Особенности временной динамики биопленкообразования бактерий рода Staphylococcus

Обоснование. Тестирование на образование биопленок бактериями рода Staphylococcus может быть полезным маркером патогенности и иметь большую клиническую значимость; особенно при хроническом течении стафилококковых инфекций.

Цель. Изучить кинетику роста и динамику образования биопленок штаммами бактерий рода Staphylococcus.

Материалы и методы. Использовано 10 штаммов Staphylococcus из рабочей коллекции лаборатории микробиома и микроэкологии ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ. Измерение оптической плотности; скорости роста; определение общего микробного числа и оценка морфологической структуры биопленки проводилось для трёх клинически значимых видов: Staphylococcus aureus (три штамма); S. epidermidis (два штамма); S. haemolyticus (пять штаммов). Отбор проб проводили через 2; 4; 8; 10 и 24 часа культивирования.

Результаты. Оптическая плотность стартовой культуры для всех тестируемых штаммов составляла 0;08 оптических единиц. Все тестируемые штаммы показали сопоставимый рост и общую тенденцию образования биопленки. Стационарная фаза достигалась через восемь часов культивирования при титре общего микробного числа более 8 lg КОЕ/мл и оптической плотности 0;216–0;329 единиц. Необратимое прикрепление клеток к поверхности регистрировалось через 4–6 часов инкубирования; через 8 часов наблюдалось образование неоднородной биопленки. Через 10 часов происходила реорганизация структуры биопленки; после 20 часов инкубирования биопленки были полностью разрушены; при этом происходило снижение титра общего микробного числа с одновременным увеличением оптической плотности от 0;288 до 0;562 единиц за счет перехода разрушенных клеток во взвешенное состояние.

Заключение. Выявленные в реальном времени особенности расширяют предтавления о динамике формирования биопленки грамположительных бактерий; и могут быть применены в клинической микробиологии для предотвращения рецидивирующих инфекций; вызванных стафилококками.

1. Severn MM, Williams MR, Shahbandi A, Bunch ZL, Lyon LM, Nguyen A, et al. The ubiquitous human skin commensal Staphylococcus hominis protects against opportunistic pathogens. mBio. 2022; 13(3): e0093022. doi: 10.1128/mbio.00930-22

2. Touati A, Ibrahim NA, Idres T. Disarming Staphylococcus aureus: Review of strategies combating this resilient pathogen by targeting its virulence. Pathogens. 2025; 15; 14(4): 386. doi: 10.3390/pathogens14040386

3. Гордина Е.М., Божкова С.А., Смирнова Л.Н. Влияние бактериофагов на биопленки Staphylococcus aureus, выделенных от пациентов с ортопедической инфекцией. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022; 24(3): 283–288. doi: 10.36488/cmac.2022.3.283-288

4. Sahoo K, Meshram S. Biofilm formation in chronic infections: a comprehensive review of pathogenesis, clinical implications, and novel therapeutic approaches. Cureus. 2024; 16(10): e70629. doi: 10.7759/cureus.70629

5. Stepanović S, Vuković D, Dakić I, Savić B, Švabić-Vlahović M. A modified microtiter-plate test for quantification of Staphylococcal biofilm formation. Journal of Microbiological Methods. 2000; 40(2): 175–179. doi: 10.1016/S0167-7012(00)00122-6

6. Fux CA, Wilson S, Stoodley P. Detachment characteristics and oxacillin resistance of Staphyloccocus aureus biofilm emboli in an in vitro catheter infection model. J Bacteriol. 2004; 186(14): 448–691. doi: 10.1128/JB.186.14.4486-4491.2004

7. Patil A, Banerji R, Kanojiya P, Saroj SD. Foodborne ESKAPE biofilms and antimicrobial resistance: lessons learned from clinical isolates. Pathog Glob Health. 2021; 115(6): 339–356. doi: 10.1080/20477724.2021

8. Kvich L, Christensen MH, Pierchala MK, Astafiev K, Lou-Moeller R, Bjarnsholt T. The combination of low-frequency ultrasound and antibiotics improves the killing of in vitro Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilms. Antibiotics (Basel). 2022; 11(11): 1494. doi: 10.3390/antibiotics11111494

9. Zulfiqar AM, Mubashir A, Mohammad NK, Irfan L, Najamul H, Seema IK. Biofilm formation and dispersal of Staphylococcus aureus under the influence of oxacillin. Microbial Pathogenesis. 2013; 61(62): 66–72. doi: 10.1016/j.micpath.2013.05.002

10. Ситникова К.О., Немченко У.М., Воропаева Н.М., Григорова Е.В., Савилов Е.Д., Маркова Ю.А. и др. Динамика образования биоплёнок клинически значимыми штаммами условно-патогенных бактерий. Acta biomedica scientifica. 2022; 7(5-1): 119–128. doi: 10.29413/ABS.2022-7.5-1.13

11. Díaz-Navarro M, Samaniego R, Piqueras JC, Díez R, Hafian R, Manzano I, et al. Understanding the diagnosis of catheter-related bloodstream infection: real-time monitoring of biofilm growth dynamics using time-lapse optical microscopy. Front Cell Infect Microbiol. 2023; 13: 1286527. doi: 10.3389/fcimb.2023.1286527

12. Stoodley P, Wilson S, Hall-Stoodley L, Boyle JD, Lappin-Scott HM, Costerton JW. Growth and detachment of cell clusters from mature mixed-species biofilms. Appl Environ Microbiol. 2001; 67(12): 5608-13. doi: 10.1128/AEM.67.12.5608-5613.2001

13. Григорова Е.В., Немченко У.М., Воропаева Н.М., Белькова Н.Л., Носкова О.А., Савилов Е.Д. Биоплёнкообразование под воздействием дезинфицирующих средств с разным активным компонентом у Pseudomonas aeruginosa. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021; 171(6): 733–738. doi: 10.47056/0365-9615-2021-171-6-733-738

14. Немченко У.М., Ситникова К.О., Белькова Н.Л., Григорова Е.В., Воропаева Н.М., Сухорева М.В. и др. Влияние антимикробных препаратов на биопленкообразование Pseudomonas aeruginosa. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022; 26(5): 495–501. doi: 10.18699/VJGB-22-60

15. Немченко У.М., Ситникова К.О., Григорова Е.В., Сухорева М.В., Белькова Н.Л., Чемезова Н.Н., Савилов Е.Д. Формирование биопленок клиническими изолятами условно-патогенных микроорганизмов под влиянием дезинфицирующих средств. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2024; 26(4): 522–528. doi: 10.36488/cmac.2024.4.522-528