Ключевые слова: золотистый стафилококк, биопленка, стафилококковая биопленка, коагулазонегативный стафилококк, CoNS.
Термин «бактериальная биопленка» был введен в 1978 году Костертоном и его коллегами, которые описали его как структурированное микробное образование, прикрепленное к поверхности и окруженное внеклеточным матриксом. Однако скопления клеток, которые образуются в отсутствие какой-либо поверхности, а также пелликулы, плавающие биопленки, которые формируются на границе раздела воздух-жидкость, также часто считаются типами биопленок. С момента появления модели биопленки стало ясно, что большинство бактерий обладают врожденной способностью расти в этих самогенерирующихся экосистемах. Питерс и его коллеги продемонстрировали с помощью ранних исследований электронной микроскопии, что клетки стафилококка прилипают к центральным венозным катетерам, где они внедряются в «слизистый материал», матрицу биопленки. Роль самопроизводящейся матрицы биопленки или внеклеточного полимерного вещества, состоящего в основном из полисахаридов, белков и внеклеточной ДНК, заключается в защите клеток от вредных факторов окружающей среды, включая антибиотики и иммунную систему хозяина. [1,2]
Представители рода Staphylococcus, включая Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis, наиболее известные представители коагулазонегативных стафилококков (CoNS), являются условно-патогенными микроорганизмами, и оба создают устойчивые биопленки на абиотических и биотических поверхностях. Хотя колонизация носа и кожи этими патогенными бактериями широко встречается у людей без каких-либо симптомов, соединения между отдельными свободно плавающими клетками (называемое «планктонным состоянием») и многоклеточной биопленкой является ключевым шагом для стафилококков, вызывающих различные типы инфекций, включая инфекционный эндокардит, остеомиелит и инфекции протезных суставов. В то время как золотистый стафилококк обладает множеством механизмов и факторов вирулентности для уклонения от иммунной системы, патогенный потенциал S. epidermidis в основном зависит от образования биопленки. Поскольку имплантаты, такие как протезы, катетеры и другие устройства, обеспечивают идеальную поверхность для адгезии бактерий, S. epidermidis удивительно хорошо адаптирован для возникновения инфекций, связанных с имплантатами. Примерно от 30 % до 40 % внутрибольничных инфекций кровотока вызываются CoNS, такими как S. epidermidis, и большинство этих инфекций кровотока являются прямым результатом внутрисосудистой катетерной инфекции, факт которой тесно связывает способность к образованию биопленки бактерией S. epidermidis. Кроме того, CoNS являются одними из наиболее частых причин эндокардита протезного клапана (от 15 % до 40 % всех случаев ЭПК), инфекций кардиостимулятора (частота встречаемости от 0,13 % до 19,9 %) и инфекций в месте операции. [2,3,4]
Поскольку образ жизни биопленки играет центральную роль в биологии стафилококков, процесс образования и разрушения биопленки жестко контролируется несколькими регуляторными системами, которые интегрируют физиологическое состояние клетки, сигналы окружающей среды и динамику внутри сообщества стафилококков. В этом контексте наиболее изученной регуляторной системой формирования биопленки стафилококка является система определения кворума (или «чувство кворума»), система межклеточной коммуникации, которая координирует клеточное поведение в зависимости от плотности клеток. Система кворума наиболее заметно регулирует выработку протеаз и фенолорастворимых модулинов, которые являются основными участниками созревания и разрушения биопленки у S. aureus, а также S. epidermidis. Наше понимание стафилококковых биопленок значительно продвинулось вперед в результате достижений в области биохимических наук и новых технологий визуализации. Анализ трехмерной структуры биопленки in vitro выявил высокую степень сложности и пространственной организации внутри стафилококковых биопленок. Кроме того, исследования показали, что эндоплазматический ретикулум (ЭПР) стафилококка сильно варьирует по своему составу в зависимости от доступности питательных веществ, среды обитания хозяина и механических сил сдвига. [3,5]
Хотя в прошлом исследователи широко изучали молекулярную основу образования стафилококковой биопленки in vitro, наши знания об образовании стафилококковой биопленки в условиях in vivo все еще неполны. В отличие от образования биопленки in vitro, стафилококки in vivo подвержены атаке со стороны врожденной системы защиты хозяина, которую обеспечивают нейтрофилы, макрофаги и антимикробные пептиды. Во время инфекции стафилококковые биопленки обеспечивают защиту от иммунной системы хозяина, а также от лечения антибиотиками. В то время как сопротивление биопленки иммунному ответу долгое время объяснялось микроокружением биопленки, действующим как физический барьер для иммунных клеток хозяина, теперь стало ясно, что биопленки защищают бактериальные клетки от обнаружения иммунной системой, маскируя связанные с патогеном молекулярные паттерны (PAMPs). Аналогичным образом, первоначально предполагалось, что биопленки предотвращают диффузию антибиотиков, делая клетки в биопленке устойчивыми к лечению антибиотиками. Однако новые данные свидетельствуют о том, что клетки, находящиеся внутри биопленок, обладают низкой метаболической активностью, что повышает их толерантность к антибиотикам, которые в первую очередь нацелены на метаболически активные клетки. Действительно, ассоциированные с биопленкой клетки с низкой метаболической активностью имеют высокое физиологическое сходство с персистирующими клетками и вариантами с небольшими колониями. Устойчивость персистирующих клеток к антибиотикам была связана с низкими внутриклеточными уровнями АТФ у золотистого стафилококка. Клетки внутри биопленки сталкиваются с низкой доступностью кислорода и питательных веществ, что приводит к низкой метаболической активности клеток и снижению внутриклеточного уровня АТФ, что, по-видимому, способствует повышенной переносимости биопленкой антибиотиков. Поэтому создание антибиотикопленки, которая воздействует на клетки биопленки независимо от их клеточной активности и антимикробной резистентности, модификация поверхности для предотвращения бактериальной адгезии, создание наночастицы с антимикробной активностью и новые технологии физического удаления биопленки, считаются весьма привлекательными подходами для лечения данной инфекции в будущем. Идентификация и разработка антибиотикопленочных агентов стали основной целью исследований за последние десятилетия [2, 4, 5].
Литература:
- Костертон Дж.У., Гизи Г. Г., Ченг К.Дж., 1978. Как бактерии прилипают. Sci Am.
- Транк Т, Халил Х. С., Лео Дж. К. 2018. Бактериальная аутоагрегация. AIMS Microbiol.
- Ваккари Л., Молаи М., Ньепа Т. Р., Ли Д., Лехени Р. Л., Штебе К. Дж. 2017. Пленки бактерий на границах раздела. Коллоидный интерфейс. Sci Am.
- Петерс Г., Локки Р., Пульверер Г. 1982. Прилипание и рост коагулазо-негативных стафилококков на поверхностях внутривенных катетеров. J Infect Dis.
- Кавано Дж.С., Хорсвилл АР. 2016. Влияние сигналов окружающей среды на определение кворума стафилококков и развитие биопленки. JBiol Chem .
