Биопленки что это такое

Биопленки после введения филлеров. Что нужно знать косметологу?

С 2011 года количество новых исследований выросло, в том, что биопленки могут вызывать осложнения после введения не только перманентных филлеров, но и филлеров на основе ГК исследователи не сомневаются, и ищут новые способы лечения и причин возникновения биопленок. Об этих исследованиях мы и расскажем в статье.

Биопленка – совокупность микроорганизмов, в которой клетки связаны друг с другом и с поверхностью выделяемой из клеток защитной клейкой полимерной массой (ЗПМ).

Образование биопленки

Биопленки могут быть образованы разными микроорганизмами, например, бактериями, простейшими животными или грибками.

Стадии образования биопленки включают:

На первом этапе блуждающие вокруг поверхности очага воспаления бактерии концентрируются и прикрепляются к его поверхности, а затем захватываются защитной клейкой полимерной массой, выделяемой из клеток, в результате чего и образуются микроколонии, которые не восприимчивы к действию антибиотиков. ЗПМ состоит из ДНК, белков и полисахаридов. Этот состав защищает клетки и способствует их взаимодействию. Передаваемые ЗПМ биохимические сигналы также ускоряют и передачу питательных веществ к разрастающимся бактериям в биопленке. На последней стадии ее формирования биопленка может только менять форму и размер. Полностью сформированная колония неподвластна действию антибиотиков.

Такая биоактивная масса на различных стадиях развития приобретает собственные ДНК и ЗПМ, а ее дисперсия может привести к распространению и формированию новых колоний.

Биопленка может быть дремлющей в зависимости от наличия активизирующих внешних факторов. Когда клеточный метаболизм замирает, биопленка впадает в пассивное состояние. Биопленка активизируется при нарушении ее внутренней среды, например, травмах, инъекциях, физическом давлении.

Такие действия обычно вызывают локальные инфекции, абсцессы, шишки, гранулемы на инородных телах, узелки или системные заражения.

Биопленки в дерматохирургии

Значение биопленок в радикальной хирургии было осознано не так давно. Установлено, что они препятствуют заживлению ран и значительно сокращают эффективность наружных антибактериальных средств.

То же касается и введения филлеров. С этими операциями связано множество побочных эффектов, например, образование узелков, свищей и абсцессов. Такие явления хоть и не часто, но, тем не менее, могут возникать, особенно при введении «долгоиграющих» филлеров

В настоящее время специалисты отдают предпочтения биодеградируемым филлерам, но все же остается группа пациентов, которым в свое время были введены синтетические и полусинтетические препараты и эти пациенты требуют пристального внимания косметолога.

Обычно побочные реакции развиваются через несколько недель после введения инородной субстанции и представляют собой эритематозные слегка болезненные узелки. Они часто не проходят месяцами и доставляют пациенту существенный дискомфорт. Ранее предполагалось, что это аллергическая реакция на введенный филлер, но доказательных сведений тому получено не было. Образующиеся узелки всегда мелкие, локально расположены и не несут в себе антител. Более того, многие из них рассасываются при приеме антибиотиков. Сейчас предполагается, что подобные побочные реакции, возникающие чаще всего после введения гидрофильных филлеров, – результат образования биопленок. Доказано их инфекционное происхождение в 7 из 8 лабораторных проб.

Превентивные меры

Меры предосторожности имеют немаловажную роль в эстетической хирургии. Инъекции филлеров часто проводятся в областях с постоянно присутствующими бактериями, например, губах или коже лица, пораженной акне. Поэтому существуют правила, которые необходимо соблюдать, чтобы избежать попадания инфекций до и после операции:

Результаты исследований (Kravvas G, Veitch D, Al-Niaimi F.) показывают, что в присутствии даже очень небольшого количества бактерий филлеры способствуют образованию биопленки.

Многократное прохождение иглы через поверхность, загрязненную биопленкой, привело к значительному увеличению загрязнения материала наполнителя в 10 000 раз (р

Источник

Микробная биоплёнка. Основные понятия

Биоплёнки как форма существования микроорганизмов и их сообществ

Как бактерии образуют биоплёнку

Сегодня под термином биоплёнка понимают особую форму существования микроорганизмов и их сообществ, образующуюся на границе раздела фаз (обычно твёрдой и жидкой) и характеризующуюся набором свойств, отличных от совокупности автономных клеток микроорганизмов в чистой культуре. К образованию биоплёнок способно подавляющее большинство микроорганизмов.

