Проблема борьбы с биологическими пленками образуемыми бактериями на различных поверхностях, аппаратуре и ИМН.

Исследования направленные на изучение воздействия химических дезинфицирующих средств на биологические пленки образуемые грамположительными и грамотрицательными бактериями проводятся совместно с лабораторией анатомии микроорганизмов НИИ эпидемиологии и микробиологии им Н. Ф. Гамалеи.

Изучено воздействие третичных алкиламинов (на примере препарата ОПТИМАКС) на зрелые биопленки клинических изолятов E. coli и St. aureus. Влияние аминов на экзополисахаридный матрикс биопленки и на бактериальные клетки внутри нее.

СПРАВКА

Биологические пленки - тонкий бактериальный слой адгезированный на органической или неорганической поверхности, состоящий из микроорганизмов и синтезируемого ими слизисто-полимерного (экзополисахаридного) матрикса. Фактором устойчивости биопленок является слизисто-полимерный слой, вырабатываемый сразу после адгезии, и включающий липополисахариды, протеогликаны, гликопротеиды, экзополисахариды аналогичные пептидогликану клеточной стенки.

Биопленки разных микроорганизмов имеют сходный принцип строения. Объединение происходит благодаря гиперсинтезу экзоклеточного матрикса, основным компонентом которого являются полисахариды. В состав экзополисахаридного матрикса (ЭПМ) также входят белки, липиды, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Полисахариды обладают протективными свойствами и препятствуют проникновению антибактериальных веществ внутрь организованной структуры. Бактерии в биопленке находятся в тесной межклеточной коммуникации. Колонии грамположительных и грамотрицательных бактерий биопленки, взаимодействуя с раздражителем, продуцируют сигнальные молекулы, которые регулируют деятельность колонии - аутоиндукторы. С увеличением плотности колонии увеличивается и концентрация аутоиндукторов, достигнув определенной концентрации, аутоиндукторы связываются с их рецепторами на поверхности мембран соседних бактерий (достижение кворума), активируют внутрибактериальные сигнальные пути, под действием которых меняется экспрессия определенных генов.

Примером защитной функции полимерной пленки является выживание Salmonella при хлорировании, что доказывает устойчивость биопленки к данному способу дезинфекции. Гипохлорит-ионы также снижают свою активность за счет инактивации биополимерами в поверхностных слоях бактериальной пленки. Защитное свойство биопленок проявляется и в отношении четвертичных аммониевых соединений (ЧАС), против биопленок E. coli, Pseudomonas, Listeria и S. aureus даже в повышенных концентрациях: отрицательно заряженные полисахариды БПМ способны связывать положительно заряженные молекулы ЧАС и тем самым защищать биопленку от уничтожения. Такой же механизм является причиной устойчивости микробных биоленок к бигуанидам и дезсредствам на основе фенольных соединений. Не эффективными оказались и широко применяемые средства дезинфекции на основе формальдегида, глутарого альдегида и ортофталевого альдегида.

Оценка антимикробной активности дезинфицирующих средств проводится по традиционным микробиологическим методикам, в результате которых регистрируется способность микроорганизмов к росту на питательных средах после воздействия микробиоцидами. Применение традиционных микробиологических методов оценки микробиоцидной активности в отношении образуемых бактериями в неблагоприятных для них условиях биопленок неэффективно, поскольку ростовые свойства бактерий в составе биопленок изменены. Отсутствие роста бактерий из биопленок после их обработки дезсредством нельзя считать критерием утраты ими жизнеспособности. Устойчивость микроорганизмов в составе биопленок обусловлена также защитными свойствами экзоклеточного полисахаридного матрикса, наличие которого является основным признаком сформированной биопленки. Микробиологическими методами не представляется возможным оценить действие дезинфицирующего средства на экзоклеточный матрикс биопленок.

Использование микроскопических методов существенно расширяет возможности объективизации оценки действия микробиоцидных препаратов на микроорганизмы, поскольку при использовании этих методов визуализируется процесс ориентированного действия молекул биоцидного вещества на структурные компоненты микроорганизмов и биопленок. По степени дезорганизации тех или иных структурных компонентов микроорганизмов можно судить об их жизнеспособности.

В результате исследования продемонстрировано, что препарат ОПТИМАКС на основе третичных алкиламинов эффективен в отношении биологических пленок бактерий и сделаны следующие выводы и рекомендации:

  • Мишень для атаки молекул третичных алкиламинов - фосфатные группы биологических молекул: белков, фосфолипидов, РНК и ДНК, то есть в результате действия препарата подвергаются тотальному разрушению мембранный компонент КС (у грамотрицательных бактерий), цитоплазматическая мембрана, белки цитоплазмы, рибосомы, плазмиды и нуклеоид.

  • Обнаружены выраженные изменения и в пептидогликане.

  • Под воздействием средства ОПТИМАКС происходит флоккуляция бактерий с образованием многоклеточных конгломератов, ярко выраженное разрушение клеточной стенки и цитоплазматической мембраны, дезорганизация цитоплазмы и деструкция рибонуклеопротеидного комплекса (нуклеоида, рибосом, плазмид – внехромосомных факторов, ответственных за развитие резистентности).

  • Данный механизм биоцидного действия лимитирует развитие устойчивости бактерий.

  • Разрушение бактерий внутри биопленок свидетельствует о преодолении дезинфицирующим средством ОПТИМАКС экзоклеточного матрикса (протективного барьера), и является важным показателем биоцидной активности третичных алкиламинов.

  • Выявленные выраженные изменения структуры экзополисахаридного матрикса и деструкция бактериальных клеток внутри, позволяют рассматривать препарат ОПТИМАКС в качестве препарата для эффективной борьбы с биопленками.

PDF

Статья из журнала "ДЕЗДЕЛО" №2 / 2014