The cell wall and membranes of Gram-positive and Gram-negative bacteria provide a physical, osmotic, and metabolic barrier between the internal contents of the bacterial cell and the external environment. Observation of changes in the integrity of the bacterial structure using a scanning electron microscope (SEM) can help elucidate the detailed mechanisms of cell death. The aim of the study was to analyze the morphological changes in microbial cells exposed to new compounds with antimicrobial activity — chlorine-containing derivatives of 5-,6-,7-aminoindoles using SEM. Methods. The present study was carried out using strains of Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli obtained from patients with nonspecific diseases of the respiratory, urinary tract, and intestines with different sensitivities to traditionally used antimicrobial drugs. Results. As a result, the studied chloromethyl-containing compounds of the indole series showed own biological activity, namely antimicrobial. Control cells were morphologically correct and typical. Statistical analysis of cell surface morphometry in control and experimental samples did not reveal significant changes in size after exposure to compounds with laboratory codes T1, T4, T7 and T12. At the same time, compared with control untreated cells of P. aeruginosa, S. aureus and E. coli, treatment with chlorine-substituted derivatives of 5-,6-,7-aminoindoles caused obvious morphological changes, which indicates a deteriorated state of the cell wall. Filamentous cells were observed in P. aeruginosa exposure to T7 and T12. The appearance of long filaments may be associated with the stress experienced by the cell after exposure to the compounds under study. It is believed that the formation of such filaments in bacteria under stress conditions results from defects in cell division, especially in the separation of daughter cells. There are data according to which, when DNA synthesis is suppressed, a bacterium changes its morphology, becomes longer, without reaching cell division. Treatment with T1, T7 and T12 resulted in degradation of the P. aeruginosa cell wall, while treatment with T4 caused the formation of pores on the cell surface. In this study, microscopy showed marked morphological changes in the cell walls of S. aureus, which led to deformation of the cell wall under the influence of T1, T4, T7 and T12. Treatment of E. coli T1, T4, T7 and T12 cells at a concentration of 500 μg/ml caused cell lysis, although normal cells were also found. The appearance of cellular debris around whole E. coli cells indicates membrane damage, which probably leads to a change in osmotic pressure. Conclusion. The results using SEM confirmed the data on the antimicrobial activity of chlorine-substituted derivatives of 5-,6-,7-aminoindoles.
Клеточная стенка и мембраны грамположительных и грамотрицательных бактерий обеспечивают физический, осмотический и метаболический барьер между внутренним содержимым бактериальной клетки и внешней средой. Наблюдение за изменениями целостности бактериальной структуры с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) может помочь прояснить детальные механизмы гибели клеток. Цель исследования — провести анализ морфологических изменений микробных клеток под воздействием новых соединений с противомикробной активностью — хлорсодержащих производных 5-,6-,7-аминоиндолов с помощью СЭМ. Настоящее исследование проводили с использованием штаммов Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Еsсhеriсhiа соli, полученных от больных с неспецифическими заболеваниями органов дыхания, мочевыводящих путей, кишечника, с различной чувствительностью к традиционно используемым антимикробным препаратам. В результате исследуемые хлорметилсодержащие соединения индольного ряда показали свою биологическую активность, а именно — противомикробную. Контрольные клетки были морфологически правильными и типичными. Статистический анализ морфометрии поверхности клеток в контрольных и опытных образцах не выявил существенных изменений размеров под воздействием соединений с лабораторным шифром Т1, Т4, Т7 и Т12. При этом по сравнению с контрольными необработанными клетками P. aeruginosa, S. aureus и E. coli обработка хлорзамещенными производными 5-,6-,7-аминоиндолов вызывала явные морфологические изменения, о чем свидетельствует об ухудшении состояния клеточной стенки. У P. aeruginosa под воздействием Т7 и Т12 наблюдались филаментные клетки. Появление длинных нитей может быть связано со стрессом, который испытывает клетка после воздействия исследуемых соединений. Считается, что образование таких филаментов у бактерий в условиях стресса является результатом дефектов клеточного деления, особенно при отделении дочерних клеток. Есть данные, согласно которым при подавлении синтеза ДНК бактерии изменяется ее морфология: она становится длиннее, не вступая в фазу деления. Обработка Т1, Т7 и Т12 приводила к деградации клеточной стенки P. aeruginosa, в то время как обработка Т4 вызывала образование пор на поверхности клетки. В этом исследовании было продемонстрировано, что под действием Т1, Т4, Т7 и Т12 происходят заметные морфологические изменения клеточных стенок S. aureus, которые в конечном итоге приводят к деформации микробных клеток. Обработка клеток E. coli Т1, Т4, Т7 и Т12 при концентрации 500 мкг/мл вызывала лизис клеток, хотя нормальные клетки также были обнаружены. Появление клеточных обломков вокруг целых клеток E. coli указывает на повреждение мембраны, которое, вероятно, приводит к изменению осмотического давления. Использование СЭМ подтвердило данные об антимикробной активности хлорзамещенных производных 5-,6-,7-аминоиндолов.