Биопленка как основа иммунной защиты

Перед тем, как рассмотреть вопрос формирования и состава микробной биопленки, отметим ее важность для иммунной защиты человеческого организма. Как было отмечено выше, 95-99% всех микроорганизмов в естественной среде существует в виде биоплёнки. Это касается и нашего кишечника, в котором, в свою очередь, сосредоточено около 70% всех иммунных клеток организма человека. Так как основной функцией иммунной системы кишечника является защита от проникновения бактерий в кровь, а также устранение патогенов, то состояния биопленки, которая является микробиологической составляющая эпителиального барьера кишечника, во многом зависит эффективность иммунитета.

Именно правильный состав и метаболическая активность собственной микрофлоры, активные эпителиальные клетки слизистой с рабочими сайтами адгезии, качественное питание (содержащее пищевые волокна, витамины и минералы), а также моторно-эвакуаторное функционирование ЖКТ – все это является основой защиты кишечника от его заселения патогенными и условно-патогенными микроорганизмами.

Микробная биопленка – это сложный комплекс, образованный многовидовыми микробными ассоциациями и поверхностными структурами организма, к которым они адгезировались. Биопленка может быть «плохой» (патогенной) и «хорошей» (из защитной микрофлоры). От состава и активности микрофлоры биопленок зависят гомеостаз и гемостаз любого живого организма. Симбиотические ассоциации, составляющие нормальную микрофлору человека и животных, сформировались в результате взаимодействия макро- и микроорганизмов, эволюционирующих параллельно и взаимосвязано. При этом произошел отбор видов микробов, способных к прикреплению (адгезии) и колонизации слизистых и кожных покровов и использующих организм хозяина в качестве среды обитания. Без прямого или косвенного участия микрофлоры не обходится ни один процесс, ни одна функция в организме. Без микрофлоры нет иммунитета (а без дисбиоза нет инфекционного процесса). Микробиом контролирует не только иммунитет и пищеварение, но и гормональную систему, и условно-рефлекторную деятельность.

Как бактерии образуют биопленку:

Представленная анимация и покадровые иллюстрации показывают, как бактерии образуют биопленку. Биопленка, более известная как «слизь», представляет собой поверхностно-прикрепленное сообщество микроорганизмов. Формирование биопленки включает в себя ряд бактериальных процессов, включая бактериальную сигнализацию и зондирование кворума, производство пили и секрецию внеклеточной полимерной матрицы. Эта анимация была произведена для центра микробных инноваций, в университете Окленда, Новая Зеландия.

О биопленке более подробно:

Составные компоненты биоплёнки

Биоплёнки представляют собой сложные многокомпонентные трёхмерные структуры. В большинстве случаев в составе любой биоплёнки можно выделить как минимум два исходных компонента – клеточная биомасса и матрикс. В составе биоплёнок клетки микроорганизмов, прикреплённые к поверхности субстрата, равномерно покрываются матриксом – сложным комплексом биополимеров (рис.1).

По своему клеточному составу можно выделить два основных типа биопллёнок:

Моновидовые биоплёнки содержат в своём составе только один вид микроорганизмов. В природных условиях такие биоплёнки встречаются достаточно редко. В основном они формируются некоторыми патогенными микроорганизмами в тех органах и тканях макроорганизма, которые в норме являются стерильными. Примером таких биоплёнок и вызываемых ими поражений может служить образование биоплёнки P.aeruginosa в лёгких людей больных муковисцидозом.

Поливидовые биопленки. Большинство биоплёнок, образующихся в окружающей среде, относится к поливидовым биоплёнкам. Такие биоплёнки представляют сложные сообщества, состоящие из многих видов микроорганизмов. В пределах такого сообщества можно обнаружить клетки бактерий, дрожжевых и плесневых грибов, простейших, а так же частицы вирусов, в основном бактериофагов.

МАТРИКС

Важнейшим компонентом биоплёнки является матрикс (внеклеточная полимерная субстанция). Он представляет собой комплекс биополимеров, синтезируемый клетками микроорганизмов, входящих в состав биоплёнки. В состав матрикса входят полисахариды, структурные белки, экзоферменты, нуклеиновые кислоты (рис.2.-слева).

