Chronobiological approach to study microsymbiont catalase activity in female reproductive tract

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Catalase is a heme-containing enzyme belonging to protection factors that destroys peroxide compounds. The presence of catalase activity is an important ability of microorganisms that allows them to be protected from unfavorable factors as well as adapt to macroorganism conditions. Catalase along with superoxide dismutase plays an important role in pathogen resistance to phagocyte oxygen-dependent bactericidal mechanisms. The aim of the study was to investigate microsymbiont catalase activity from female reproductive tract in normocenosis and candidiasis dysbiosis using the chronobiological approach. The study was conducted on clinical isolates, isolated from female reproductive tract microsymbiocenosis. The catalase activity was determined by spectrophotometry based on 24 hour-long hydrogen peroxide reduction with 3-hours interval in winter season. Dynamic hydrogen peroxide was assessed in 3–5 experiment replicates. In some Lactobacillus spp., catalase was found containing no heme group — pseudocatalase. Chronobiological approach allowed to reveal enzyme activity from all microsymbionts. The dominant and associative microbiota isolated from healthy females was characterized by circadian (24 hours) rhythms of catalase activity early in the morning — 5 a.m. (р < 0.05). Hydrogen peroxide decomposes spontaneously or via non-enzymatic catalysts, and microorganisms cope with this situation under such conditions. In microsymbionts characteristic of female reproductive tract dysbiosis, and usually found in large numbers along with decreased Lactobacillus spp. ultradian rhythms with 12- and 8-hour harmonics of catalase activity with acrophase were recorded in the morning (8 a.m.) and evening hours (8 p.m.). The minimum values of enzyme production in all cultures were recorded at 12 p.m. and 5 p.m. Therefore, the contribution of the rhythm of the studied parameter at varying degree of vaginal sterility reflects the adaptive pathogen capabilities to the conditions of existence and can be the basis for studying related regulatory mechanisms. Mesor and amplitude phase stability are universal rhythmometric parameters used to evaluate patient’s condition independent of species assignment.

About the authors

Marina V. Nikolenko

Tyumen State Medical University

Author for correspondence.
Email: nikolenko-marina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1099-0656

DSc (Biology), Professor of the Department of Microbiology, Head of Laboratory of Microbiome, Regenerative Medicine and Cellular Technologies

Russian Federation, Tyumen

Ekaterina M. Vaseva

Tyumen State Medical University

Email: yuga-21@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5556-3180

PhD (Pharmacy), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Disciplines

Russian Federation, Tyumen

Natalya V. Baryshnikova

Tyumen State Medical University

Email: barnv7600@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6458-4920

Senior Lecturer of the Department of Microbiology 

Russian Federation, Tyumen

Olga I. Malishevskaya

Tyumen State Medical University

Email: olgaivan1988@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8709-5281

Ph.D. of  Pharmaceutical Sciences, Associate Professor of the Department of Pharmaceutical Disciplines

