Структурно-функциональная характеристика бактериальных биопленок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биопленки - наиболее распространенная форма организации жизнедеятельности микроорганизмов, в которой последние находятся в т.н. сессильной фазе, в отличие от планктонной фазы свободно живущих микробов.

Состав:

1. клеточный компонент - моно- или ассоциация культур микроорганизмов;

2. внеклеточный матрикс - биохимическая смесь полисахаридов, гликопептидов, нуклеиновых кислот и липидов.

Фазы формирования:

1. Адгезия

2. Колонизация

3. Созревание

Особенности:

1. Биопленка может рассматриваться как внешняя пищеварительная система, что позволяет переживать микроорганизмам, находящимся в фазе низкой метаболической активности «трудные времена».

2. Биопленка является сложной биологической структурой в чем-то напоминающей многоклеточный организм, обладающий способностью успешно противостоять внешним факторам агрессии.

3. Большинство находящихся в биопленке бактерий находится преимущественно в неактивной фазе жизненного цикла. С поверхностных слоев биопленки происходит постоянная дисперсия свободных планктонных форм микроорганизмов, для освоения новых территорий, пригодных для колонизации.

4. Следствием защищенности микроорганизмов, находящихся в бопленке, является их недоступность для клеточных (агрегация микробов делает структуру более объемной и недоступной для фагоцитоза) и гуморальных (ключевые антигены «закрыты» для антител внеклеточным матриксом) факторов защиты макроорганизма.

Фенотипическая устойчивость к антимикробным препаратам (АМП) - основа проблем терапии хронических и рецидивирующих инфекций.

Причины:

1) наличие матрикса, через который АМП должны пенетрировать;

2) большинство микроорганизмов находятся в неактивной фазе жизненного цикла, в то время как АМП нацелены на метаболически активные клетки. Парадоксом является практика определения чувствительности к АМП именно планктонных микроорганизмов, в то время как выявленные МПК и установленные на их основе дозы препаратов могут быть совершенно неадекватными для борьбы с возбудителями в биопленке.

Требования к АМП

1. ЛС с улучшенной пенетрацией в биопленки (например, за счет совершенствования форм доставки АМП).

2. Использование веществ, способных препятствовать адгезии возбудителей, влиять на образование или разрушать уже имеющиеся структуры, оказывая действие через активность, направленное на дезорганизацию внеклеточного матрикса.

При подозрении на формирование биопленки у пациента важно учитывать следующие моменты:

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

2. Бактерии в биопленках могут обмениваться плазмидами резистентности к АМП (передача резистентности от вида к виду).

3. Биопленки могут снижать чувствительность бактерий к АМП.

4. Биопленки с грамотрицательными бактериями способны продуцировать эндотоксин, что может приводить к инфекционно-токсическому шоку.

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

Деление АМП по действию на бактерии биопленок:

I тип: АМП, проникающие в биопленки и угнетающие или уничтожающие образующие их микроорганизмы.

II тип: АМП, практически не проникающие в биопленки, но эффективно препятствующие их расселению за счет мигрирующих бактерий.

Подсчитано, что частота инфекций, обусловленных биопленкой, особенно в развитых странах мира, составляет 65-80%.

Новые данные свидетельствуют о том, что хронические инфекции принципиально отличаются от острых образованием биопленок, а фагоциты макроорганизма не способны поглощать биопленки в отличие от отдельных бактериальных клеток. Новейшие молекулярные, геномные, транскрипционные методы и методы протеомного анализа позволили установить, что при выделении чистой культуры определяется лишь около 1% клеток патогенного микробиоценоза. В результате лечение нацелено лишь на 1-2 бактерий из множества штаммов, присутствующих в составе биопленки (в том числе, возможно, и грибов).

Идентифицировать микроорганизмы в составе биопленок позволяют современные молекулярные методы: электрофорез в геле, высокоэффективная жидкостная хроматография с флуоресцентной гибридизацией in situ, эпифлуоресцентная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (CLSM), ПЦР с обратной транскриптазой и др.