Матрикс играет огромную роль в организации и функционировании биоплёнок. Прежде всего, он способствует пространственной организации этих структур, отграничивая биоплёнки от негативного влияния внешней среды. Значительная степень вязкости матрикса, за счёт полисахаридов позволяет с одной стороны сконцентрировать синтезируемые экзоферменты рядом с клетками, тем самым, повышая их концентрацию в определённой точки пространства, а, с другой стороны, препятствует равномерному распределению по всей биоплёнке неблагоприятных для неё веществ, таких как, например, антибиотики и дезинфектанты. Компоненты матрикса биоплёнки так же могут служить резервными источниками основных биогенных элементов в случае прекращения поступления питательных веществ, что позволяет клеткам, входящим в состав биоплёнки некоторое время существовать в условиях сокращающегося притока питательных веществ.

Среди основных функций матрикса можно выделить следующие:

Полисахариды матрикса биоплёнки

Среди всех компонентов входящих состав матрикса биоплёнки основную роль в его построении играют экзополисахариды (ЭПС). В количественном соотношении это наиболее распространённые в матриксе биополимеры. В среднем, в зависимости от конкретной биоплёнки их количество варьирует от 50 до 90 % от общей сухой массы веществ матрикса.

Большинство экзополисахаридов биоплёнки представляют собой достаточно длинные полимеры с молекулярной массой от 0,5 х 10 6 до 2 х 10 6 дальтон. На сегоднешний день полисахариды найдены в матриксах биоплёнок практически всех микроорганизмов. Применение различных биохимических методов, а так же методов электронной и флуорисцентной микроскопии (с использованием меченных флуорисцентными красителями лектинов и моноклональных антител) позволило детально охарактеризовать многие из этих биополимеров. Основная роль полисахаридов в составе матрикса биоплёнки – придание жесткости конструкции за счёт взаимодействия между отдельными полимерами. Это обусловлено тем, что между цепями ЭПС осуществляются слабые физико-химические взаимодействия, стабилизирующие структуру (рис.3).

Рис.3. Слабые физико-химические взаимодействия между цепями ЭПС матрикса биоплёнки

Среди таких взаимодействий можно выделить следующие:

По своему составу полисахариды матрикса биоплёнки можно разделить на два основных типа – гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды в составе матрикса биоплёнки встречаются лишь у относительно небольшого числа микроорганизмов. Они обычно представляют собой производные сахарозы, например, глюканы и фруктаны синтезируемые бактериями рода Streptococcus в биплёнках на поверхности зубов, и целлюлоза, синтезируемая Gluconobacter xylinus, Agrobacterium tumifaciens, Rhizobium spp. а так же некоторыми представителями семейства Enterobacteriaceae.

Экзополисахариды матрикса биоплёнки большинства бактерий относятся к гетерополисахаридам, которые представляют собой смесь из нейтральных и заряженных остатков сахаров. Так же они содержат значительное количество различных органических и неорганических заместителей, которые в значительной степени влияют на их физические и биологические свойства. Так, в связи с наличием в составе уроновых кислот (а так же иногда пирувата и сульфатов) некоторые такие полисахариды, включая альгинат, ксантан и колановую кислоту являются полианионными. Так же существуют и поликатионные адгезины.

Белки матрикса биоплёнки.

В биоплёнках обнаруживается значительное количество различных экзоферментов, многие из которых вовлекаются в деградацию биополимеров. Субстратом для этих ферментов являются водорасстворимые компоненты (такие как полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки), а так же некоторые водонерасстворимые полимеры (целлюлоза, хитин, липиды) и различные органические частицы захваченные биоплёнками. Основные ферменты матрикса биоплёнки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные ферменты матрикса биоплёнки

Источник

Биопленки! Стоит ли их нам бояться?

Что известно о биопленках 1 :

Функции биопленки:

Механизмы увеличения устойчивости бактерий к антибиотикам в биопленках:
1. Ограничение проникновения антибиотиков через биопленки.
2. Ограничение питания и измененная микросреда в биопленке приводят к уменьшению скорости деления бактерий, вследствие чего остается меньше мишеней для действия антибиотиков.
3. Адаптивные реакции.
4. Генная изменчивость у персистирующих в биопленке бактерий.

Жизненный цикл биопленки:
1. Прикрепление бактерии к поверхности
2-4. Рост колонии и продукция межклеточного матрикса, формирование биопленки
5. Выход свободных бактерий из колонии.

