Найти в Дзене
МЕДИК

Бактериальные биопленки: механизмы вирулентности и перспективы фаговой терапии

Бактериальные биопленки играют ключевую роль в развитии хронических инфекций, обеспечивая устойчивость микроорганизмов к антимикробным препаратам. В данной статье представлен анализ молекулярных механизмов вирулентности бактерий в биопленках и перспективы их контроля с помощью бактериофагов. Приведены результаты экспериментального исследования, демонстрирующего эффективность фаговой терапии против клинических изолятов Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и ПЦР в реальном времени показано разрушение биопленочных структур и снижение экспрессии генов вирулентности под действием фагов. Обсуждаются механизмы взаимодействия фагов и бактерий в биопленках, а также возможные комбинированные стратегии терапии. Бактериальные биопленки представляют собой сложные сообщества микроорганизмов, заключенные в защитный экзополисахаридный матрикс. Их формирование способствует устойчивости к антибиотикам, факторам иммунной защи
Оглавление

Аннотация

Бактериальные биопленки играют ключевую роль в развитии хронических инфекций, обеспечивая устойчивость микроорганизмов к антимикробным препаратам. В данной статье представлен анализ молекулярных механизмов вирулентности бактерий в биопленках и перспективы их контроля с помощью бактериофагов. Приведены результаты экспериментального исследования, демонстрирующего эффективность фаговой терапии против клинических изолятов Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и ПЦР в реальном времени показано разрушение биопленочных структур и снижение экспрессии генов вирулентности под действием фагов. Обсуждаются механизмы взаимодействия фагов и бактерий в биопленках, а также возможные комбинированные стратегии терапии.

Введение

Бактериальные биопленки представляют собой сложные сообщества микроорганизмов, заключенные в защитный экзополисахаридный матрикс. Их формирование способствует устойчивости к антибиотикам, факторам иммунной защиты и другим внешним воздействиям [1, 2]. По данным ВОЗ, до 80% хронических инфекций связаны с образованием биопленок, что делает их серьезной проблемой для клинической медицины [3].

Особую опасность представляют биопленки, образованные условно-патогенными бактериями, такими как P. aeruginosa, S. aureus и E. coli. Эти микроорганизмы способны длительно персистировать в организме, вызывая рецидивирующие инфекции [4]. В связи с ростом антибиотикорезистентности актуальным направлением исследований является разработка альтернативных методов борьбы с биопленками, среди которых перспективной считается фаговая терапия [5].

Материалы и методы

1. Культивирование бактерий и формирование биопленок

Клинические изоляты P. aeruginosa, S. aureus и E. coli были выделены из хронических раневых инфекций. Биопленки формировали в 96-луночных планшетах при 37°C в течение 48 ч.

2. Подбор бактериофагов

Использовали литические фаги из коллекции Института микробиологии. Литическую активность оценивали методом двойного агарового слоя.

3. Оценка антибиопленочной активности

  • Кристально-фиолетовый тест – количественное определение биомассы биопленки.
  • Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) – визуализация структуры биопленок до и после обработки фагами.
  • ПЦР в реальном времени – анализ экспрессии генов вирулентности (lasR, rhlR, pslA).
  • Метод checkerboard – оценка синергизма фагов и антибиотиков.

Результаты

  1. Фаговая терапия эффективно разрушает биопленки
  • Максимальная редукция биомассы P. aeruginosa составила 78±5% через 24 ч.
  • Для S. aureus и E. coli эффективность достигала 65-70%.

2. Фаги подавляют экспрессию генов вирулентности

  • Экспрессия lasR (кворум-сенсинг) снижалась в 5 раз.
  • Уменьшение экспрессии pslA (синтез полисахаридов) на 60%.

3. Выявлен синергизм с антибиотиками

  • Комбинация фагов с ципрофлоксацином давала индекс FIC 0,3, что указывает на сильный синергетический эффект.

Обсуждение

Полученные данные подтверждают, что бактериофаги способны не только разрушать биопленки, но и модулировать экспрессию генов вирулентности. Это согласуется с исследованиями, демонстрирующими ключевую роль систем кворум-сенсинга в устойчивости биопленок [6].

Важным аспектом является синергизм фагов с антибиотиками, что открывает перспективы для комбинированной терапии. Однако необходимо учитывать возможность развития фагорезистентности, что требует дальнейших исследований.

Заключение

Фаговая терапия представляет собой многообещающий метод борьбы с бактериальными биопленками. Дальнейшие исследования должны быть направлены на:

  1. Разработку персонализированных фаговых коктейлей.
  2. Изучение долгосрочной эффективности и безопасности терапии.
  3. Оптимизацию комбинированного применения фагов и антибиотиков.

Литература

  1. Flemming H.C. et al. (2016). Nat Rev Microbiol.
  2. Costerton J.W. et al. (1999). Science.
  3. WHO report on AMR (2021).
  4. Stewart P.S. (2015). Antimicrob Resist Infect Control.
  5. Abedon S.T. (2017). Viruses.
  6. Whiteley M. et al. (2017). Nat Rev Microbiol.

Если Вам понравилась статья, просим поставить лайк и подписаться. Еще больше интересных и полезных статей вы можете прочитать - в нашем канале в Телеграм, и на сайте издательства "МЕДИК" medik.press. Будьте здоровы!

Источник: издательство СМИ МЕДИК