Современные методы идентификации процесса плёнкообразования у грибов

№92-1,

медицинские науки

Представлена характеристика такой формы существования грибов как биопленки. Описаны основные этапы формирования структуры биопленки. Рассмотрены основные способы выявления биопленок. Показана необходимость разработки и стандартизации методов выявления способности формирования биопленок грибами для внедрения в микробиологическую практику.

Похожие материалы

Согласно современным представлениям, биоплёнки — это высокоупорядоченные сообщества микроорганизмов, формирующиеся на биологических или искусственных поверхностях в результате их адгезии, роста, размножения и образования полисахаридного внеклеточного матрикса.

В связи с большей агрессивностью патогенных микроорганизмов по сравнению с комменсалами происходит преимущественное заселение ими любых инородных тел, вводимых в организм человека. Биоплёнки образуются на постоянных катетерах, эндоскопах, внутренних имплантантах, контактных линзах и протезах [1]. Так, биоплёнки, обусловленные катетеризацией, представляют ассоциацию:

C. albicans и Staphylococcus aureus, S. epidermidis, Pseudomonas aeruginosa и Actinobacter, C. glabrata, C. tropicalis, C. krusei, C. lipolytica и C. dubliniensis.

Установлено, что при достижении определённого размера, от биоплёнок начинают отрываться части, которые разносятся с кровотоком по организму. Происходит образование новых очагов биоплёнки, что можно рассматривать как аналог метастазирования злокачественных клеток.

Биоплёнки, обусловленные протезированием: на голосовых протезах для речевой реабилитации представлены: C. albicans, C. tropicalis и бактерии R. dentocariosa [2].

Около 60% микробных инфекций человека сопровождается образованием биоплёнок. В биоплёнке микроорганизмы проявляют особые свойства:

  • метаболическую кооперацию — бактерии используют матрикс для питания;
  • образуют пищевые цепочки — продукты метаболизма одного микроорганизма
  • являются продуктами питания другого; формируют примитивную систему обмена
  • генетической информацией, проявляют резистентность (невосприимчивость) к
  • фагоцитозу и антибиотикам; способны подавлять иммунный ответ организма.

Мицелиальные грибы выделяют сахара, многоатомные спирты, аминокислоты, соли муравьиной кислоты, ацетаты, гликоген, олигосахариды и некоторые полимерные соединения. Эти метаболиты способствуют колонизации гиф бактериями и образованию на них бактериальных биоплёнок.

Важной особенностью биоплёнки, образованной грибами, является наличие внеклеточного матрикса (экзополимерного материала), который образуется во время созревания и развития пространственной структуры, обеспечивая защиту от иммунной системы макроорганизма, противогрибковых препаратов, гарантируя стабильность заключенных в неё клеточных элементов. Сообщалось, что биоплёнки гриба до 1000 раз более устойчивы к противогрибковым препаратам, чем планктонные клетки, но механизм этой резистентности остается неясным.

Традиционные методы индикации биоплёнок основаны на сорбции молекул красителя на структурах биоплёнки с последующей их отмывкой (десорбцией) в органические растворители [3]. Научный интерес исследователей к ним в последнее время значительно снизился. В первую очередь, это связано с тем, что для этих методов не разработаны стандарты, позволяющие унифицировать их в разных лабораториях. Этот способ не позволяет объективно оценивать способность микроорганизмов формировать биоплёнки на биологических субстратах, т.к. в качестве твёрдой фазы используют синтетический материал (полистирол), сильно отличающийся по своему химическому составу от биологических объектов [4].

Быстрым неспецифическим методом для визуализации грибов является иммунофлуоресцентное окрашивание и сканирующая электронная микроскопия.

Cканирующая электронная микроскопия показала, что зрелые биоплёнки имеют сложную трёхмерную структуру, состоящую из скоординированной сети гифальных структур, склеенных внеклеточной матрицей.

Визуализация с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии подтвердила, что биоплёнка C. albicans проходит через три различных фазы развития: ранней (0/11 ч), промежуточной (12/37 ч), зрелой (38/72 ч) и имеет очень гетерогенную архитектуру с точки зрения распределения грибковых клеток и внеклеточного материала [5].

На этих стадиях развития грибы проявляют различные механизмы резистентности к антимикотикам. Так системы лекарственного эффлюкса используются на ранних и промежуточных этапах развития биоплёнки. Зрелая биоплёнка может выступать в качестве физического барьера.

Оценить физические свойства биоплёнок, а именно вязкость, упругость, адгезивность, микроструктуру позволяет метод атомно-силовой микроскопии.

Информация о микроструктурных и биохимических основах различных вариантов биоплёночного матрикса, а также о путях их регуляции способна стать теоретической базой для фармацевтического контроля биоплёночных процессов [6].

При всём разнообразии методов исследования биоплёнок в зарубежной практике разработаны и стандартизированы методы выявления биоплёнок, в основном, для клинически значимой бактериальной микробиоты.

Разработка и стандартизация таких методов для грибов позволит исполь-зовать их с целью выявления в стационарах микобиоты с повышенной способностью к формированию биоплёнок, а также контролировать факторы, регулирующие их формирование. Кроме того, оценка восприимчивости биоплёнок к противогрибковым препаратам (определение МИК) невозможна без стандартизированных методов выявления биоплёнок.

Список литературы

  1. Борисова М.И., Лазакович Д.Н., Сидорова Н.А., Савушкин А.И. Биоплёнкообразующая активность и феномен персистенции микроорганизмов // Journal of Biomedical Technologies. 2015. № 2. Р. 28–35.
  2. Elias, S. Multi-species biofilms: living with friendly neighbors [Text] / S. Elias, E. Banin // FEMS Microbiol. Rev. 2012. V.36 (5). – P. 990-1004.
  3. Зачиняева А.В., Зачиняев Я.В. Оценка риска персистенции плёнкообразующих изолятов грибов р. Candida среди больных с тяжёлой сочетанной травмой // Успехи медицинской микологии. 2015. Т.15. C. 307-309.
  4. Гостев В.В., Сидоренко С.В. Бактериальные биоплёнки и инфекции. Журнал инфектологии. 2010. 2(3). С. 4-15.
  5. Nistico L. et al. Fluorescence «in situ» hybridization for the detection of biofilm in the middle ear and upper respiratory tract mucosa. Auditory and Vestibular Research: Methods and Protocols. 2008. 493. Р. 191-213.
  6. Ahmad I., Khan M.S.A. Microscopy in mycological research with especial reference to ultrastructures and biofilm studies // Curr. Microscopy Contrib. to Advances and Technology. 2012. P. 646-659.