati E. // PLoS One. 2012. V. 7. № 4. e35072. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0035072
  63. Korosh T., Jordan K.D., Wu J.S., Yarlett N., Upmacis R.K. // J. Eukaryot. Microbiol. 2016. V. 63. № 2. P 153–161.
  64. Seabra C.L., Nunes C., Gomez-Lazaro M., Correia M., Machado J.C., Gonçalves I.C. et al. // Int. J. Pharm. 2017. V. 519. № 1–2. P. 128–137.
  65. Das U.N. // J. Adv. Res. 2018. V. 11. P. 57–66.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. 1. Structural formulas of stearic acid, 18:0 – saturated fatty acid, oleic acid, 18:1(n-9) – monounsaturated fatty acid, alpha-linolenic acid, 18:3(n-3) – polyunsaturated fatty acid (n-3) family.

Download (191KB)
Indexing metadata
3. 2. A generalizing diagram of the known mechanisms of antibacterial action of fatty acids.

Download (275KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».