биопленки бактерий и связанные с ними трудности медицинской

БИОПЛЕНКИ БАКТЕРИЙ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ТРУДНОСТИ
МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКИ
И.А. Хмель, ИМГ РАН
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
цианобактериальной пленки
обстановки,
например,
на поверхности водоемов,
при
образовании
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.
Следует отметить, однако, что 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.
Все вышесказанное обусловливает необходимость глубоких и разносторонних
исследований биопленок микроорганизмов, механизмов регуляции и генетического
контроля их образования, методов борьбы с биопленками патогенных бактерий.
Структурно-функциональные особенности биопленок бактерий.
Прогрессу в понимании феномена биопленок способствовало совершенствование
техники микроскопирования и особенно применение конфокального сканирующего
лазерного микроскопа, позволившего проводить изучение ультраструктуры живых
биопленок, а также исследования, связанные с определением экспрессии генов,
ответственных за различные стадии развития биопленок и их регуляцию при переходе от
планктонного образа жизни к биопленочному.
Биопленки имеют сложную архитектуру - они заключены в экзополимерный
матрикс, содержат каналы, наполненные жидкостью, через которые происходит приток
питательных веществ и кислорода и выведение продуктов метаболизма бактерий.
Основным компонентом матрикса являются экзополисахариды (ЭПС); матрикс содержит
также белки, нуклеиновые кислоты и другие вещества; состав матрикса различен у
бактерий разных таксономических групп.
Каналы в матриксе создают своеобразную проводящую систему, по которой
перемещаются вещества по градиентам концентрации, по ним также могут мигрировать
бактерии.
Важнейшей
функцией
матрикса,
помимо
каркасной,
обеспечивающей
стабильность биопленки, является защитная. Показано, что матрикс защищает бактерии в
биопленке от антибактериальных препаратов, а также от неблагоприятных возднействий
внешней среды (pH среды, осмотический шок, высыхание, УФ-облучение, фагоцитоз,
факторы иммунной защиты организма
и т.п.). ЭПС сорбирует металлы и минералы,
растворенные органические вещества, концентрирует ферменты и ростовые факторы.
Сложная архитектура биопленок обеспечивает возможность метаболической кооперации
клеток внутри пространственно хорошо организованных систем, создает условия,
благоприятствующие
установлению
симбиотических
взаимоотношений
между
бактериями разных видов, передаче сигналов, влияющих на экспрессию генов в
популяции бактерий. В связи с этим биопленки бактерий часто рассматриваются как
функциональный аналог многоклеточного организма.
Стадии формирования биопленок
Выделяют несколько последовательных этапов образования биопленок (рис. 1).
Первая стадия - начало развития биопленок – это переход бактерий от планктонного
способа существования к другому, связанному с прикреплением клеток к биотической
или
абиотической
бактериальных
поверхности.
клеток.
Мутанты,
Прикрепление
дефектные
возможно
по
только
подвижности,
у подвижных
неспособны
к
формированию биопленки. У бактерий известно несколько типов миграции клеток по
поверхности сред. Так, с помощью жгутиков осуществляется плавание (swimming) и
роение (swarming), а дергающаяся подвижность (twitching motility) обеспечивается пилями
IV типа. Первичный контакт планктонно плавающей (неприкрепленной) бактерии и
поверхности среды происходит либо случайно (например, при пассивной миграции клеток
с током жидкости), либо вследствие направленного движения, обусловленного
хемотаксисом. Стадия первичной адгезии занимает несколько секунд, является обратимой
и
зависит
от
неспецифических
физико-химических
механизмов
взаимодействия
(гидрофобные и электростатические силы, стерическое соответствие молекул и т.д.)
между поверхностными структурами микроорганизма и самого субстрата. Вторая стадия
адгезии
характеризуется
необратимым
связыванием
бактериальных
клеток
с
поверхностью при помощи специфических молекул – адгезинов. Важную роль на этом
этапе играют такие клеточные структуры, как фимбрии (пили), жгутики, поверхностные
белки, липополисахариды.
У бактерий в биопленках изменяется экспрессия почти 40 % бактериальных генов,
участвующих в процессах мембранного транспорта, секреции, синтеза фосфолипидов и
липополисахарида, регуляции генов. При этом может происходить как активирование
экспрессии указанных генов, так и их репрессия. На второй стадии образования
биопленок формируются микроколонии. Происходит агрегация клеток, прикрепившихся
ранее к твердой поверхности, бактерии теряют подвижность, некоторые из них слипаются
друг с другом, начинают выделять полимеры, формируя внеклеточный полимерный
матрикс, и образуют многоклеточный слой. При достижении определенной толщины слоя
клеток наступает следущая стадия – стадия созревания биопленки.