Разнообразие инфекционно-воспалительных процессов, связанных с формированием биопленок:

&nbsp

Микроорганизмы, часто образующие биопленки в медицинской практике 2

Важно учитывать при подозрении на формирование биопленки у пациента 2 :
1. отслоение биопленок в кровотоке или мочевыводящем тракте может приводить к формированию эмболов;
2. бактерии в биопленках могут обмениваться плазмидами резистентности (передача резистентности от вида к виду);
3. биопленки могут снижать чувствительность бактерий к антимикробным агентам от 100 до 1000 раз 3,6 ;
4. биопленки с Гр «-» бактериями могут продуцировать эндотоксин, что может приводить к инфекционно-токсическому шоку;
5. бактерии в биопленке не поддаются воздействию иммунной системы хозяина.

Тактики диагностики и лечения, используемые для борьбы с острыми инфекциями, не эффективны в эррадикации инфекций с биопленками на медицинских устройствах и при хронических инфекциях. 3

Предположительно 65% нозокомиальных инфекций связано с формированием биопленок, стоящих системам здравоохранения миллиарды долларов. 6

Медицинские приспособления, на поверхности которых могут образовываться биопленки: 3

Вы можете обвести, что используется в Вашей практике, и получите ответ: «Стоит ли Вам бояться биопленок?»

Что может помочь в борьбе с биопленкой?

КОНТРОЛЬ	КЛАЦИД

Ванкомицин 500 мг по 2 раза в течение 5 дней (МПК = 0,5 мг/л)

КЛАЦИД 200 мг 2 раза в течение 5 дней (МПК = 128 мг/л)

Источник

Биопленки что это такое

Поиск

Что такое биопленка?

В статье представлены данные литературы о биопленке — особой форме организации микрофлоры организма человека, роли микробных биопленок в возникновении и развитии многих распространенных заболеваний, причинах антибиотикорезистентности при их лечении.

What is biofilm?

The article presents published data on the biofilm — a special form of organization of the microflora of the human body, the role of microbial biofilms in the genesis and development of many common diseases, the causes of antibiotic resistance in their treatment.

Вплоть до конца прошлого века микробиология развивалась главным образом на основе исследований чистых культур микроорганизмов. В конце ХХ века сформировалось представление об особой форме организации микрофлоры организма человека — хорошо организованном взаимодействующем сообществе микроорганизмов, покрывающих поверхности кишечной стенки, других слизистых оболочек, кожи и зубов человека. На сегодняшний день известно, что большинство бактерий существуют в природе не в виде свободно плавающих клеток, а в виде специфически организованных биопленок (Biofilms). Причем сами бактерии составляют лишь 5-35% массы биопленки, остальная часть — это межбактериальный матрикс. Такая форма существования предоставляет бактериям массу преимуществ в условиях воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и организма-хозяина. Микрофлора биопленки более устойчива к воздействию неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы по сравнению со свободно плавающими бактериями — они оказались очень устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения, дегидратации и вирусам, антибиотикам и факторам иммунной защиты [1, 3]. Фактором устойчивости биопленок оказывается слизисто-полимерный слой, вырабатываемый сразу после адгезии, и включающий липополисахариды, протеогликаны, гликопротеиды, эндополисахариды, аналогичные веществу клеточной стенки, гликокаликса и капсул бактерий. Примером защитной функции полимерной пленки является выживание Salmonella при хлорировании, что доказывает устойчивость биопленки к данному способу дезинфекции.

Современная биотехнология позволяет успешно использовать оптимальное сообщество микроорганизмов для выполнения определенных функций. Это актуально в производстве пищевых продуктов, лекарств и пищевых добавок, утилизации разного рода отходов, нейтрализации загрязнений воды и почвы нефтепродуктами. Такие сообщества называют иногда консорциумами микроорганизмов. Практика показала многократное увеличение эффективности работы микроорганизмов при такой организации.

Биопленка — сообщество микробов, которые прикреплены к поверхности или друг к другу, заключены в матрикс синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ, имеют измененный фенотип, проявляющийся другими параметрами роста и экспрессии специфичных генов [6]. Это определение позволяет отличить микробные сообщества биопленок от похожих на них лишь внешне структур, например, колонии бактерий, растущих на поверхности агара, которые не проявляют ни одной из характеристик, свойственных истинной биопленке. Важно отметить, что бактерии, включенные в матрикс фрагментов, которые отрываются от биопленок на колонизированном медицинском устройстве и циркулируют в жидкостях тела, устойчиво проявляют все фенотипические характеристики исходной биопленки.

