Theoretical and experimental investigation of antibacterial activity of lidocaine hydrochloride against clinical resistant gram-negative strains of bacteria

Олександр Маслов; Микола Комісаренко; Тетяна  Осолодченко; Ольга Антоненко; Сергій Колісник

doi:10.5281/zenodo.17106295

Автор(и)

Олександр Маслов Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна, Україна https://orcid.org/0000-0001-9256-0934
Микола Комісаренко Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна, Україна https://orcid.org/0000-0002-1161-8151
Тетяна Осолодченко ДУ «Інститут мікробіології та імунології ім. І.Мечникова НАМН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7258-3880
Ольга Антоненко Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна, Україна https://orcid.org/0000-0002-0369-6520
Сергій Колісник Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна, Україна https://orcid.org/0000-0002-4920-6064

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.17106295

Ключові слова:

лідокаїну гідрохлорид, мультирезистентність, грамнегативні штами, молекулярний докінг

Анотація

Вступ. Сьогодні антимікробна резистентність є проблемою номер один у світі. Одна з перших згадок про появу антибіотикорезистентних штамів бактерій у людей була отримана під час військових конфліктів в Іраку та Афганістані 20 років тому. Крім того, згідно з останніми даними, серед усіх ізольованих резистентних патогенів переважають Acinetobacter baumani, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiela pneumonia та Enterococcus cloacae. Тому пошук нового антибактеріального препарату, здатного боротися з антимікробною резистентністю, є завданням номер один. Метою дослідження було дослідити in vitro та in silico антибактеріальну активність проти клінічних мультирезистентних штамів Staphylococcus aureus, P. aeruginosa, A. baumannii, K. pneumonia та E. cloacae. Матеріали та методи. Об'єктом дослідження був лідокаїну гідрохлорид. Молекулярний докінг проводився за допомогою AutoDockTools 1.5.6; антибактеріальні ефекти оцінювалися методами лунок та «розведення». Ізоляти були отримані з клінічних зразків, включаючи трахеальний аспірат та бронкоальвеолярний лаваж. Результати. Лідокаїну гідрохлорид продемонстрував високу селективність до AHS LasI. Експериментальне дослідження продемонструвало, що проти резистентного штаму P. aeruginosa лідокаїну гідрохлорид пригнічував ріст – з 23,0±0,2 до 16,0±0,2 мм, проти A. baumannii – з 24,0±0,1 до 16,0±0,1 мм, проти E. cloacea – з 18,0±0,2 до 16,0±0,2 мм, проти K. pneumonia – з 21,0±0,2 до 16,0±0,2 мм відповідно. Значення мінімальної інгібуючої концентрації (МІК) лідокаїну гідрохлориду для P. aeruginosa, E. cloacea, A. baumannii, K. pneumonia становило 0,00075 ммоль/л. Висновки. Було проведено теоретичні та експериментальні дослідження антибактеріальної дії лідокаїну гідрохлориду. Теоретичні результати показали, що лідокаїну гідрохлорид високоселективно інгібує лише один фермент – AHS LasI. Згідно з експериментальними результатами, було показано, що лідокаїну гідрохлорид ефективно інгібує резистентні штами P. aeruginosa, E. cloacea, A. baumannii, K. pneumonia. Отже, лідокаїну гідрохлорид є перспективною речовиною для усунення резистентності антибіотиків.

Біографії авторів

Олександр Маслов, Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна

доктор філософії, кафедри загальної хімії

Микола Комісаренко , Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна

канд. фарм. наук, кафедра фармакогнозії та нутріціології

Тетяна Осолодченко, ДУ «Інститут мікробіології та імунології ім. І.Мечникова НАМН України

канд. біол. наук, завідувачка кафедри біохімії і біотехнології

Ольга Антоненко, Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна

канд. фарм. наук, доцент кафедри загальної хімії

Сергій Колісник, Національний фармацевтичний університет, Харків, Україна

доктор фарм. наук, професор, завідувач кафедри загальної хімії

Посилання

Walsh TR, Gales AC, Laxminarayan R, Dodd PC. Antimicrobial Resistance: Addressing a Global Threat to Humanity. PLOS Med. 2023;20(7):e1004264. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1004264

Mende K, Akers KS, Tyner SD, Bennett JW, Simons MP, Blyth DM, Li P, Stewart L, Tribble DR. Multidrug-Resistant and Virulent Organisms Trauma Infections: Trauma Infectious Disease Outcomes Study Initiative. Mil Med. 2022;187(Supplement_2):42-51. DOI: https://doi.org/10.1093/milmed/usab131