На стадии созревания биопленок
в результате деления клеток возникают
компактные микроколонии, объединенные внеклеточным полимерным матриксом.
Микроколонии постепенно увеличиваются в размерах и объединяются с образованием
макроколоний. Одновременно с увеличением толщины биопленки формируются ее
специфические структуры - полости, выросты, поры и каналы [9 – 11]. Возможность роста
любой биопленки ограничена доступностью питательных веществ и кислорода,
проникновением
их в различные слои биопленки, эффективностью удаления
метаболических отходов, рН среды, осмолярностью и т.д.
Последней стадией является стадия дисперсии биопленки: в определенный момент
времени биопленка достигает критической массы, возникает динамическое равновесие,
при этом от наружных слоев биопленки начинают открепляться клетки, способные
покидать биопленку и колонизировать другие поверхности, чтобы повторить цикл. Этот
процесс имеет большое значение, так как приводит к распространению, расширению
инфекции, захвату патогенными бактериями новых мест обитания. В разрушении
биопленки принимают участие собственные поверхностно-активные вещества бактерий,
ферменты альгинатлиаза и другие полисахаридлиазы. Открепление бактерий от
биопленки может быть обусловлено как внешними (движение жидкости), так и
внутренними (энзиматическая деградация) причинами. По данным ряда исследований,
планктонные клетки, потерявшие связь с биопленкой, представляют большую опасность в
связи с приобретением новых свойств, включая устойчивость к антибиотикам.
Генетический контроль формирования биопленок
Формирование биопленок – очень сложный, многофакторный и многостадийный
процесс. Генетический контроль образования биопленок изучен недостаточно. В
настоящей лекции мы остановимся лишь на нескольких факторах генетической регуляции
формирования бактерий и ограничимся грамотрицательными бактериями.
Известно, что в процессе формирования биопленок ряда бактерий важнейшую роль
играет КС (Quorum Sensing) регуляция экспрессии генов. КС – это особый тип регуляции
экспрессии генов бактерий, зависящей от плотности их популяции. КС системы включают
низкомолекулярные
сигнальные
молекулы,
названные
аутоиндукторами,
легко
диффундирующие через клеточную стенку, и регуляторные рецепторные белки, с
которыми связываются аутоиндукторы (AI). По мере того, как популяция бактерий
увеличивается и достигает критического уровня, AI накапливаются до необходимого
порогового значения и взаимодействуют с соответствующими регуляторными белками,
что приводит обычно к активации (индукции) экспрессии определенных генов у бактерий.
С помощью AI осуществляется коммуникация бактерий - межклеточная передача
информации между особями бактерий, принадлежащих к одному и тому же и разным
видам, родам и даже семействам. Благодаря КС регуляции бактерии получают
возможность скоординированно контролировать экспрессию генов во всей популяции. В
подобном поведении бактерий проявляются черты сходства с многоклеточными
организмами. КС определяет возможность «социального» поведения бактерий. В этом
типе поведения бактерии используют преимущества, которые не были доступны им как
индивидуальным клеткам. Передача информации от клетки к клетке с использованием КС
систем, которая приводит к индукции специализированных наборов генов, способствует
быстрой адаптации популяций бактерий к меняющимся условиям среды и их выживанию
в природных условиях.
КС системы играют ключевую роль в регуляции большого количества процессов
бактериальной клетки. Они участвуют во взаимодействии многих бактерий с высшими
организмами, животными
и
растениями, в регуляции
вирулентности
бактерий,
формировании биопленок, регуляции экспрессии генов, связанных с синтезом различных
экзоферментов, токсинов, антибиотиков и других вторичных метаболитов, конъюгации,
опухолеобразовании у растений, вызванном агробактериями, споруляции у бактерий и др.
Использование в последние годы методов транскриптомного и протеомного анализа
показало, что КС системы функционируют как глобальные факторы регуляции экспрессии
генов бактерий.
У грамотрицательных бактерий наиболее изученными являются КС системы,
функционирующие
с
участием
сигнальных
молекул
аутоиндукторов
N-ацил-
гомосеринлактонов (АГЛ, или AI-1). В нашей работе мы исследовали эффекты именно
этих КС систем, поэтому рассмотрим только эти системы. АГЛ содержат лактонное
кольцо, образованное из гомосерина, и боковые ацильные цепи. В таблице 1 показаны
АГЛ некоторых грамотрицательных бактерий. Описано более 40 АГЛ, отличающихся
длиной ацильных цепей в молекуле и наличием замещающих группировок (оксо-,
гидрокси-). Специфичность действия АГЛ определяется количеством атомов углерода в
боковых цепях (от С4 до С16) и присутствием некоторых дополнительных группировок.
