Scientific journal

Научное обозрение. Медицинские науки

ISSN 2500-0780

ПИ №ФС77-57452

Биопленка – это сообщество микробов, которые обычно обитают на поверхности, заключены во внеклеточный матрикс и очень отличаются от своих планктонных аналогов, оказывая огромное влияние на нашу жизнь, как позитивное, так и негативное [1]. Формирование биопленки представляет собой защищенный способ роста микроорганизмов, который делает бактериальные клетки менее восприимчивыми к уничтожению иммунными эффекторными механизмами хозяина, наделяет ассоциированные бактерии высокой устойчивостью к антимикробным агентам, способствует возникновению рецидивирующих или персистирующих инфекционных заболеваний [2]. Формирование микроорганизмами биопленок обеспечивает патогены многими преимуществами по сравнению с планктонными формами. Различные виды микроорганизмов обладают способностью формировать биопленку и характеризуются гетерогенностью по биопленкообразованию [3]. Разнообразие инфекций, связанных с биопленкой, со временем увеличивается и более 60 % инфекций вызывают микроорганизмы, способные расти как биопленка [4, 5]. Образование биопленки, имеющее инфекционное значение, чаще всего встречается на «имплантационных устройствах», связанных с аппаратом ИВЛ, эндокардиальными трубками, катетер-ассоциированными инфекциями мочевыводящих путей [2]. Однако при ряде других инфекций микроорганизмы способны расти как биопленка [6]. Оппортунистические микроорганизмы, инфицируя критических больных и пациентов с ослабленным иммунитетом, являются частой причиной гнойно-воспалительных заболеваний с различной локализацией и инфекций, которые возникают у больных при получении медицинской помощи (ИСМП) [7]. Особую актуальность приобретает изучение образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами, которые наиболее часто (в 70–95 % случаев) вызывают гнойно-воспалительные инфекции на слизистых оболочках верхних дыхательных и мочевыводящих путей [8, 9]. В связи с этим имеет практическое значение изучение особенностей формирования биопленок грамположительными и грамотрицательными условно-патогенными микроорганизмами, вызывающими гнойно-воспалительные процессы на слизистых оболочках организма хозяина.

Цель исследования: сравнительное изучение образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами, колонизирующими слизистые оболочки верхних дыхательных и мочевыводящих путей.

Материалы и методы исследования

При микробиологическом обследовании 110 больных острым ринитом, 84 пациентов с острым циститом и 40 практически здоровых лиц группы сравнения выделено 239 штаммов оппортунистических микроорганизмов. Материалом для исследования служили моча и отделяемое со слизистых оболочек носа. Диагностику гнойно-воспалительной инфекции (острого ринита и острого цистита) проводили на основании клинических симптомов и результатов микробиологического исследования. Получение и изучение исследуемого материала проведено в соответствии с приказом МЗ № 535 «Об унификации микробиологических (бактериологических) методов исследования, применяемых в клинико-диагностических лабораториях лечебно-профилактических учреждений» (2006). Выделенные оппортунистические микроорганизмы были изучены с целью видовой идентификации по основным морфологическим, тинкториальным, культуральным и ферментативным признакам в соответствии с международной классификацией бактерий (Берджи, 2001). Изучение 195 штаммов грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов, полученных при обследовании больных, и 44 штаммов, изолированных у практически здоровых носителей, позволило их идентифицировать по видовой и родовой принадлежности и отнести к видам стафилококка (Staphylococcus aureus, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus epidermidis), бактериям семейства Enterobacteriaceae (родов Escherichia, Enterobacter, Proteus, Klebsiellа) и виду Pseudomonas aeruginosa.

Способность и интенсивность формирования биопленок полученными штаммами оппортунистических микроорганизмов оценивали по степени связывания кристаллического фиолетового суточными культурами выделенных бактерий [10]. Результаты биопленкообразования учитывали на ридере при длине волны 540 нм. Коэффициент, характеризующий образование биопленок, вычисляли по отношению А540 опыт / А540 контроль, положительным считали значения более 1,1.

Статистическую обработку полученных данных проводили по программе STATISTICA 10.0 (StatSoftInc., США). Вычисляли показатель: средняя ± стандартное отклонение (М ± SD). Сравнение непрерывных величин с нормальным распределением проводили по t-критерию Стъюдента. Дискретные величины сравнивали по критерию χ2. Статистически значимыми были различия при p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные исследования показали, что оппортунистические микроорганизмы, выделенные у больных, обладали различной способностью к образованию биопленок (табл. 1). Способность к формированию биопленок у грамотрицательных бактерий семейства Enterubacteriaceae, полученных при обследовании больных, обнаружена с высокой частотой. Штаммы E. coli, выделенные у больных, формировали биопленку примерно в 79,41 % случаев, а рода Enterobacter – в 70 % случаев. Энтеробактерии родов Klebsiella и Proteus в 100 % случаев имели признак образования биопленок, что существенно чаще, чем у штаммов E. coli (р < 0,05). Высокой способностью к образованию биопленок обладали штаммы Pseudomonas aeruginosa, формируя биопленку в 100 % случаев. Грамположительные микроорганизмы также характеризовались высокой способностью к формированию биопленок. Стафилококки вида S. aureus, выделенные у больных, формировали биопленку с высокой частотой (84,44 % случаев). Биопленкообразование выявлено у 60 % штаммов S. epidermidis и 70,83 % штаммов S. haemolyticus. Различия в частоте образования биопленки у S. aureus и S. epidermidis имели существенные различия (р < 0,05).