Выделяют пять стадий развития биопленки (рис.1):

1. Сначала происходит первичное прикрепление микроорганизмов к поверхности (адгезия, сорбция) из окружающей среды (обычно жидкости). Эта стадия обратима.

2. Окончательное (необратимое) прикрепление, иначе называемое фиксацией. На этой стадии микробы выделяют внеклеточные полимеры, обеспечивающие прочную адгезию.

3. Созревание (в англоязычной литературе — созревание-I). Клетки, прикрепившиеся к поверхности, облегчают прикрепление последующих клеток, внеклеточный матрикс удерживает вместе всю колонию. Накапливаются питательные вещества, клетки начинают делиться.

4. Рост (в англоязычной литературе — созревание-II). Образована зрелая биопленка, и теперь она изменяет свой размер и форму. Внеклеточный матрикс служит защитой клеток от внешних угроз.

5. Дисперсия (выброс бактерий): в результате деления периодически от биопленки отрываются отдельные клетки, способные через некоторое время прикрепиться к поверхности и образовать новую колонию.

Рисунок 1. Стадии развития биопленки (копия из Wikipedia)

Основные свойства биопленки:
— взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов;
— микроорганизмы собраны в микроколонии;
— микроколонии окружены защитным матриксом;
— внутри микроколоний — различная среда;
— микроорганизмы имеют примитивную систему связи;
— микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и реакции организма хозяина.

К настоящему времени достоверно доказана роль микробных биопленок в возникновении и развитии таких распространенных заболеваний, как инфекции, связанные с катетеризацией сосудов, вызванные Staphylococcus aureus и другими грамположительными микроорганизмами; инфекции сердечных клапанов и суставных протезов, вызываемые стафилококками; пародонтит, обусловленный рядом микроорганизмов полости рта; инфекции мочевых путей, определяемые Е. coli и др. патогенами; инфекции среднего уха — причина, например, Haemophilus influenzae, муковисцидоз, вызываемый P. Aeruginosa и др.

Все эти заболевания трудны для лечения, имеют высокую частоту рецидивов и некоторые из них могут явиться причиной летальных исходов. Далеко не до конца ясны механизмы, по которым микроорганизмы, образующие биопленки, вызывают патологические процессы в макроорганизме.

Кроме тканей организма хозяина, микробные биопленки колонизируют различные медицинские устройства небиологической природы, внедряемые в организм человека (катетеры, водители ритма, сердечные клапаны, ортопедические устройства). Исследования имплантированных медицинских устройств с применением электронной микроскопии показали присутствие бактериальных биопленок.

Важно учитывать при подозрении на формирование биопленки у пациента:

1. отслоение биопленок в кровотоке или мочевыводящем тракте может приводить к формированию эмболов;

2. бактерии в биопленках могут обмениваться плазмидами резистентности (передача резистентности от вида к виду);

3. биопленки могут снижать чувствительность бактерий к антимикробным агентам

4. биопленки с гр. отриц. бактериями могут продуцировать эндотоксин, что может приводить к инфекционно-токсическому шоку;

5. бактерии в биопленке не поддаются воздействию иммунной системы хозяина.

Многочисленные физиологические процессы, происходящие в биопленке, отличаются от физиологии чистых культур этих же бактерий. Соответственно, реакция микроорганизмов на изменение условий окружающей среды в биопленке существенно отличается от реакции каждого отдельного вида в монокультуре. Такая организация обеспечивает ее физиологическую и функциональную стабильность и является основой конкурентного выживания в экологической нише. Сообщество микроорганизмов организует единую генетическую систему в виде плазмид — кольцевых ДНК, несущих поведенческий код для членов биопленки, определяющих их пищевые (трофические), энергетические и другие связи между собой и внешним миром [2]. Последнее получило специальное определение как социальное поведение микроорганизмов — Qvorum sensis [1, 5].

Феномен коллективного поведения бактерий впервые был описан около 20 лет назад, однако функции и роль системы Qvorum sensis, которая обеспечивает социальное поведение бактерий, до сих пор остаются малоизученными и являются предметом крайне перспективного для медицинской практики научного поиска. В организме человека преимущество такой организации заключается в обеспечении гомеостаза органов, функциональность которых зависит от населяющих их микробов.