Терапевтическое воздействие на биопленки может быть направлено на следующие факторы:

1) механизмы первоначальной адгезии бактерий к поверхности;

2) блокирование синтеза или разрушение полимерного матрикса;

3) нарушение межклеточного обмена информацией;

4) возможно сочетание с бактерицидными агентами.

Биопленки у пациенток с бактериальным вагинозом (БВ).

У пациенток с БВ биопленки выявляются в 90% случаев. Наиболее распространенными микроорганизмами, входящими в состав биопленок при БВ, являются G. Vaginalis (от 60 до 90% массы биопленки), Sneathiasanguinegens, Porphyromonas assaccharolytica, Megasphera spp., A. Vaginae (от 1 до 40% массы биопленки), а также вагиноз-ассоциированные бактерии, родственные Clostridium phylum, Megasphera или Leptotrichia и др. Подтверждено наличие постоянной и адгезивной бактериальной биопленки A. Vaginae совместно с G. Vaginalis, что может являться причиной отсутствия эффекта от лечения БВ при использовании метронидазола.

Биопленки на слизистых оболочках могут блокировать воспалительных ответ, снижая активность иммуноцитов, они сохраняют жизнеспособность микроорганизмов при концентрациях перекиси водорода и молочной кислоты в 4-8 раз более высоких, чем требуется для подавления отдельных бактерий вне пленок. Предполагается, что при воздействии антибиотика в пределах биопленки число резистентных микроорганизмов может быть изначально незначительным, но при повторном применении препаратов той же группы благодаря кворумной сигнализации число резистентных бактерий увеличивается, что в результате приводит к быстрому заселению биопленки резистентными формами.

Устойчивость, обусловленную свойствами биопленки, объясняют уменьшением свободной поверхности за счет контактов друг с другом и формированием особых бактерий, получивших название персистеров. Персистеры в силу дифференцировки временно становятся устойчивыми практически ко всем антибактериальным препаратам.

Терапия биопленочных инфекций должна сочетать антимикробные и антибиопленочные препараты. Нельзя нарушить биопленку без применения эффективных антимикробных препаратов, т.е. нельзя использовать антибиопленочные препараты без антимикробных препаратов либо с антимикробными препаратами, в эффективности которых нет уверенности.

сессильный микроорганизм биопленка медицина

Результаты, полученные в ходе исследований, выполненных разными авторам, позволили разделить все антимикробные препараты на две основные группы - хорошо и плохо проникающие в биопленки.

В группу антибиотиков, хорошо проникающих в биопленки различных бактерий, вошли: тетрациклины, макролиды, фторхинолоны, рифампины, хлорамфеникол, сульфаниламиды.

Плохо проникающими в биопленки оказались в-лактамные препараты (пенициллины, цефалоспорины, монобактамы, карбапенемы и др.), аминогликозиды, фосфомицин и некоторые другие.

По оценке Национального института здоровья (США), в настоящее время около 90% всех человеческих инфекций проходят в форме биопленочной инфекции, а по оценке Центров по профилактике и контролю заболеваний (CDC), биопленки представлены в 65% случаев инфекций, требующих госпитализации.

Антибиотики эффективно проявляют свое действие в отношении интенсивно делящихся клеток с высоким уровнем синтетических процессов. Когда клетка находится в стадии физиологического покоя («клеточного анабиоза»), антибактериальное средство не способно проявить в полной мере свою биохимическую функцию.

Выжившие клетки персистеры с их толерантностью и громадной способностью к выживанию остаются интактными. После прекращения антибиотикотерапии, через некоторое время активируются все биологические процессы. Клетки начинают пролиферировать, возобновляется бактериальная коммуникация и таким образом восстанавливается материнская популяция. Для макроорганизма этот процесс сопровождается хронизацией инфекции, появлением манифестирующих признаков заболевания, связанных с повторной активацией иммунной системы и действием вирулентных факторов клеток бактерий.