Kalpana S, Lin WY, Wang YC, Fu Y, Lakshmi A, Wang HY. Antibiotic Resistance Diagnosis in ESKAPE Pathogens—A Review on Proteomic Perspective. Diagnostics. 2023;13(6):1014. DOI: https://doi.org/10.3390/diagnostics13061014

Karnina R, Arif SK, Hatta M, Bukhari A. Molecular mechanisms of lidocaine. Ann Med Surg. 2021;69:102733. DOI: https://doi.org/10.1016/j.amsu.2021.102733

Caracas HC, Maciel JV, Martins PM, de Souza MM, Maia LC. The use of lidocaine as an anti-inflammatory substance: A systematic review. J Dent. 2009;37(2):93-7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jdent.2008.10.005

Razavi BM, Fazly Bazzaz BS. A review and new insights to antimicrobial action of local anesthetics. Eur J Clin Microbiol Amp Infect Dis. 2019;38(6):991-1002. DOI: https://doi.org/10.1007/s10096-018-03460-4

Heller S, Seemann RJ, Burgkart R, Obermeier A, Locher H. Lidocaine Shows Significant Antimicrobial Effects Against Staphylococcus Species: An In-Vitro Study Comparing Different Combinations of Lidocaine and Clinically Used Injectables, like Steroids and Hyaluronan, in the Context of Arthritis Management. Biomedicines. 2025;13(1):106. DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines13010106

Palmeira-de-Oliveira A, Ramos AR, Gaspar C, Palmeira-de-Oliveira R, Gouveia P, Martinez-de-Oliveira J. In VitroAnti-CandidaActivity of Lidocaine and Nitroglycerin: Alone and Combined. Infect Dis Obstet Gynecol. 2012;2012:1-4. DOI: https://doi.org/10.1155/2012/727248

Mbarga MJ, Podoprigora IV, Volina EG, Ermolaev AV, Smolyakova LA. Evaluation of Changes Induced in the Probiotic Escherichia coli M17 Following Recurrent Exposure to Antimicrobials. J Pharm Res Int. 2021:158-67. DOI: https://doi.org/10.9734/jpri/2021/v33i29b31601

Maslov O, Komisarenko M, Ponomarenko S,Horopashna D, Osolodchenko T, Kolisnyk S,Derymedvid L, Shovkova Z, Akhmedov E.Investigation the influence of biologically activecompounds on the antioxidant, antibacterial and anti-inflammatory activities of red raspberry (Rubus idaeous L.) leaf extract. Curr Issues Pharm Med Sci.2022;35(4):229-35. DOI: https://doi.org/10.2478/cipms-2022-0040

Morris GM, Huey R, Olson AJ. Using AutoDock for Ligand‐Receptor Docking. Curr Protoc Bioinform.2008;24(1):1-10. DOI: https://doi.org/10.1002/0471250953.bi0814s24

RCSB PDB: Homepage. RCSB PDB: Homepage. Available from: https://www.rcsb.org/.

PubChem. PubChem;. Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/.

CASTp 3.0: Computed Atlas of Surface Topography of proteins; Available from: http://sts.bioe.uic.edu/castp/index.html?201l

Kondža M, Brizić I, Jokić S. Flavonoids as CYP3A4Inhibitors In Vitro. Biomedicines. 2024;12(3):644.DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines12030644

Jadhav AK, Karuppayil SM. Molecular dockingstudies on thirteen fluoroquinolines with humantopoisomerase II a and b. Silico Pharmacol.2017;5(1):22-3. DOI: https://doi.org/10.1007/s40203-017-0024-2

Mbarga MJ, Podoprigora IV, Volina EG,Ermolaev AV, Smolyakova LA. Evaluation of ChangesInduced in the Probiotic Escherichia coli M17Following Recurrent Exposure to Antimicrobials. JPharm Res Int. 2021:158-67.DOI: https://doi.org/10.9734/jpri/2021/v33i29b31601

Rahman M, Browne JJ, Van Crugten J, Hasan MF,Liu L, Barkla BJ. In Silico, Molecular Docking and In Vitro Antimicrobial Activity of the Major Rapeseed Seed Storage Proteins. Front Pharmacol. 2020;11:22-40.DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2020.01340

Zuo K, Liang L, Du W, Sun X, Liu W, Gou X,Wan H, Hu J. 3D-QSAR, Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulation of Pseudomonas aeruginosa LpxC Inhibitors. Int J Mol Sci.2017;18(5):761.DOI: https://doi.org/10.3390/ijms18050761

Abinaya M, Gayathri M. Inhibition of biofilm formation, quorum sensing activity and molecular docking study of isolated 3, 5, 7-Trihydroxyflavone from Alstonia scholaris leaf against P.aeruginosa. Bioorganic Chem. 2019;87:291-301. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2019.03.050