Считается доказанным, что биопленка повышает вирулентность и патогенность всех возбудителей. Подсчитано, что частота инфекций, обусловленных биопленкой, особенно в развитых странах мира, составляет 65%-80% [17]. Многие патогены, такие как E. coli, Salmonella, Yersinia enterocolitica, Listeria, Campylobacter, существуют в форме биопленки на поверхности пищевых продуктов или на поверхности оборудования для их хранения. Кроме того, патогенные бактерии, такие как Staphylococcus aureus, Enterococcus, Streptococcus, E. coli, Klebsiella, Pseudomonas, как правило, растут на катетерах, искусственных суставах, механических клапанах сердца и т.д. [17, 18, 19]. Активность биопленки была зарегистрирована при таких инфекциях, как кариес зубов, кистозный фиброз, инфекции мочевых путей, эндокардит, отит, глазные и раневые инфекции. Продемонстрирована способность H. pylori формировать биопленку на слизистой оболочке желудка и, таким образом, оптимальная антихеликобактерная терапия — это эрадикация биопленки H. Pylori [9, 17, 21, 25]. Возрастающая антибиотикорезис-тентность и развитие бактериальных биопленок являются основными проблемами в лечении инфекций мочевых путей.

В настоящее время идет интенсивное изучение причин такой удивительной устойчивости к антибиотикам у бактерий биопленок. Установлено, что в основе повышенной выживаемости лежат свойства клеток и внеклеточного матрикса. Матрикс биопленки может связывать или не пропускать, и/или инактивировать антибиотики [3, 11, 13]. Устойчивость, обусловленную свойствами клеток биопленки, объясняют уменьшением их свободной поверхности за счет контактов друг с другом и формированием особых бактерий, получивших название персистеров. Персистеры в силу дифференцировки временно становятся устойчивы практически ко всем антибактериальным препаратам [6, 15, 16]. Основными же механизмами повышения устойчивости бактерий к антибиотикам в биопленках являются: 1. ограничение проникновения антибиотиков через биопленки; 2. ограничение питания и измененная микросреда в биопленке приводят к уменьшению скорости деления бактерий, вследствие чего остается меньше мишеней для действия антибиотиков;
3. адаптивные реакции; 4. генная изменчивость у персистирующих в биопленке бактерий.

Исходя из накопившихся данных, следует, что антибиотики по действию на бактерии биопленок разделяются на два типа. К первому относят антибиотики, проникающие в биопленки и угнетающие или убивающие образующие их микроорганизмы. Второй тип — антибиотики, практически не проникающие в биопленки, но эффективно препятствующие их расселению за счет мигрирующих бактерий [2, 11, 16]. Таким образом, некоторые антибиотики не проникают в биопленки и не уничтожают существующие сообщества, а только препятствуют увеличению их числа и распространению в организме человека. В связи с этим в последние годы началось изучение способности антибиотиков проникать в биопленки различных микробов. Установлено, что в биопленки Klebsiella pneumoniae плохо проникает ампициллин, а в сообщества Enterococcus faecalis — ампициллин, ко-тримаксозол и ванкомицин [8, 14, 15]. В биопленки ряда микробов плохо проникает широко используемый амоксициллин [16].
К числу антибиотиков, хорошо проникающих через липиды клеток, относятся фторхинолоны. Эта группа антимикробных препаратов способна действовать на основные возбудители урологических заболеваний, в достаточной концентрации проникает в очаг инфекции [9]. Имеющийся опыт использования антибиотиков свидетельствует, что с инфекционным процессом, прежде всего с его клиническими проявлениями, можно справиться с помощью антибиотиков, как проникающих, так и не проникающих в биопленки. Однако разница между ними существует, и она достаточно существенна. Показано, что различия антибиотиков, проникающих и непроникающих в биопленки, могут проявляться в отдаленных результатах лечения. Использование антибиотиков, плохо проникающих в биопленку, очень быстро приводит к формированию и отбору устойчивых штаммов. Кроме того, при этом чаще возникают рецидивы и формируются

очаги хронических процессов.