Авторы исследований отметили большую встречаемость грибов из рода Candida у пациенток с воспалительными заболеваниями (40,7 против 25,3%). Анализ частоты обнаружения кандид показал, что у большинства наблюдается повышение встречаемости грибов рода Candida. Следовательно, сам факт наличия воспалительных заболеваний увеличивает вероятность выявления кандид по сравнению со здоровыми женщинами. Результаты исследований позволили сделать вывод, что наиболее частыми ассоциантами биопленки вагинального биотопа у женщин с воспалительными заболеваниями репродуктивных органов являлись представители рода Staphylococcus spp. и Candida spp.

Результаты исследования в северной Индии показали сильное влияние Candida non-albicans в генезе ВВК в качестве факторов вирулентности.

Неудачи в лечении метронидазолом у пациенток с хроническим или рецидивирующим БВ могут быть объяснены механизмом формирования биопленки, содержащей G. Vaginalis в ассоциации с A. Vaginae. Как известно, A. Vaginae устойчива к метронидазолу, что объясняет резистентность биопленки совместно с G. Vaginalis. Хотя клиндамицин более активен чем метронидазол в отношении A. Vaginae и G. Vaginalis, его подавление лактобацилл приводит к развитию дисбиоза, который служит причиной суперинфекции и рецидивов. В последнее время участились сообщения о возрастающей устойчивости суперинфекций к таким антибиотикам как клиндамицин, основным механизмом которых является блокирование синтеза белка микробной клетки. По данным ряда исследований в отличие от метронидазола и клиндамицина, нифурател показал эффективность в отношении и A. Vaginae, и G. Vaginalis, не подавляя при этом лактофлору.

БВ сопровождающийся высоким ростом Грам-отрицательных и Грам-положительных анаэробов без признаков воспалительной реакции до сих пор остается микробиологической и иммунологической загадкой для исследователей. Высокая иммунная толерантность как к нормальной, так и патологичной микробиоте, происходящей главным образом из кишечника может предположительно объяснять отсутствие воспалительной реакции. Последние исследования показывают существенную роль в формировании биопленок с участием A. Vaginae и G. Vaginalis.

Исследование оценивавшее частоту встречаемости различных видов Candida (albicans и non-albicans)

Список источников:

1. Клин микробиол антимикроб химиотер, Т 14, №1, 2012, А.В. Голуб. «Бактериальные биопленки - новая цель терапии?»

2. Medical Nature, №1 (13), 2013, «Что такое биопленка?», С.В. Мальцев, Г.Ш. Мансурова.

3. Акушерство. Гинекология. Репродукция, 2013, Т. 7, №2, 34-36, «Биопленки при бактериальном вагинозе», Березовская Е.С., Макаров И.О. и соавт.

4. Атомосфера. Пульмонология и аллергология, №4, 2013, 60-64, В.В. Тец, Г.В. Тец.

5. Журнал инфектологии, Т. 2, №3, 2010, В.В. Гостев, С.В. Сидоренко, «Бактериальные биопленки и инфекции».

6. Indian J Pathol Microbiol. 2013 Apr-Jun; 56(2): 144-7. doi: 10.4103/0377-4929.118703. Emergence of non-albicans Candida among candidal vulvovaginitis cases and study of their potential virulence factors, from a tertiary care center, North India., Kumari V1, Banerjee T, Kumar P, Pandey S, Tilak R.

7. Current Clinical Pharmacology, 2012, 7, 36-40, Bacterial Vaginosis, Atopobium vaginae and Nifurantel, Franco Polatti

8. Ann N.Y Acad Sci. 2011 Aug; 1230: 48-58. doi: 10.1111/j.1749-6632.2011.06041.x. The genital econiche: focus on microbiota and bacterial vaginosis. Danielsson D1, Teigen PK, Moi H.

азмещено на Allbest.ru