Russian Federation, Tyumen

References

  1. Андрюков Б.Г., Сомова Л.М., Тимченко Н.Ф. Стратегии программированной клеточной гибели у прокариот // Инфекция и иммунитет. 2015. Т. 5, № 1. С. 15–26. [Andrukov B.G., Somova L.M., Timchenko N.F. Strategy of programmed cell death in prokaryotes. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2015, vol. 5, no. 1, pp. 15–26. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2015-1-15-26
  2. Брюханов А.Л., Нетрусов А.И. Аэротолерантность строго анаэробных микроорганизмов: факторы защиты от окислительного стресса (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2007. Т. 43, № 6. С. 635–652. [Bryukhanov A.L., Netrusov A.I. Aerotolerance of strictly anaerobic microorganisms: factors of protection from oxidative stress (review). Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied Biochemistry and Microbiology, 2007, vol. 43, no. 6, pp. 635–652. (In Russ.)]
  3. Бухарин О.В., Черкасов С.В., Сгибнев А.В., Забирова Т.М., Иванов Ю.Б. Влияние микробных метаболитов на активность каталазы и рост Staphylococcus aureus 6538 Р // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2000. Т. 130, № 7. С. 80–82. [Bukharin O.V., Cherkasov S.V., Sgibnev A.V., Zabirova T.M., Ivanov Yu.B. Influence of microbial metabolites on catalase activity and growth of Staphylococcus aureus 6538 P. Byulleten’ eksperimental’noi biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology, 2000, vol. 130, no. 7, pp. 80–82. (In Russ.)]
  4. Курбанов А.И., Караев 3.О. Роль каталазы и супероксиддисмутазы микроорганизмов при их фагоцитозе макрофагальными клетками // Биомедицина. 2005. № 3. С. 44–45. [Kurbanov A.I., Karaev Z.O. The role of catalase and superoxide dismutase of microorganisms during their phagocytosis by macrophage cells. Biomeditsina = Biomedicine, 2005, no. 3, pp. 44–45. (In Russ.)]
  5. Романова Е.В. Ферменты в антиокислительной системе растений: супероксиддисмутаза // АГРО XXI. 2008. № 7–9. С. 28–29. [Romanova E.V. Enzymes in the antioxidant system of plants: superoxide dismutase. AGRO XXI, 2008, no. 7–9, pp. 28–29. (In Russ.)] URL: https://www.agroxxi.ru/journal/20080709/20080709013.pdf
  6. Сахно О.Н., Трифонова Т.А. Экология микроорганизмов: учебное пособие: В 3 частях. Часть 2. Владимир: Издательство Владимирского государственного университета, 2009. 52 с. [Sakhno O.N., Trifonova T.A. Ecology of microorganisms: textbook. Part 2. Vladimir: Publishing House of the Vladimir State University, 2009. 52 p. (In Russ.)] URL: https://dspace.www1.vlsu.ru/bitstream/123456789/1383/3/00950.pdf
  7. Шпаков А.О. Сигнальные молекулы бактерий непептидной природы QS-типа // Микробиология. 2009. Т. 78, № 2. С. 163–175. [Shpakov A.O. Signal molecules of bacteria of non-peptide nature of QS-type Mikrobiologiya = Mikrobiologiya (Microbiology), 2009, vol. 78, no. 2, pp. 163–175. (In Russ.)]
  8. Bailly C., El-Maarouf-Bouteau H., Corbineau F. From intracellular signaling networks to cell death: the dual role of reactive oxygen species in seed physiology. C. R. Biol., 2008, vol. 331, no. 10, pp. 806–814. doi: 10.1016/j.crvi.2008.07.022
  9. Nelson W., Tong Y.L., Lee J.K., Halberg F. Methods for cosinor-rhythmometry. Chronobiologia, 1979, vol. 6, no. 4, pp. 305–323.
  10. Patent No. 5163426 Unaited States, Int. Cl. A61M21/00; A61B10/00; A61M21/02; A61N5/06; (IPC1-7): A61N5/06. Assessment and modification of a subjects endogenous circadian cycle. No. 07/066677; application: 06.26.1987: date of publication 11.17.1992 / Czeisler C.A., Kronauer R.E., Allan J.S. Proprietors: Brigham, And Women’s Hospital (Boston, MA). 75 p.
  11. Zemser R.B., Martin S.E. Heat stability of virulence-associated enzymes from Listeria monocytogenes SLCC 5764. J. Food Prot., 1998, vol. 61, no. 7, pp. 899–902. doi: 10.4315/0362-028x-61.7.899

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Diurnal dynamics of microsymbiont catalase activity in healthy female reproductive tract

Download (133KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Diurnal dynamics of microsymbiont catalase activity in female reproductive tract during candidiasis dysbiosis

Download (147KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Nikolenko M.V., Vaseva E.M., Baryshnikova N.V., Malishevskaya O.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».