Таким образом, сейчас очевидно, что повышение эффективности лечения невозможно без тестирования антибиотиков на способность проникать в биопленки, действовать на уже сформированные сообщества и угнетать их образование и расселение. Способность проникать в биопленки и действовать на расположенные внутри и расселяющиеся бактерии является крайне важным свойством антибиотиков, пока, к сожалению, недостаточно исследованным и малоизвестным практическим врачам. Изучена возможность некоторых препаратов, например, кларитромицина, ингибировать образование гликокаликса и его способность в комбинации с цефалоспорином I поколения или ванкомицином препятствовать образованию биопленок на титановом медицинском оборудовании: структура биопленки изменяется, уменьшается количество альгината, гексозы, истончается гликокаликс, тем самым повышается проникновение антимикробного препарата.

Проводятся интенсивные исследования по изучению механизмов образования биопленки. Доктор Стэнли-Wall исследовала гены и белки, необходимые для образования биопленки Bacillus subtilis. Она показала, в частности, что возможность образования биопленки определяет белок под названием DegU [25]. Показано, что SasG белок, располагающийся на поверхности Staphylococcus aureus, вместе с ионами цинка, необходим для построения биопленки [27]. РНК связывающий белок CsrA Escherichia coliK-12 может быть, в зависимости от условий культивирования, как стимулятором, так и разрушителем биопленки путем воздействия на внутриклеточный биосинтез гликогена. Белок CsgD E.Coli активирует рост фимбрий и синтез внеклеточных полисахаридов, способствуя формированию биопленки [28].

Исследователи из Института Пастера в 2010 г. впервые показали, что некоторые вирусы, в частности HTLV-1 ретровирус, способны образовывать комплексы, похожие на бактериальные биопленки. Благодаря биопленке вирусы защищены от иммунной системы, что позволяет им распространяться от клетки к клетке. Изучение образования вирусных биопленок может определить новую терапевтическую стратегию, которая будет ориентирована не только на вирус, а на вирусную биопленку [26].

Представления о биопленках, подтвержденные с помощью современных методов визуализации, изменили взгляды на инфекционные заболевания. Все новые данные свидетельствуют о том, что хронические инфекции принципиально отличаются от острых образованием биопленок, а фагоциты макроорганизма неспособны поглощать биопленки в отличие от отдельных бактериальных клеток [22]. Существование биопленок при хронических инфекциях требует совершенно новых подходов к их диагностике и лечению. Повышает устойчивость биопленок к вредным факторам также присущее им генетическое и фенотипическое разнообразие, которое позволяет им переносить большинство терапевтических воздействий [23]. Кроме того, традиционные бактериологические методы не выявляют большинство бактерий, участвующих в инфекционном процессе [24]. Новейшие молекулярные, геномные, транскрипционные и протеомные методы позволили определить, что при выделении чистой культуры определяется лишь около 1% клеток патогенного микробиоценоза. В результате лечение нацелено лишь на 1-2 вида бактерий из множества штаммов, присутствующих в составе биопленки (в том числе, возможно, и грибов) [23, 24]. Сейчас не вызывает сомнений необходимость пересмотра концепции патогенеза различных хронических инфекций, внедрив в нее имеющиеся данные о биопленках, что требует использования новых методов диагностики и лечения. Идентифицировать микроорганизмы в составе биопленок позволяют современные молекулярные методы — электрофорез в геле и высокоэффективная жидкостная хроматография с флюоресцентной гибридизацией in situ, эпифлюоресцентная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (CLSM), ПЦР с обратной транскриптазой и другие исследования [7].

Терапевтическое воздействие на биопленки может быть направлено на механизмы первоначальной адгезии бактерий к поверхности, блокирование синтеза или разрушение полимерного матрикса, нарушение межклеточного обмена информацией, а также оно может сочетаться с собственно бактерицидными агентами. Подобное лечение, действующее на структуру или функции биопленок, может оказаться более эффективным, чем стандартная антибактериальная терапия [4]. Таким образом, лечение хронических инфекций в настоящее время уже не может основываться на традиционной концепции микробиологии. Новые представления о биопленках требуют изменения подходов к диагностике и лечению инфекций в самых различных областях медицины.

С.В. Мальцев, Г.Ш. Мансурова

Казанская государственная медицинская академия

Мальцев Станислав Викторович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой педиатрии с курсом поликлинической педиатрии

1. Watnick P., Kolter R., Biofilm, city of microbes. J Bacteriol 2000; 182: 2675-9.

2. Тец В.В. Бактериальные сообщества. В кн.: Клеточные сообщества / под ред. В. Теца. —Санкт-Петербург: Изд-во СПбГМУ, 1998. — С. 15-73.

