Оценка биопленок

Jun 04, 2024

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 18669 (2022 г.) Цитировать эту статью

1397 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Образование биопленок является одной из основных причин осложнений после хирургических вмешательств в клинических условиях. В этом исследовании мы профилировали способность различных перипротезных инфекционно-ассоциированных патогенов образовывать биопленки на важных с медицинской точки зрения поверхностях, полистироле (PS) и титане (Ti). Мы также исследовали, как специфический стрессор окружающей среды, галлат эпигаллокатехина (EGCG), влияет на образование биопленок. Во-первых, тесты «Конго красный» показали, что все микроорганизмы образовывали биопленки в течение 72 часов. Затем определяли количество биопленок, образовавшихся на ПС через 24, 48 и 72 часа, а также на пластине Ti в течение 72 часов. Некоторые микробы предпочитали одну поверхность другой, тогда как другие микробы образовывали постоянные уровни биопленки независимо от материала поверхности. Staphylococcus lugdunenensis был самым сильным, тогда как Enterococcus faecalis и Staphylococcus aureus были самыми слабыми. Тесты на бактериальную адгезию к углеводороду (BATH) показали, что способность к образованию биопленок не коррелирует напрямую с гидрофобностью клеточной поверхности (CSH). Наконец, был применен внешний сигнал, EGCG, чтобы бросить вызов образованию биопленки каждого микроорганизма. EGCG регулирует способность каждого микроорганизма по-разному, хотя для большинства патогенов изменения были одинаковыми на разных поверхностях. Это исследование может помочь лучше понять широкий спектр патогенов, связанных с перипротезными инфекциями, путем сравнительного сравнения их способностей к образованию биопленок.

Биопленки представляют собой организованные бактериальные сообщества, встроенные во внеклеточный матрикс, состоящий из самопродуцируемых внеклеточных полимерных веществ, таких как полисахариды, белки, липиды и ДНК1. Различные стимулы побуждают бактерии образовывать биопленки на поверхности2 и вести себя иначе, чем при планктонном режиме роста3. Опасные бактериальные инфекции, такие как инфекции в области хирургического вмешательства, связаны с этими бактериями, которые защищены от обычных антибиотиков4,5. Бактерии особенно образуют биопленки на медицинских устройствах, таких как имплантаты, вызывая катетер-ассоциированные инфекции мочевыводящих путей, периимплантатный мукозит и периимплантит6,7,8. Лучшее понимание формирования биопленок может вдохновить на разработку стратегий по предотвращению этих инфекционных заболеваний.

Биопленки могут образовываться не только бактериями, проникающими извне, но и комменсальными бактериями, которые становятся патогенными9. Комменсальные бактерии защищают хозяина в нормальных физиологических условиях от колонизации и инвазии патогенов, вырабатывая противомикробные препараты и конкурируя за питательные вещества или места адгезии10; это меняется при патологических или иммунологически нарушенных состояниях, когда они могут способствовать воспалительным заболеваниям, повреждающим хозяина11. Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa являются двумя репрезентативными видами бактерий, которые считаются основными причинами серьезных инфекционных заболеваний12. Staphylococcus aureus обычно действует как комменсал человеческой микробиоты, которая обнаруживается в нормальной флоре кожи, слизистой оболочке и репродуктивном тракте13,14,15. Однако эта бактерия может вызывать различные заболевания: от легких инфекций до опасных для жизни заболеваний. Устойчивые к антибиотикам штаммы, такие как устойчивый к метициллину S. aureus, представляют особую проблему в клиниках16. Pseudomonas aeruginosa является условно-патогенным микроорганизмом среди лиц с ослабленным иммунитетом17; хотя P. aeruginosa не так вирулентна, как S. aureus, она является наиболее частым колонизатором медицинских устройств, таких как катетеры 18. Коагулазонегативные стафилококки, такие как Staphylococcus lugdunensis, также вызывают многие перипротезные инфекции суставов 19. Другие известные патогенные бактерии, связанные с медицинскими имплантатами, включают виды Streptococcus и Enterococcus20.

Различные биологические механизмы регулируют образование биопленок. Одним из показательных примеров является чувство кворума, которое представляет собой способность регулировать экспрессию генов в ответ на плотность клеточной популяции21. Структурные характеристики микроорганизмов также определяют образование биопленок22. Действительно, биопленка является комплексным результатом бактериального сообщества, включающего внутренние и внешние факторы. Однако каждый микроб внутри него может обладать уникальной способностью образовывать биопленку, по-разному реагируя на один и тот же сигнал окружающей среды. Тем не менее, большинство исследований биопленок сосредоточено на одном конкретном или нескольких видах23,24,25. Мы считали, что необходим коллективный подход для всестороннего понимания поведения бактериального сообщества, связанного с биопленками. В ходе этого исследования мы проверили широкий спектр патогенов, имеющих медицинское значение, на их способность образовывать биопленки и попытались подтвердить, какие микроорганизмы устойчивы к образованию биопленок в условиях, аналогичных реальным клиническим ситуациям.