Скляр Т. В., Крисенко О.В., Вінніков А.І., Альонкіна Ю.А..

Дніпропетровський національний університет ім.. О. Гончара

Антибіотикорезистентність біоплікоутворюючих штамів стафілококів.

Перебіг інфекційних хвороб може протікати з ускладненнями через формування в організмі людини мікробних біоплівок, які є формою мікробних спільнот, фіксованих на поверхнях, що складаються з бактеріальних клітин і асоційованого з ними позаклітинного матриксу [2, 6].

Стафілококи – збудники гнійно-запальних процесів, здатні до біоплівкоутворення в організмі людини та на медичному інструментарії, який безпосередньо контактує з організмом людини (протези, імпланти, катетери).

Захворювання людини викликають Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus haemoliticus.

Патогенні стафілококи у людини викликають низку хвороб таких, як: абсцеси, фурункули, карбункули, періостити, остеомієліти, піодермії, екземи, пневмонії, перитоніти, менінгіти, апендицити, ендокардити та ін..

З широким використанням в практиці антибіотиків відбулися значні зміни в важкості перебігу стафілококових інфекцій і поширення данних уражень [9, 4].

У всіх країнах світу відзначається тенденція до зростання частоти захворювань, що викликані стафілококом, відбуваеться збільшення носійства серед медичних працівників, з'являються метицилін-резистентні штами.

Стафілококи в біоплівках є більш стійкими, так як в них діють не тільки загальновідомі, але і біоплівочні механізми антибіотикорезистентності. До числа останніх належать: фільтруюча здатність, яка блокує дифузію антибіотика в глибокі шари біоплівок, присутність популяцій нечутливих до антибіотиків мікробів-персисторів, підвищена мутабельність плівкоутворюючих мікробів, що приводить до швидкої адаптації мікроорганізма до протимікробної дії препарату.

Успіх у боротьбі з біоплівковими інфекціями багато в чому залежить від ефективності методів оцінки антибіотикорезистентності плівко утворюючих штамів мікроба-збудника.

Характерною властивістю усіх біоплівок – є їх вражаюча стійкість до фізичних і біохімічних впливів, що включає антибіотико резистентність. Незважаючи на те, що ця стійкість визнана багато років, її біологічне обгрунтування досі до кінця не пояснено.

Фактор, який частково пояснює стійкість фенотипу, включає високу клітинну щільність і фізичне витиснення антибіотика. В межах біоплівки можуть відбуватися фізіологічні зміни, які запускають реакцію загального стресу, призводять до закриття ключових метаболічних процесів та стимулюють індукцію захисних механізмів [7, 10].

Популяція клітин в складі біоплівки гетерогенна. Загальна резистентність залежить від взаємодії між цілою популяєю клітин і терапії, спрямованої протии мультиклітинної спільноти.

Утворення біоплівок – комплексний процес, що складається з декількох етапів: адгезії клітин на поверхні і перерозподілу клітинної маси; активного поділу клітин для створення клітинних кластерів; утворення екзополімерного слизового матриксу; поширення клітин біоплівки в оточуючому середовищі. Початкове прикріплення мікробної клітини до поверхні субстрату здійснюється за рахунок дії електростатичних, гідрофобних сил, Ван-дер-Вальсової взаємодії, неспецифічної адгезії.

Вченими виявлена нова мішень – позаклітинного ДНК матрикса біоплівок для впливу на бактерії з метою підвищення ефективності антибіотикотерапії. Використання ДНК матрикса, як додаткової мішені при терапії, дозволяє збільшити ефективність дії різноманітних антибіотиків на неспоріднені мікроорганізми, які знаходяться в біоплівках [8].

До ряду факторів, що впливають на резистентність біоплівок, відносять обмежене проникнення антимікробних речовин в біоплівки, відмінності у метаболічній активності і швидкості росту бактерій у складі біоплівок та планктонно зростаючих представників, присутність у популяціях клітин, здатних виживати в стресових умовах.

Екзополімерний матрикс біоплівки може обмежувати дифузію речовин і зв'язувати антимікробні препарати. Позаклітинні полімерні речовини, складові матрикса, є дифузійним бар'єром для молекул антимікробних препаратів. Це забезпечує резистентність клітин біоплівки до великих білкових молекул, наприклад, до лізоциму, а також до антимікробних пептидів та ін.

Показано, що негативно заряджені екзополісахариди досить ефективно захищають клітини біоплівки від гідрофільних і позитивно заряджених антибіотиків, наприклад, аміноглікозидів [3].

Полісахариди слизу S. epidermidis знижували антибактеріальну активність глікопептидних антибіотиків. Додавання екстракту цих полісахаридів до бульйону збільшував мінімальну інгібуючу концентрацію (МІК) антибіотика ванкоміцину в кілька разів.