АГЛ, содержащие короткие ацильные цепи, свободно диффундируют через
клеточные мембраны; АГЛ с длинными ацильными цепями для выхода из клеток
нуждаются в активном транспорте. АГЛ взаимодействуют с регуляторными белками,
гомологичными LuxR белку Vibrio fischeri, которые составляют семью LuxR – подобных
белков.
Из патогенных бактерий лучше всего изучены КС системы Pseudomonas
aeruginosa.
В
клетках
P.
aeruginosa,
оппортунистического
патогена
человека,
вызывающего тяжелые инфекции дыхательных путей, большое количество генов,
включая гены, ответственные за синтез факторов вирулентности, активируются двумя КС
системами LuxI-LuxR типа: LasI-LasR и RhlI-RhlR (рисунок 2). LasI белок отвечает за
продукцию аутоиндуктора N-3(оксо-додеканоил) гомосеринлактона (3OC12-HSL), RhlI
белок является синтазой N-бутаноил-гомосеринлактона (C4-HSL). LasI-LasR система
регулирует синтез различных секретируемых факторов вирулентности, ответственных за
разрушение
тканей
организма–хозяина
при
инфекционном
процессе:
эластазы,
кодируемой геном lasB, протеазы, кодируемой lasA, экзотоксина, кодируемого toxA,
щелочной фосфатазы, кодируемой геном aprA. LasR-LasI КС система активирует также
экспрессию генов второй КС системы P. aeruginosa, RhlI-RhlR. Комплекс белка RhlR с
соответствующим
аутоиндуктором
C4-HSL
индуцирует
экспрессию
двух
генов,
регулируемых КС системой первого типа, lasB и aprA. Кроме того, этот комплекс
участвует в регуляции экспрессии еще нескольких генов, важных для вирулентности
бактерий и их выживания в природных условиях, например, генов, участвующих в
синтезе
антибиотика
пиоцианина;
рамнолипидов;
гена
lecA,
кодирующего
цитотоксический лектин. Прекрасной иллюстрацией того, что КС система может
функционировать как глобальный регулятор, может служить факт, что КС система P.
aeruginosa контролирует экспрессию более 600 генов этой бактерии.
У Pseudomonas aeruginosa роль КС в формировании биопленок четко доказана.
Было обнаружено при микроскопировании легких у больных кистозным фиброзом, что P.
aeruginosa обитает там преимущественно в составе биопленок. Было показано, что клетки
P. aeruginosa, несущие lasI мутацию, не формируют зрелых биопленок, образование
биопленок останавливается на стадии микроколоний. Эти мутации могли быть
комплементированы экзогенным добавлением аутоиндуктора 3OC12-HSL. Образование
биопленок может быть важнейшим фактором колонизации легких этим патогеном. В
лабораторных экспериментах было показано, что КС системы необходимы для
формирования зрелых, дифференцированных биопленок P. aeruginosa.
Поскольку КС системы участвуют в контроле вирулентности бактерий и
формирования биопленок, ингибиторы КС могут иметь фармацевтическое значение, на
их основе разрабатываются лекарственные средства, направленные против патогенности
бактерий.
В последние годы выяснилось, что существенную роль в регуляции образования
биопленок играет c-di-GMP - циклический ди-гуанозин-монофосфат, участвующий в
регуляции синтеза экзополисахарида биопленок. Гены, ответственные за синтез и
разрушение c-di-GMP, имеются, по-видимому, у всех прокариотов, но отсутствуют у
высших эукариотов. Это делает c-di-GMP привлекательной мишенью для разработки
антибиопленочных препаратов. Вопрос о роли c-di-GMP в регуляции образования
биопленок активно исследуется.
О механизмах повышенной устойчивости клеток в составе биопленок к действию
антибактериальных агентов
Вопрос о механизмах повышенной устойчивости бактерий в составе биопленок
активно изучается, решение этого вопроса имеет чрезвычайную важность для
антибактериальной терапии. К ряду факторов, влияющих на резистентность биопленок,
относят ограниченное проникновение антимикробных веществ в биопленки, различия в
метаболической активности и скорости роста бактерий в составе биопленок и планктонно
растущих, присутствие в популяциях клеток, способных выживать в стрессовых условиях.
