Изучение формирования биопленок культурой Pseudomonas aeruginosa при различных режимах культивирования

Настоящее исследование посвящено изучению влияния условий культивирования на рост и формирование биопленок культурой Pseudomonas aeruginosa. В связи с высокой частотой встречаемости инфекционных заболеваний, вызванных P. aeruginosa, а также устойчивостью синегнойной палочки, в особенности из-за способности образовывать биопленки, данная тема не теряет актуальности. В работе проанализировали влияние на феномен биопленкообразования таких характеристик, как используемая для посева фаза роста культуры (логарифмическая, стационарная), объем среды для выращивания (0,2 и 1,0 мл) и концентрация питательных веществ (жидкие питательные среды, разведенные до концентраций 50; 25; 12,5 и 6%) в объеме культивирования. Проведенные исследования показали, что на образование биопленок оказывает влияние совокупность всех перечисленных параметров. Установлено, что определяющим фактором в формировании биопленок являлась фаза роста бактерий, в которой функционировала культура синегнойной палочки перед инокуляцией. При посеве P. aeruginosa, пребывающей в стационарной фазе роста, образование биопленок нелинейно зависело от концентрации питательных веществ и общего их количества в объеме культивирования. Линейная зависимость образования биопленок от концентрации питательных веществ в среде культивирования была более выражена при посеве P. aeruginosa, находящейся в фазе логарифмического роста. Установлено, что при меньших концентрациях компонентов питательных сред различия в образовании биопленок были более заметны и имели статистическую значимость. Разбавление жидкой питательной среды в 2 раза не влияло на интенсивность формирования пленки, в то время как 4−8-кратное снижение концентрации питательных веществ в объеме культивирования 0,2 мл ингибировало образование биопленок. В объеме среды для культивирования, равном 1,0 мл, формирование биопленок было равномерным, а в объеме 0,2 мл статистически значимо снижалось при разведении питательной среды в 4 и 8 раз. Объем культивирования также имеет важное значение: так, выращенные в 0,2 мл питательной среды культуры при разных концентрациях питательных веществ формировали меньшее количество биопленок, чем микроорганизмы, культивируемые в объеме 1,0 мл. При этом при посеве P. aeruginosa, находящихся как в логарифмической, так и стационарной фазах роста, более выраженным было образование биопленок в лунках с большим объемом культивирования. 

1. Егорова О. Н., Брусина Е. В., Григорьев Е. В. Эпидемиология и профилактика синегнойной инфекции. Федеральные клинические рекомендации. М.: 2014. 82 с. Режим доступа: https://mz19.ru/upload/iblock/7b6/2014_4_p.aerug_new.pdf.

2. Марданова А. М., Кабанов Д. А., Рудакова Н. Л., Шарипова М. Р. Биопленки: основные принципы организации и методы исследования: учебно-методическое пособие. Казань: К(П)ФУ; 2016. 42 с. Режим доступа: https://kpfu.ru/portal/docs/F1250326711/posobie._.Bioplenki._.Mardanova.AM.Kabanov.D.A..Sharipova.M.R.pdf.

3. Costerton J. W., Stewart P. S., Greenberg E. P. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science. 1999; 284 (5418): 1318−1322. DOI: 10.1126/science.284.5418.1318.

4. Литвиненко З. Н. Влияние органических веществ на формирование биопленок в водных системах: автореф. дис. … канд. биол. наук. Хабаровск; 2015; 9–10. Режим доступа: https://viewer.rusneb.ru/ru/rsl01005559845?page=1&rotate=0&theme=white.

5. Donlan R. M., Costerton J. W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin. Microbiol. Rev. 2002; 15 (2): 167−193. DOI: 10.1128/CMR.15.2.167-193.2002.

6. Hentzer M., Teitzel G. M., Balzer G. J., Heydorn A., Molin S., Givskov M., et al. Alginate overproduction affects Pseudomonas aeruginosa biofilm structure and function. J. Bacteriol. 2001; 183 (18): 5395−5401. DOI: 10.1128/JB.183.18.5395-5401.2001.

7. TetzV. V. The effect of antimicrobial agents and mutagen on bacterial cells in colonies. Med. Microbiol. Lett. 1996; 5 (8): 426–436.

8. Маянский А. Н., Чеботарь И. В. Стафилококковые биопленки: структура, регуляция, отторжение. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2011; 1: 101–108. eLIBRARY ID: 19059408.

9. Романова Ю. М., Гинцбург А. Л. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2011; 3: 99–109. eLIBRARY ID: 21064122.

10. Чеботарь И. В., Бочарова Ю. А., Маянский Н. А. Механизмы резистентности Pseudomonas aeruginosa к антибиотикам и их регуляция. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2017; 19 (4): 308−319. eLIBRARY ID: 32501810.

11. Cross A., Allen J. R., Burke J., Ducel G., Harris A., John J., et al. Nosocomial infections due to Pseudomonas aeruginosa: review of recent trends. Rev. Infect. Dis. 1983; 5 (Suppl 5): 837−845. DOI: 10.1093/clinids/5.supplement_5.s837.

12. Gibson R. L., Burns J. L., Ramsey B. W. Pathophysiology and management of pulmonary infections in cystic fibrosis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2003; 168 (8): 918–951. DOI: 10.1164/rccm.200304-505SO.

13. Peleg A. Y., Hooper D. C. Hospital-acquired infections due to gram-negative bacteria. N. Engl. J. Med. 2010; 362 (19): 1804−1813. DOI: 10.1056/NEJMra0904124.

14. Singh P. K., Schaefer A. L., Parsek M. R., Moninger T. O., Welsh M. J., Greenberg E. P. Quorum-sensing signals indicate that cystic fibrosis lungs are infected with bacterial biofilms. Nature. 2000; 407 (6805): 762−764. DOI: 10.1038/35037627.

15. Oglesby L. L., Jain S., Ohman D. E. Membrane topology and roles of Pseudomonas aeruginosa Alg8 and Alg44 in alginate polymerization. Microbiology (Reading). 2008; 154: 1605−1615. DOI: 10.1099/mic.0.2007/015305-0.

16. O’Toole G. A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis. Mol. Microbiol. 1998; 28 (3): 449−461. DOI: 10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x.