Научный журнал
Научное обозрение. Медицинские науки
ISSN 2500-0780
ПИ №ФС77-57452

ФОРМИРОВАНИЕ БИОПЛЁНОК ОППОРТУНИСТИЧЕСКИМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ

Малафеева Э.В. 1 Гульнева М.Ю. 1
1 ФГБОУ ВО «Ярославский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Формирование биопленки представляет собой защищенный способ роста микроорганизмов и обеспечивает им преимущества по сравнению с изолированными клетками. В работе представлены результаты сравнительного изучения образования биопленок оппортунистическими микроорганизмами, колонизирующими слизистые оболочки верхних дыхательных и мочевыводящих путей. При бактериологическом обследовании больных острым ринитом, острым циститом и практически здоровых лиц группы сравнения выделено 239 штаммов оппортунистических грамположительных и грамотрицательных бактерий. Выделенные микроорганизмы изучены с позиции их способности формировать биопленку. Для оценки пленкообразования использован метод, основанный на способности микроорганизмов в составе биопленки связывать краситель кристаллический фиолетовый. Установлено, что грамположительные и грамотрицательные оппортунистические микроорганизмы, выделенные у больных, формируют биопленку с различной частотой. Образование биопленки у S. aureus наблюдалось в 84,44 % случаев, у коагулазоотрицательных стафилококков вида S. epidermidis в 60 % случаев (р < 0,05). Микроорганизмы семейства Enterobacteriaceae (родов Proteus, Klebsiellа) и Pseudomonas aeruginosa в 100 % случаев формировали биопленку. Наряду с этим культуры S. aureus, выделенные у больных, отличались более интенсивным формированием биопленок. Интенсивность образования биопленок коагулазонегативными стафилококками и грамотрицательными бактериями, полученными при обследовании больных гнойно-воспалительными инфекциями и лиц группы сравнения, не носила существенных различий. Культуры синегнойной палочки имели меньшую интенсивность образования биопленки, однако формирование биопленок в 100 % случаев может свидетельствовать о выраженной способности P. aeruginosa участвовать в патогенезе инфекции и повышать персистирующий характер течения этих процессов. Высокая способность и интенсивность формирования биопленок может определять этиологическую роль оппортунистических микроорганизмов при гнойно-воспалительных инфекциях на слизистых оболочках, что необходимо учитывать при проведении патогенетически обоснованной терапии.
биопленки
оппортунистические микроорганизмы
возбудители гнойно-воспалительных инфекций
1. Lee K., Yoon S.S. Pseudomonas aeruginosa Biofilm, a Programmed Bacterial Life for Fitness. J. Microbiol Biotechnol. 2017. Vol. 28.27(6). Р. 1053–1064.
2. Jamal M., Ahmad W., Andleeb S., Jalil F., Imran M., Nawaz M.A., Hussain T., Ali M., Rafiq M., Kamil M.A. Bacterial biofilm and associated infections. J. Chin. Med. Assoc. 2018. Vol. 81(1). Р. 7–11.
3. Carlos J., Sanchez Jr., Katrin Mende, Miriam L. Beckius, Kevin S. Akers, Desiree R. Romano, Joseph C. Wenke, Clinton K. Murray Biofilm formation by clinical isolates and the implications in chronic infections. BMC Infect Dis. 2013. Vol. 29. 13. Р. 47.
4. Del Pozo J.L. Biofilm-related disease. Expert Rev Anti Infect Ther. 2018. Vol. 16 (1). Р. 51–65.
5. Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и в организме хозяина // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2011. № 3. С. 99–109.
6. Gellatly S.L., Hancock R.E. Pseudomonas aeruginosa: new insights into pathogenesis and host defenses. Pathog Dis. 2013. Vol. 67 (3). Р. 159–173.
7. Martin R.M., Bachman M.A. Colonization, Infection and the Accessory Genome of Klebsiella pneumonia. Front Cell Infect Microbiol. 2018. Vol. 22.8. Р. 4.
8. Klingeberg A., Noll I., Willrich N., Feig M., Emrich D., Zill E., Krenz-Weinreich A., Kalka-Moll W., Oberdorfer K., Schmiemann G., Eckmanns T. Antibiotic-Resistant. E. coli in Uncomplicated Community-Acquired Urinary Tract Infection. Dtsch Arztebl Int. 2018. Vol. 23. 115 (29–30). Р. 494–500.
9. Vickery T.W., Ramakrishnan V.R. Bacterial Pathogens and the Microbiome. Otolaryngol Clin North Am. 2017. Vol. 50 (1). Р. 29–47.
10. Merritt J.H., Kadouri D.E., O’Toole G.A. Growing and analyzing static biofilms. Curr Protoc Microbiol. 2005. Vol. 1. Р. 1002.
11. Hillier S.L., Krohn M.A., Klebanoff S.J, Eschenbach D.A. The relationship of hydrogen peroxide-producing lactobacilli to bacterial vaginosis and genital microflora in pregnant women. Obstet Gynecol. 1992. Vol. 79(3). Р. 369–373.
12. Бухарин О.В., Сгибнев А.В. Влияние активных форм кислорода на адгезивные характеристики и продукцию биопленок бактериями // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2012. № 3. С.70–73.

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).

Таблица 1

Образование биоплёнок клиническими штаммами оппортунистических микроорганизмов

Микроорганизмы

Микроорганизмы, выделенные у больных

Число штаммов

Число штаммов, образующих биоплёнку

n

n

%

Грамотрицательные

 

E. coli

34

27

79,41

Klebsiella spp.

19

19

100

Enterobacter spp.

20

14

70

Proteus spp.

18

18

100

Pseudomonas aeruginosa

15

15

100

Грамположительные

 

S. aureus

45

38

84,44

S. haemolyticus

24

17

70,83

S. epidermidis

20

12

60

У лиц группы сравнения на слизистых оболочках были обнаружены грамположительные и грамотрицательные оппортунистические микроорганизмы, формирующие биопленку. Бактерии семейства Enterobacteriaceae: родов Escherichia и Enterobacter и стафилококки видов S. aureus, S. epidermidis (табл. 2). При сравнительном изучении микроорганизмов, выделенных у больных и лиц группы сравнения, установлены различия в частоте образования биопленок у данных культур.

Таблица 2

Образование биоплёнок оппортунистическими микроорганизмами

Микроорганизмы

Оппортунистические микроорганизмы

Выделенные у больных

Выделенные у здоровых

р

Число

штаммов

Штаммы, образующие биоплёнку

Число

штаммов

Штаммы,

образующие биоплёнку

n

n

%

n

n

%

 

Грамотрицательные

 

E. coli

34

27

79,41

14

12

85,71

>0,05

Enterobacter spp.

20

14

70

8

3

37,5

>0,05

Грамположительные

 

S. aureus

45

38

84,44

6

3

50

<0,05

S. epidermidis

20

12

60

16

6

37,5

>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.

malafeev1.wmf

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

malafeev2.wmf

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.


Библиографическая ссылка

Малафеева Э.В., Гульнева М.Ю. ФОРМИРОВАНИЕ БИОПЛЁНОК ОППОРТУНИСТИЧЕСКИМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ // Научное обозрение. Медицинские науки. – 2020. – № 4. – С. 65-69;
URL: https://science-medicine.ru/ru/article/view?id=1131 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674