You may login with either your assigned username or your e-mail address.
The password field is case sensitive.
Регистрация

Роль биопленок в хронизации мочевых инфекций

Ирина Николаевна Петухова

Д.м.н., клинический фармаколог, ведущий науч. сотр. лаборатории микробиологической диагностики и лечения инфекций в онкологии ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» РАМН
irinapet@list.ru

Открытие и изучение биопленок является одним из наиболее важных достижений микробиологии за последние 20 лет. Биопленки, или биофильмы (англ. biofilm) – это сообщества микроорганизмов, погруженные в межклеточный (межбактериальный) матрикс, в состав которого входят белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты (I.W. Sutherland, 2001). Причем сами бактерии составляют лишь 5–35 % массы биопленки.

К числу заболеваний, связанных с присутствием биопленок, относятся и инфекции мочевыводящих путей (пиелонефрит, цистит, мочекаменная болезнь) (S. Сhoong & H. Whitfield, 2000; P. Tenke et al., 2012). Широкое распространение и увеличение доли высокотехнологичных оперативных вмешательств в урологии, установка катетеров, стентов, дренажей и протезов также приводят к развитию биопленочной инфекции, зачастую нивелируя результаты операций (С.Д. Дорофеев, С.С. Красняк, 2012).

Образование биопленок – один из факторов патогенности микроорганизмов. Заключенные в матрикс синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ, микроорганизмы имеют измененный фенотип, проявляющийся другими параметрами роста и экспрессии специфических генов. Бактериальные биопленки могут быть образованы бактериями одного или нескольких видов и состоять как из активно функционирующих клеток, так и из покоящихся или некультивируемых форм (Л.В. Лагун и др., 2012).

Микроорганизмы в биопленке формируют единую генетическую систему в виде плазмид – мобильных кольцевых ДНК, несущих поведенческий код для членов биопленки, определяющих их трофические, энергетические и другие связи между собой и окружающей средой. Последнее называют «quorum sensing», или социальным поведением микроорганизмов. Оно позволяет бактериям действовать коллективно, подобно клеткам в многоклеточном организме. Считается доказанным, что социальное поведение микробов биопленки повышает вирулентность и патогенность всех возбудителей (Ю.М. Романова и др., 2011; Л.В. Лагун и др., 2012).

In vitro продукция биопленок отмечается у 63 % штаммов E. coli и Klebsiella pneumoniae и 75 % штаммов Pseudomonas aeruginosa. Среди пациентов с катетерами продукция биопленок микроорганизмами составляла 70,3 % (P. Subramanian et al., 2012).

Существование бактерий внутри биопленок обеспечивает им много преимуществ по сравнению с отдельными клетками. Бактерии в биопленках обладают повышенной выживаемостью в присутствии агрессивных веществ, факторов иммунной защиты макроорганизма и антибактериальных препаратов. По некоторым данным, до 80 % микроорганизмов при биопленочной инфекции бывают мультирезистентными (P. Subramanian et al., 2012).

Биопленки на поверхности уроэпителия легче поддаются эрадикации антимикробными препаратами по сравнению с биопленками, образующимися на чужеродных объектах, находящихся в мочевыводящих путях (катетеры).

Периодическое высвобождение планктонных форм бактерий из пленок в поток мочи служит источником поддержания хронического инфекционного и воспалительного процесса в почках. Бактерии в биопленках не только поддерживают хроническую инфекцию за счет повышенной устойчивости к терапии, но и способствуют камнеобразованию.

Микробная биопленка может становиться ядром камня в мочевыделительной системе. Считается, что до 30 % камней являются инфекционными. За счет изменения защитного слоя уроэпителия и формирования на нем микробных биопленок в 5–6 раз увеличивается адгезия струвитных кристаллов (Э.Р. Толордава и др., 2012; Л.В. Лагун и др., 2012).

Наличие биопленок приводит к тому, что традиционные методы микробиологической диагностики выявляют не все микроорганизмы, участвующие в инфекционном процессе (S.E. Dowd, 2008).

Идентифицировать микроорганизмы в составе биопленок позволяют такие современные молекулярные методы, как электрофорез в геле и высокоэффективная жидкостная хроматография с флуоресцентной гибридизацией in situ, эпифлуоресцентная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой и другие исследования (V.V. Tetz et al., 2004).

Бактерии в биопленках остаются живыми даже в присутствии антибиотиков, добавленных в количестве в 500–1000 раз большем, чем их минимальная подавляющая концентрация (МПК) (D. Davies, 2003). Применение антибиотиков, плохо проникающих в биопленку, очень быстро приводит к формированию и отбору устойчивых микроорганизмов. Неполная эрадикация микроорганизмов при биопленочных инфекциях в свою очередь способствует их персистенции и формированию хронических процессов.

Хронические инфекции принципиально отличаются от острых образованием биопленок, а фагоциты макроорганизма не способны поглощать биопленки в отличие от отдельных бактериальных клеток (R.D. Wolcott & G.D. Ehrlich, 2008).

Штаммы E. coli, P. aeruginosa, K. pneumoniae, S. aureus, выделенные от больных хроническим пиелонефритом, по способности формирования биопленок значительно превосходят штаммы, выделенные от больных острым пиелонефритом. При острых пиелонефритах максимальной пленкообразующей способностью обладают изоляты P. aeruginosa.

