Биопленки бактерий

Более 99% бактериальных популяций существуют в природных экосистемах не в виде свободно плавающих планктонных клеток, а в виде специфически организованных, прикрепленных к субстратам биопленок, образование которых представляет сложный, строго регулируемый биологический процесс. Способность формировать биопленки является составной частью жизненного цикла большинства микроорганизмов и успешной стратегией защиты бактерий от неблагоприятных факторов среды.

 Биопленки - это физические структуры, образуемые микробными сообществами на поверхности раздела фаз: жидкость (водная среда) – твердая поверхность, жидкость – воздух, две несмешивающиеся жидкости и твердая поверхность – воздух. Лучше всего исследованы биопленки, развивающиеся на границе жидкой и твердой сред. Биопленки могут формироваться бактериями одного вида, или формируют сообщества, развивающиеся из многих видов бактерий, а также могут включать и другие микроорганизмы. Зрелые, уже сформированные биопленки могут содержать также покоящиеся или некультивируемые формы бактерий.

Термин «биопленка» может быть определен следующим образом. Биопленка - микробное сообщество, состоящее из клеток, которые прикреплены к поверхности или друг к другу, заключены в матрикс синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ; их фенотип изменен по сравнению с одиночными, планктонными клетками; у них изменены параметры роста и экспрессии специфичных генов. Это определение позволяет отличить микробные сообщества биопленок от похожих на них внешне структур, например, колонии бактерий, растущих на поверхности агаризованных сред, которые не проявляют характеристик, свойственных истинной биопленке.

Изучение биопленок в настоящее время вызывает огромный интерес исследователей, главным образом, в связи с тем, что этот способ существования бактерий создает большие проблемы в медицинской практике. Способность бактерий формировать биопленки рассматривается в настоящее время как фактор их патогенности. Установлено, что многие хронические инфекции, возникновение которых связано с использованием медицинского имплантированного оборудования (линз, катетеров, протезов, искусственных клапанов сердца), обусловлены способностью бактерий расти в виде биопленок на поверхностях этих устройств. Биопленки могут образовываться на различных органах и тканях в организме человека и животных, а также на корнях и других частях растений. Бактерии, живущие внутри биопленок, проявляют значительно более высокую устойчивость – до 1000 раз - к антибиотикам и другим лекарственным препаратам, что крайне затрудняет борьбу с инфекциями, вызванными различными патогенными бактериями.

Образование биопленок патогенными бактериями способствует инфекционным поражениям большинства органов (верхних дыхательных путей, легких, сердца, почек, кожи, костей, системы пищеварения) и практически всех искусственных имплантатов. Среди всех инфекционных поражений около 65-80% вызываются бактериями, формирующими биопленки. Изучение экологических закономерностей возникновения и развития микробных сообществ (биопленок) является ключевым моментом дальнейшего развития медицинской микробиологии.

В связи с этим поиск и изучение веществ, которые могут подавлять образование биопленок и убивать бактерии внутри биопленок, является чрезвычайно важной и актуальной задачей антимикробной терапии. Большое количество лабораторий и компаний во всем мире занято этой проблемой.

Кроме проблем в медицине, способность бактерий формировать биопленки вызывает серьезные трудности в промышленности. Биопленки вызывают биокоррозию трубопроводов, обрастания различного технологического оборудования, корпусов судов, нефтяных платформ. В пищевой промышленности образование биопленок на продуктах повышает риск заражения патогенными микроорганизмами пищи и в результате возникновения значимых инфекций у людей. В природных условиях биопленки могут вызывать ухудшение экологической обстановки, например, при образовании циан бактериальной пленки на поверхности водоемов, что приводит к ухудшению снабжения водных организмов кислородом и нежелательным изменениям качества воды.

Формирование биопленочных сообществ оказалось одной из основных стратегий выживания бактерий в занимаемых ими экологических нишах. Находясь в прикрепленном состоянии, в составе биопленок, бактерии защищены от повреждающих факторов внешней среды и действия антибактериальных веществ в окружающей среде и организме хозяина при инфекции.

Однако, рост бактерий в виде биопленок может обеспечивать и определенные преимущества:

 -  в производствах, включающих длительные   биотрансформации токсичных веществ в связи   с увеличенной устойчивостью бактерий к этим веществам;

 -   при биологической очистке воды, воздуха и др.   (создание микробных сообществ заданного состава, эффективно деградирующих вредные соединения);

 -   в биологической борьбе с фитопатогенами, вызывающими заболевания растений (бактерии, используемые для биологической борьбы, лучше выживают в ризосфере растений и противостоят атакам фитопатогенных микроорганизмов с антагонистической активностью);

- при использовании в медицине препаратов с пробиотической активностью живых бактерий.

Представление о биопленках изменяет подходы к диагностике и лечению инфекционных поражений в самых различных областях медицины.

 

 

 

Подготовила:

врач-отоларинголог УЗ«6-я ЦРКП» Мельникова А.И.