Динамика образования биоплёнок клинически значимыми штаммами условно-патогенных бактерий

   Обоснование. Образование биоплёночных структур микроорганизмами, обитающими во внутрибольничной среде, является серьёзной проблемой медицины. Для проведения корректных экспериментальных исследований необходимо знать скорость и эффективность формирования биоплёнок клинически значимыми видами условно-патогенных бактерий.
   Цель. Изучить кинетику роста планктонных культур и скорость формирования биоплёнок клинически значимыми возбудителями инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, для обоснования методологии дальнейших исследований.
   Материалы и методы. Использованы штаммы из рабочей коллекции лаборатории микробиома и микроэкологии ФГБНУ «Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека». Эксперименты проведены с условно-патогенными микроорганизмами сем. Enterobacteriaceae и неферментирующими грамотрицательными бактериями. Проводились измерение оптической плотности, определение общего микробного числа клеточной суспензии и оценка морфологической структуры биоплёнки с помощью светового микроскопа на стерильных покровных стёклах для видов Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae и Serratia marcescens.
   Результаты. Продолжительность лаг-фазы кинетической кривой роста клеток варьировала у изолятов S. marcescens, P. aeruginosa и K. pneumoniae от 1 до 4 и 6 часов культивирования соответственно. Несмотря на это, фаза экспоненциального роста была у всех тестируемых изолятов одинаковая и составила 4 часа. Таким образом, изоляты клинически значимых видов выходили на стационарную фазу роста через 5–10 часов культивирования и были охарактеризованы как быстрорастущие. На абиотических поверхностях через 8 часов инкубирования тестируемых культур наблюдали начальные стадии образования биоплёночных структур, через 20 часов визуализировали сформированную многослойную биоплёнку, через 24 часа происходила сукцессия, на место отслоившихся структур прикреплялись новые единичные клетки.
   Заключение. Полученные данные по временной продолжительности основных стадий кинетики роста в сопоставлении с визуализацией процесса формирования биоплёночных структур на абиотических поверхностях должны быть учтены при изучении воздействия дезинфицирующих, антисептических средств и антибактериальных лекарственных препаратов на планктонные клетки и биоплёночные ассоциации клинически значимых условно-патогенных микроорганизмов.

1. Verderosa A. D., Totsika M., Fairfull-Smith K. E. Bacterial biofilm eradication agents: A current review. Front Chem. 2019; 7: 824. doi: 10.3389/fchem.2019.00824

2. Jamal M., Tasneem U., Hussain T., Andleeb S. Bacterial biofilm: Its composition, formation and role in human infections. J Microbiol Biotechnol. 2015; 4: 1-14.

3. Pelling H., Nzakizwanayo J., Milo S., Denham E. L., MacFarlane W. M., Bock L. J., et al. Bacterial biofilm formation on indwelling urethral catheters. Lett Appl Microbiol. 2019; 68 (4): 277-293. doi: 10.1111/lam.13144

4. Patini R., Staderini E., Lajolo C., Lopetuso L., Mohammed H., Rimondini L., et al. Relationship between oral microbiota and periodontal disease: A systematic review. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018; 22: 5775-5788. doi: 10.26355/eurrev_201809_15903

5. Talapko J., Škrlec I. The principles, mechanisms, and benefits of unconventional agents in the treatment of biofilm infection. Pharmaceuticals (Basel). 2020; 13 (10): 299. doi: 10.3390/ph13100299

6. Li Z., Knetsch M. Antibacterial strategies for wound dressing: Preventing infection and stimulating healing. Curr Pharm Des. 2018; 24 (8): 936-951. doi: 10.2174/1381612824666180213141109

7. Xie T., Wu Q., Zhang J., Xu X., Cheng J. Comparison of Vibrio parahaemolyticus isolates from aquatic products and clinical by antibiotic susceptibility, virulence, and molecular characterisation. Food Control. 2017; 71: 315-321. doi: 10.1016/j.foodcont.2016.06.046

8. Bjarnsholt T., Buhlin K., Dufrêne Y. F., Gomelsky M., Moroni A., Ramstedt M., et al. Biofilm formation – what we can learn from recent developments. J Intern Med. 2018; 284 (4): 332-345. doi: 10.1111/joim.12782

9. Pannanusorn S., Ramirez-Zavala B., Lünsdorf H., Agerberth B., Morschhäuser J., Römling U. Characterization of biofilm formation and the role of BCR1 in clinical isolates of Candida parapsilosis. Eukaryot Cell. 2014; 13 (4): 438-451. doi: 10.1128/EC.00181-13

10. Xu W., Dong S., Han Y., Li S., Liu Y. Hydrogels as antibacterial biomaterials. Curr Pharm Des. 2018; 24 (8): 843-854. doi: 10.2174/1381612824666180213122953

11. Linnes J. C., Ma H., Bryers J. D. Giant extracellular matrix binding protein expression in staphylococcus epidermidis is regulated by biofilm formation and osmotic pressure. Curr Microbiol. 2013; 66 (6): 627-633. doi: 10.1007/s00284-013-0316-7

12. Romaní A. M., Fund K., Artigas J., Schwartz T., Sabater S., Obst U. Relevance of polymeric matrix enzymes during biofilm formation. Microbial Ecology. 2008; 56 (3): 427-436. doi: 10.1007/s00248-007-9361-8

13. Kanwar I., Sah A. K., Suresh P. K. Biofilm-mediated antibiotic-resistant oral bacterial infections: Mechanism and combat strategies. Curr Pharm Des. 2017; 23 (14): 2084-2095. doi: 10.2174/1381612822666161124154549

14. Немченко У. М. Моделирование бактериальных биоплёнок и оценка чувствительности возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, к дезинфицирующему средству Секусепт актив / У. М. Немченко [и др.] // Клиническая лабораторная диагностика. – 2020. – 65 (10): 652-658. doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-10-652-658

15. Григорова Е. В. Биоплёнкообразование под воздействием дезинфицирующих средств с разным активным компонентом у Pseudomonas aeruginosa / Е. В. Григорова [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2021. – 171 (6): 733-738. doi: 10.47056/0365-9615-2021-171-6-733-738

16. Савилов Е. Д. Способность к биоплёнкообразованию у возбудителей инфекций, выделенных от пациентов крупного многопрофильного детского стационара / Е. Д. Савилов [и др.] // Тихоокеанский медицинский журнал. – 2020. – 1 (79): 32-35. doi: 10.34215/1609-1175-2020-1-32-35

17. Годовалов А. П. Способ оценки морфологической структуры биопленок микроорганизмов: Патент № 2719402 Рос. Федерация; МПК G01N 33/483 (2006.01), C12Q 1/02 (2006.01); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е. А. Вагнера» Минздрава России / А . П. Годовалов, М. С. Степанов, Е. Е. Кобзаренко. – № 2019145542; заявл. 30. 12. 2019; опубл. 17. 04. 2020; Бюл. № 11.

18. Осипова Е. В. Сравнительная количественная оценка способности образования биоплёнки различными клиническими штаммами бактерий на поверхности полистирола стекла / Е. В. Осипова, И. В. Шипицына, З. С. Науменко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – 8-1: 55-58.

19. Леонов В. В. Количественная оценка способности условно-патогенных микроорганизмов к образованию биоплёнки в эксперименте / В. В. Леонов // Клиническая лабораторная диагностика. – 2012. – 10: 57-59.

20. Игнатенко А. В. Изучение образования биопленок бактерий и оценка их устойчивости к биоцидам / А. В. Игнатенко // Труды Белорусского Государственного Технологического университета. Химия и технология органических веществ. – 2008. – 1 (4): 173-176.