3. Costerton J.W., Stewart P.S., Greenberg E.P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science 1999; 284: 1318-22.

4. Costerton W., Veeh R, Shirtliff M et al. The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections. Clin. Invest 2003; 112:1466-77.

5. O’Toolе G.A., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development. Ann Rev Microbiol 2000; 54: 49-79.

6. Tetz V.V. The effect of antimicrobial agents and mutagen on bacterial cells in colonies. Med Microbiol. Lett., 1996; 5:426-36.

7. Tetz V.V. et al. Extracellular phospholipids of isolated bacterial communities. Biofilms, 2004; 1:149-55.

8. Sponza D.T. Investigation of extracellular polymer substances (EPS) and physicochemical properties of different activated sludge flocs under steady-state conditions. Enzyme Microb Technol, 2003; 32: 375-85.

9. В.В. Тец, Н.К. Артеменко. Биопленки возбудителей уроинфекций и использование фторхинолонов. Consilium Medicum. — Урология, 2008. — Т. 10. — № 4.

10. El-Azizi M. et al. //Ann. Clin. Microbiol. Antimicrob. 2005. V. 4. P. 2.

11. Davies D. Understanding biofilm resistance to antibacterial agents. Nat Rev Drug Discov 2003; 2: 114-22.

12. Campanac C., Pineau L., Payard A., Baziard-Mouysset G., Roques C. Interactions between Biocide Cationic Agents and Bacterial Biofilms. Antimicrob Agents, Chemother 2002; 46: 1469-74.

13. Chambless J.D., Hunt S.M., Philip S.S. A three-dimensional computer model of four hypothetical mechanisms protecting biofilms from antimicrobials Appl. and Environmental Microbiology, 2006; 72: 2005-13.

14. Harrison J.J., Ceri H., Roper N.J., Badry E.A. et al. Persister Cells mediate tolerance to metal oxyanions in Escherichia coli. Microbiology. 2005; 151: 3181-95.

15. Shah K.D., Spoering A.N., Lewis K.K. Specialized persister cells and the mechanism of multidrug tolerance in Escherichia coli. J Bacteriol 2004; 186: 8172-80.

16. Sandoe J. et al. Measurement of ampicillin, vancomycin, linezolid and gentamicin activity against enterococcal biofilms, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2006; 57: 767-70.

17. Hancock V., Ferrieres L., Klemm P. Biofilm formation by asymptomatic and virulent urinary tract infectious Escherichia coli strains. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2007; 51: 212-9.

18. Tenke P., Kovacs B., Jackel M., Nagy E. The role of biofilm infection in urology. World Journal of Urology, 2006; 24: 13-20.

19. Trautner B.W., Darouiche R.O. Role of biofilm in catheter-associated urinary tract infection. American Journal of Infection Control 2004; 32: 177-83.

20. Ryder M.A. Catheter-Related Infections: It’s All About Biofilm. Topics in Advanced Practice Nursing eJournal. 2005; 5 (3).

21. Hunt S.M. et al. Hypothesis for the role of nutrient starvation in biofilm detachment. Appl Environ Microbiol, 2004; 70: 7418-25.

22. Wolcott R.D., Ehrlich G.D. // JAMA. 2008. V. 299. P. 2682.

23. Ehrlich G.D. et al. // Clin. Orthop. Relat. Res. 2005. V. 437. P. 20.

24. Dowd S.E. et al. // BMC Microbiol. 2008. V. 8. P. 43.

25. Genes That Make Bacteria Make Up Their Minds, ScienceDaily, Apr., 6, 2009.

26. Biofilms: Discovery of a New Mechanism of Virus Propagation, ScienceDaily, 2010, Feb., 8.

27. Joan A. Geoghegan et al. Role of Surface Protein SasG in Biofilm Formation by Staphylococcus aureus. Journal of Bacteriology, Nov., 2010, V. 192, No. 21, P. 5663-5673.

28. Debra W. Jackson et al. Biofilm Formation and Dispersal under the Influence of the Global Regulator CsrA of Escherichia coli, Journal of Bacteriology, Jan., 2002, V. 184, No.1, P. 290-301.

Источник