Их пленкообразующая способность в 2–3 раза превосходила способность к формированию биопленок у штаммов энтеробактерий и стафилококков. Та же тенденция выявлена и среди возбудителей хронических пиелонефритов – максимальной способностью к пленкообразованию обладали штаммы P. aeruginosa. В целом, среди изолятов микроорганизмов, выделенных от больных хроническими пиелонефритами, обнаружено значительное преобладание пленкообразующей активности по сравнению с микроорганизмами, выделенными при острых пиелонефритах. Различия были статистически значимы для штаммов E. coli (p < 0,0001), P. aeruginosa (p < 0,0001), K. pneumoniae (p < 0,0222) и S. aureus (p < 0,0279) (Л.В. Лагун и др., 2012).

Также было отмечено, что энтеробактерии, являвшиеся возбудителями пиелонефрита у больных с сопутствующей мочекаменной болезнью, в целом отличались достоверно большей способностью к пленкообразованию, по сравнению с возбудителями инфекций, протекающих без уролитиаза (p = 0,0011). Отсутствие статистически значимых различий для штаммов P. aeruginosa и S. aureus авторы связали с небольшим объемом выборки (Л.В. Лагун и др., 2012).

Сегодня в число свойств антибиотиков, которые надо учитывать при выборе препарата и схемы лечения, включен новый важный признак – взаимодействие не с отдельными клетками, а с микробными сообществами, или биопленками (В.В. Тец и др., 2008). Среди антибиотиков хорошим проникновением в биопленки обладают фторхинолоны.

В.В. Тец и др. (2008) изучали выживаемость бактерий в биопленках (под действием левофлоксацина (Флорацид®), офлоксацина, норфлоксацина). Авторы оценивали действие антибиотиков на формирующиеся и сформированные (24-часовые) биопленки по количеству биомассы и количеству колониеобразующих единиц (КОЕ) микроорганизмов. С этой целью биопленки выращивали на дне лунок 96-луночных планшет в течение 24 ч при температуре 37 °С. Антибиотики добавляли: 1) в момент засева; 2) через 24 ч, и инкубировали в течение суток.

При изучении действия антибиотиков, начиная с момента формирования биопленки, их добавляли при засеве бактерий в количествах, соответствующих 1 или 5 МПК. Данный тип воздействия имитирует естественное взаимодействие бактерий в процессе расселения и формирования биопленок. Антибиотики, добавленные в использованных концентрациях, не полностью блокировали образование биопленок, но у всех тестированных штаммов вызывали значительное снижение биомассы сообщества и числа КОЕ. Биомасса биопленок при добавлении испытанных препаратов снижалась на 30–70 % по отношению к контролю.

Левофлоксацин более других фторхинолонов снижал биомассу у клебсиелл, кишечной палочки и псевдо- монад (Тец В.В. и др., 2008).

У всех испытанных штаммов отмечалось снижение числа КОЕ в формирующихся биопленках. Полной корреляции между уровнем угнетения формирования биомассы и числом КОЕ зарегистрировано не было, хотя в большинстве случаев она прослеживалась. Для большинства штаммов число КОЕ при действии испытанных препаратов уменьшилось примерно в 1000–10 000 раз и только для псевдомонад – в 10–1000 раз. При этом левофлоксацин оказался максимально эффективным по отношению к изучаемым штаммам на стадии образования или расселения биопленок (В.В. Тец и др., 2008).

Действие на сформированные сообщества изучалось при добавлении фторхинолонов к 24-часовым биопленкам. Испытывались препараты в дозах, соответствующих 5 и 50 МПК. Тестируемый препарат добавляли через 24 ч роста биопленки. Данный тип воздействия имитирует процесс действия антибиотика в естественных условиях. В этом случае также отмечалось снижение биомассы биопленки на 30–50 %, а числа КОЕ – в 10–100 раз. У ряда штаммов по отношению к биомассе биопленки выявлена зависимость эффективности от дозы антибиотика.

Было показано, что наиболее активным по отношению к сформированным биопленкам также был левофлоксацин. При этом максимальную активность по снижению биомассы он показал на штаммах клебсиелл, кишечной палочки и псевдомонад, а максимальную активность – против кишечной палочки, стафилококка и энтеробактера.

Проведенные В.В. Тец и др. (2008) исследования показали, что использованные фторхинолоны действуют как на формирование, так и на уже существующие биопленки возбудителей уроинфекций. Способность левофлоксацина проникать через липидо- белковую поверхностную оболочку биопленок и действовать на находящиеся внутри бактерии практически важна, поскольку к моменту начала лечения биопленки бактерий в организме человека уже сформированы. Кроме того, выявленная способность Флорацида ® активно подавлять микроорганизмы в составе биопленок свидетельствует о снижении риска рецидивов при его использовании. Авторы сделали следующие выводы:

– левофлоксацин и другие исследованные фторхинолоны способны проникать в бактериальные биопленки и действовать на находящиеся в них бактерии;

– среди изученных фторхинолонов левофлоксацин обладает наиболее выраженной способностью угнетать рост биопленок, вырабатываемых основными возбудителями уроинфекций;

– левофлоксацин активен, как на стадии формирования биопленок, так и в отношении микробов, находящихся в составе уже сформированных сообществ.

5
Ваша оценка: Нет Средняя оценка: 5 (1 vote)