Экзополимерный матрикс биопленки может ограничивать диффузию веществ и
связывать
антимикробные
препараты.
Внеклеточные
полимерные
вещества,
составляющие матрикс, являются диффузионным барьером для молекул антимикробных
веществ. Это обеспечивает резистентность клеток биопленки к крупным белковым
молекулам, например, к лизоциму, а также к крупным антимикробным пептидам и др.
Показано, что отрицательно заряженные экзополисахариды весьма эффективно защищают
клетки биопленки от гидрофильных и положительно заряженных антибиотиков,
например, аминогликозидов. Показано, что подобным образом действуют альгинаты,
компоненты матрикса P. aeruginosa. 2%-ая суспензия альгинатов, выделенная из
биопленки P.aeruginosa, ингибировала распространение гентамицина и тобрамицина,
однако этот эффект отсутствовал при одновременном использовании альгипатных лиаз.
Полисахариды
слизи
S.
epidermidis
снижали
антибактериальную
гликопептидных антибиотиков. Добавление экстракта этих полисахаридов
увеличивало
минимальную
ванкомицина в несколько раз.
ингибирующую
концентрацию
(МИК)
активность
к бульону
антибиотика
Наличие биополимерных матриксов, окружающих биопленки, способных
препятствовать диффузии питательных веществ, а также накопление метаболитов за счет
большой плотности клеток внутри биопленок, создает для бактерий в биопленках условия
роста с ограниченным доступом кислорода и недостаточным количеством продуктов
питания, сходные с условиями роста клеток в стационарной фазе. Считается, что по
физиологическому состоянию, по метаболической активности клетки, живущие в составе
биопленок, скорее сходны с клетками стационарной фазы роста, чем с клетками, активно
растущими. Это может быть одной из причин повышенной резистентности к
неблагоприятным факторам клеток бактерий в биопленках, т.к. известно, что бактерии в
фазе замедления роста и стационарной более устойчивы к действию антибактериальных
агентов. Действие большинства антибиотиков нацелено на активно делящиеся клетки.
Фактически все антибактериальные препараты более эффективны в отношении быстро
растущих клеток. Пенициллин и ампициллин вообще не уничтожают нерастущие клетки.
Еще одним из факторов устойчивости биопленок может быть появление и
размножение в них клеток-персистеров (субпопуляционные резистентные клетки).
Показано, что бактерии в биопленках могут обмениваться плазмидами,
содержащими гены, ответственные за их резистентность к антибиотикам. Например,
описан обмен плазмидами между различными родами микроорганизмов полости рта.
Физическая близость клеток в биопленках облегчает передачу плазмид в популяции
бактерий. Показано что обмен плазмидами между разными видами Pseudomonas были
значительно выше в биопленках, чем для тех же микроорганизмов в планктонной
культуре. Таким образом, биопленки могут увеличивать распространение резистентных
бактерий. Это особенно опасно в случае их роста и размножения в условиях стационара,
поскольку они способны распространяться от пациента к пациенту
В настоящее время механизмы повышенной устойчивости бактерий в биопленках
к действию антибактериальных агентов изучены недостаточно. Анализ имеющихся в
литературе данных позволяет предполагать, что регуляция повышенной устойчивости
бактерий, живущих в биопленках, является мультифакторным процессом.
При выполнении настоящего проекта (Соглашение № 8307) мы показали, что
образование биопленок P. aeruginosa стимулируется низкими (субингибиторными, или
слабо влияющими на рост бактерий) концентрациями перекиси водорода. Было
обнаружено, что этот феномен зависит от КС регуляции. При введении в клетки
указанной
бактерии
плазмиды,
содержащей
клонированный
ген
aiiA
(ген
гомосеринлактоназы, деградирующей АГЛ), стимуляция формирования биопленок не
происходила. Этот эффект (наблюдавшийся также в случае некоторых антибиотиков и,
как
было
показано
в
наших
работах,
фенольных
соединений
растительного
происхождения) должен обязательно учитываться при разработке методов действия новых
лекарственных препаратов.
Методы борьбы с микробными биопленками
В этой части лекции я коснусь лишь основных тенденций разработки методов
борьбы с биопленками бактерий. На данный момент наиболее перспективными
представляются следующие направления борьбы с биопленками:
1) предотвращение первичного инфицирования имплантатов; 2) минимизация
начальной адгезии микробных клеток; 3) разработка методов проникновения через
матрикс биопленки различных биоцидов с целью подавления активности клеток
внутри биопленки; 4) блокировка синтеза или разрушение матрикса; 5) нарушение
межклеточного обмена информацией (ингибирование КС регуляции).