Вважається, що за фізіологічним станом, за метаболічною активністю клітини, що живуть у складі біоплівок, швидше схожі з клітинами стаціонарної фази росту, ніж з клітинами, активно зростаючими. Це може бути однією з причин підвищеної резистентності до несприятливих факторів клітин бактерій в біоплівках, оскільки відомо, що бактерії у фазі уповільнення росту і стаціонарній фазі більш стійкі до дії антибактеріальних агентів. Дія більшості антибіотиків націлена на кліини, що активно діляться [1].

Ще одним з факторів стійкості біоплівок може бути поява і розмноження в них клітин-персистерів (субпопуляційні резистентні клітини).

Показано, що бактерії в біоплівках можуть обмінюватися плазмідами, що містять гени, відповідальні за їх резистентність до антибіотиків. Фізична близькість клітин в біоплівках полегшує передачу плазмід в популяції бактерій. Таким чином, біоплівки можуть збільшувати поширення резистентних бактерій. Це особливо небезпечно в разі їх росту і розмноження в умовах стаціонару, оскільки вони здатні поширюватися від пацієнта до пацієнта.

Аналіз наявних у літературі даних дозволяє припускати, що регуляція підвищеної стійкості бактерій, що живуть в біоплівках, є мультифакторним процессом [10].

Було показано, що при його використанні зменшення кількості біоплівок, що продукуються золотистим стафілококом, відбувається за рахунок зниження обсягу мукополісахаридної складової позаклітинного матриксу. Позаклітинна ДНК матриксу біоплівок також може бути мішенню для боротьби з біоплівками, для цього можуть бути використані різні ДНК-ази.

Аналіз наявних літературних даних переконливо демонструє роль біоплівок в патогенезі запальних захворювань та їх участь у хронізації запального процесу. Отримані в ході досліджень дані різних авторів, мають важливе значення для розуміння патогенезу запальних захворювань і новим підходам до терапії хронічних інфекцій [2].

Також, враховуючи нові дані, при визначенні мінімальної переважної концентрації антибіотиків для клінічно значущих штамів мікроорганізмів слід враховувати чутливість не тільки чистих культур, але і вплив препаратів на біоплівкоутворення.

Вплив на біоплівки може бути спрямований на блокування механізмів адгезії бактерій до поверхні, синтезу або руйнування полімерного матриксу, порушення міжклітинного обміну інформацією, а також воно може поєднуватися з власне бактерицидними агентами.

Результати досліджень за даними напрямками приносять позитивні результати і внередряются в клінічну практику. Наприклад, за даними літератури, в клінічній практиці використовується комбінація антимікробних препаратів з кларитроміцином, застосування якого дозволяє скоротити строки перебування у стаціонарі, так і знизити частоту розвитку ускладнень [5].

Література

1. Бехало В.А., Бондаренко В.М., Сисолятін Є.В., Нагурський Є.В. Імунобіологічні особливості бактеріальних клітин медичних біоплівок. Журн. Мікробол 2010; 4: С.97-105.

2. Гостєв, В.В., Сидоренко С.В. Бактеріальні біоплівки та інфекції. Журнал інфектол. 2010; 2 (3): С.4 -15.

3. Коробов В.П., Лемкина Л.М., Монахов В.И., Анализ чувствительности процес сов формирования биопленок Staphylococcus epidermidis к некоторым факторам внешней среды Вестник пермского университета вып.1. 2010 С.54-67

4. Чеботарь І.В., Маянський А.Н., Кончакова Є.Д., Лазарєва, А.В. Чистякова В.П. МЕИ «Антибіотикорезистентність біоплівочних бактерій» 2006р С.122-139

5. Чеботарь. И.В. Лабораторная диагностика клинически значимых
биопленочных процессов / И.В. Чеботарь. Е.Л. Гурьев // Вопр.
диагностики в педиатрии. - 2012. - №4. - С. 15-20.

6. Чеботарь. И.В. Механизмы антибиопленочного иммунитета / И.В.
Чеботарь // Вестник РАМН. - 2012. - № 12. - С.22-29.

7. Чеботарь. И.В. Нейтрофилзависимое разрушение биопленок,
образованных Staphylococcus aureus / И.В. Чеботарь. Е.Д. Кончакова,
Н.И. Евтеева // Журн. микробиол. - 2012. - №1. - С. 10-15.

8. Bennett P.M. Plasmid encoded antibiotic resistance: acquisition and transfer of antibiotic resistance genes in bacteria // Brit. J. Pharmacol. — 2008. — V. 153. — P. S347–S357.

9. Garcillian-Bracia M.P., de-la Crus F. Distribution of IS91 family insertion sequences in bacterial genomes: evolutionary implications // FEMS Microbiol. Ecol. — 2002. — V. 42, № 2. — P. 303–313.

10. Fluit A.C., Visser M.R., Schmitz F. Molecular detection of antimicrobial resistance // Clin. Microbiol. Rev. — 2001. — V. 14, № 4. — P. 836–871.