Штаммы E. coli, выделенные у больных и лиц группы сравнения, формировали биопленку соответственно в 79,41 % и 85,71 % случаев (р > 0,05), Enterobacter spp. – соответственно в 70 % и 37,5 % случаев (р > 0,05). Штаммы S. aureus формировали биопленку соответственно в 84,44 % и 50 % случаев (р < 0,05), S. epidermidis – в 60 % и 37,5 % случаев (р > 0,05),

Результаты определения интенсивности формирования микробных биопленок оппортунистическими микроорганизмами, выделенными у больных, представлены на рис. 1.

Рис. 1. Интенсивность образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами, выделенными у больных.Примечание. Грамотрицательные микроорганизмы: 1 – E. coli, 2 – Klebsiella spp., 3 – Enterobacter spp., 4 – Proteus spp., 5 – Pseudomonas aeruginosa. Грамположительные микроорганизмы: 6 – S. aureus, 7 – S. haemolyticus, 8 – S. epidermidis

Рис. 2. Сравнительная характеристика образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами

Грамотрицательные бактерии семейства Enterubacteriaceae характеризовались различной интенсивностью формирования биопленок. Штаммы E. coli формировали биопленку менее интенсивно по сравнению с другими грамотрицательными бактериями семейства Enterobacteriaceae (р < 0,05). Грамотрицательные бактерии родов Klebsiella, Enterobacter и Proteus отличались высокой интенсивностью формирования биопленки соответственно в пределах 1,812 ± 0,106; 1,727 ± 0,279; 1,964 ± 0,164. Штаммы Pseudomonas aeruginosa характеризовались низкой интенсивностью образования биопленок в пределах 1,284 ± 0,124. Стафилококки видов S. aureus и S. haemolyticus, выделенные у обследованных пациентов, характеризовались высокой интенсивностью формирования биопленок, чем существенно отличались от эпидермального стафилококка (p < 0,05).

Интенсивность формирования микробных биопленок оппортунистическими микроорганизмами, выделенными у больных и лиц группы сравнения, имела определенные различия (рис. 2).

Культуры S. aureus, выделенные у больных, отличались интенсивным формированием биопленок в пределах 1,807 ± 0,089, в то время как уровень формирования биопле-нок коагулазопозитивными стафилококками, изолированными у лиц группы сравнения, был равен 1,471 ± 0,124 (р < 0,05). Изучение интенсивности образования биопленок штаммами S. epidermidis и грамотрицательными бактериями (E. coli и Enterobacter spp.), выделенными у больных гнойно-воспалительными инфекциями и лиц группы сравнения, показало, что микроорганизмы двух групп формировали биопленки с однотипной интенсивностью вне зависимости от биотопа выделения (р > 0,05).

Клинические штаммы оппортунистических микроорганизмов, играющих этиологическую роль при гнойно-воспалительных процессах на слизистых оболочках верхних дыхательных и мочевыводящих путей, обладают выраженной способностью к образованию микробных биопленок. Эпидермальный стафилококк и оппортунистические грамотрицательные микроорганизмы, колонизирующие слизистые оболочки верхних дыхательных и мочевыводящих путей здоровых лиц, формируют биопленку с такой же частотой, как и бактерии, вызывающие развитие гнойно-воспалительной инфекции, что может определять их этиологическую роль при инфекциях. Коагулазопозитивный стафилококк, выделенный у больных, отличается большей способностью к биопленкообразованию, что может способствовать повышению его вирулентности. Наибольшая интенсивность формирования биопленки проявляется у более патогенных микроорганизмов (S. aureus, Klebsiella spp., Proteus spp.), которые являются ведущими возбудителями гнойно-воспалительных процессов. Способность оппортунистических микроорганизмов существовать в составе биопленки и выраженная интенсивность её формирования повышает способность бактерий вызывать гнойно-воспалительный патологический процесс. При этом грамотрицательные и грамположительные бактерии отличаются различной способностью к образованию биопленок, что может быть обусловлено особенностями строения их клеточных стенок, которые характеризуются существенными особенностями и определяют тинкториальные свойства микроорганизмов. Эпидермальный стафилококк и кишечная палочка – основные представители нормальной микрофлоры организма – обладают меньшей способностью к образованию биопленок, так как поверхностных структуры их клеток могут изменяться в микробных биоценозах организма под влиянием активных форм кислорода, продуцируемого представителями доминирующих микроорганизмов микробных биоценозов [11, 12]. Культуры синегнойной палочки отличаются меньшей интенсивностью образования биопленок, однако формирование ее в 100 % случаев может свидетельствовать о способности P. aeruginosa участвовать в патогенезе инфекции и повышать персистирующий характер течения этих инфекций [6].

Сравнительное изучение образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами, колонизирующими слизистые оболочки верхних дыхательных и мочевыводящих путей у больных гнойно-воспалительными инфекциями и здоровых носителей, свидетельствует о высокой способности и интенсивности формирования биопленок условно-патогенными бактериями. Биопленкообразование может определять этиологическую роль оппортунистических микроорганизмов при гнойно-воспалительных инфекциях на слизистых оболочках, что необходимо учитывать при проведении патогенетически обоснованной терапии.

Выводы

1. Оппортунистические микроорганизмы – возбудители гнойно-воспалительных инфекций на слизистых оболочках верхних дыхательных и мочевыводящих путей с высокой частотой и выраженной интенсивностью способны формировать биопленки.

2. Коагулазоположительные стафилококки вида S. aureus, выделенные у больных с гнойно-воспалительными инфекциями на слизистых оболочках, характеризуются высокой частотой и интенсивностью формирования биопленок.

3. Коагулазоотрицательный стафилококк (S. epidermidis) и грамотрицательные микроорганизмы (E. coli и Enterobacter spp.), выделенные у здоровых носителей, образуют биопленки с такой же частотой и интенсивностью, как и патогены при гнойно-воспалительных инфекциях, что может определять их оппортунистические свойства.