Предотвращение адгезии клеток можно вызвать
при введении в систему
гидрофобных агентов, которые тормозят взаимодействие бактерий с субстратом. Это
наблюдалось, например, в присутствии р-нитрофенола, который почти полностью
подавлял адгезию P. aeruginosa в культуре пневмоцитов человека. Было показано, что
образованию биопленки P. aeruginosa и ряда других бактерий препятствует комплекс Dаминокислот (D-тирозин, D-лейцин, D-триптофан, D-метионин). Предполагают, что их
действие зависит от включения D-аминокислот в пептидные цепи пептидогликана (вместо
концевого D-аланина), что препятствует формированию адгезивных связей с субстратом.
Некоторые нейтральные полисахариды подавляют прикрепление бактерий к биогенным и
абиогенным субстратам.
Следует отметить также, что материал, из которого изготовлена колонизируемая
бактериями
поверхность,
его
физико-химические
свойства
(гидрофильность,
электрический заряд, инертность, гладкость), играют важную роль в возможности и
скорости образования биопленок.
Для борьбы с уже образованными биопленками может использоваться разрушение
матрикса биопленок с помощью различных ферментов. Например, ферменты папаин,
трипсин и ферментный комплекс вобэнзим могут не только частично угнетать
образование микробных биопленок, но и усиливать действие на них различных
неродственных антибиотиков, что свидетельствует о неспецифичном общем увеличении
поступления препаратов в биопленки. Одним из хорошо изученных матриксдеградирующих ферментов является дисперсин В – гликозидгидролаза. Дисперсин В
разрушает один из главных матриксных полисахаридов, поли-N-ацетилглюкозамин и
подавляет в результате образование биопленок. Однако, этот фермент не действует на
биопленки всех бактерий – например, такой важный патоген, как P. aeruginosa, лишен
поли-N-ацетилглюкозамина.
Мукоидный
(альгинатный)
матрикс
P.
aeruginosa
разрушается cобственным ферментом, альгинатлиазой.
N-Ацетилцистеин уменьшает адгезию некоторых возбудителей к слизистым
оболочкам дыхательных путей, а также оказывает прямое разрушающее воздействие на
внеклеточный матрикс, что позволяет рассматривать его в качестве перспективного
неантибактериального компонента терапии инфекций, связанных с образованием
биопленок. Было показано, что
при его использовании уменьшение биопленок,
продуцируемых золотистым стафилококком, происходит за счет снижения объема
мукополисахаридной
составляющей
внеклеточного
матрикса.
Внеклеточная
ДНК
матрикса биопленок также может быть мишенью для борьбы с биопленками, для этого
могут быть использованы различные ДНК-азы.
В последнее время внимание исследователей было обращено также на возможность
использования бактериофагов для разрушения клеток в составе биопленок. Ряд
антибактериальных факторов показывали подавление образования биопленок бактерий,
например, лактоферрин в присутствии антибиотика ципрофлоксацина ингибирует
образование биопленок P. aeruginosa; антибиотик батумин, образуемый P. batumici
подавлял образование биопленок стафилококков и др.
При выполнении работ по настоящему проекту мы показали, что для борьбы с
биопленками
могут
успешно
использоваться
наночастицы
серебра.
В
наших
экспериментах наночастицы серебра подавляли образование биопленок. Однако, для
действия на зрелые биопленки и убивания бактерий, живущих в них, требовались более
высокие (в 10 – 20 раз) концентрации наночастиц серебра. Такой же эффект наблюдался
при действии на клетки этих бактерий ионов серебра. Был использован также новый
подход
для
борьбы
с
биопленками
-
показана
возможность
использования
одновременного действия на клетки наночастиц золота и фемтосекундного лазерного
облучения для получения отверстий (перфораций) в биопленках E. coli; эти отверстия
могут облегчать доступ внутрь биопленок лекарственных соединений.
Приведенная информация не исчерпывает данных о различных методах борьбы с
биопленками. Следует отметить,
что, несмотря на широкий фронт работ в этом
направлении и важность проблемы, до сих пор не найдено препаратов, которые могли бы
специфически и полностью подавлять образование биопленок и убивать бактерии внутри
биопленок, вызывая при этом деградацию биопленки, разрушая ее матрикс. Надежные
способы борьбы с биопленками, особенно зрелыми, отсутствуют. Эта проблема требует
дальнейших разработок.