Бактериальные биопленки – одна из причин неэффективности антибиотиков

Большинство микробов (до 99%) существует в природе не в свободном (как говорят “планктонном”) состоянии, а в форме биопленок – специфически организованных сообществ (колоний), прикрепленных к субстрату. В качестве субстрата могут выступать как неживые объекты (пластик, метал, камень и т.д.), так и ткани живых организмов (например, слизистые оболочки, кожа, зубная эмаль).

Формирование биопленок – одна из основных стратегий, повышающих выживаемость бактерий в окружающей среде, в том числе в организме-хозяине. Биопленка состоит из бактерий, погруженных во внеклеточный полисахаридный матрикс (слизь), который защищает от негативных воздействий. Так, серьезной медицинской проблемой является повышение устойчивости бактерий в составе биопленок к антибиотикам и дезинфицирующим средствам, а также к действию факторов иммунной защиты организма-хозяина. Если одни антибиотики могут проникнуть через пленку в бактерии, то другие не способны на это. В результате нередко случается, что антибиотик, показавший активность против данного микроорганизма в лабораторных тестах, может оказаться неэффективным в лечении пациента с данной инфекцией из-за формирования биопленок. Ведь последние могут снижать чувствительность бактерий к антимикробным средствам в сотни раз. Коварство биопленок не только в этом. Так, отслоение биопленок в кровотоке может приводить к формированию частиц (эмболов), грозящих вызвать закупорку сосудов. Кроме того, бактерии в биопленках могут обмениваться генами устойчивости к антибиотикам. Тяжелые осложнения у пациента может вызывать формирование биопленок на эндопротезах, катетерах, искусственных клапанах сердца. Естественно, усилия многих ученых сконцентрированы на поисках препаратов, способных проникать через биопленки или разрушать их.

Читайте также: “Умные” антибиотики 

Почему “не работают” антибиотики? 

Недавно при изучении жизнедеятельности такого распространенного возбудителя больничных инфекций как Pseudomonas aeruginosa (на фото) был обнаружен* фермент олигорибонуклеаза, который участвует в разрушении циклического дигуанозинмонофосфата (c-di-GMP) – вторичного мессенджера, характерного для микробных клеток. Что делает вторичный мессенджер?  В ответ на различные внешние воздействия, он внутри клетки передает сигналы, активируя в ней те или иные гены, запуская необходимые для выживания бактерии процессы, в том числе, формирование биопленки. Разрушение c-di-GMP препятствует адаптации бактерий к меняющимся условиям среды, в том числе, путем образования биопленок. Ученые полагают, что обнаруженный фермент  может быть использован при создании антибиотиков и дезинфектантов, как компонент, препятствующий образованию бактериями биопленок.

Читайте также: Извечное противостояние антибиотиков и бактерий

* Orra MW, Donaldsona GP, Severind GB, Wange J, et al. Oligoribonuclease is the primary degradative enzyme for pGpG in Pseudomonas aeruginosa that is required for cyclic-di-GMP turnover // PNAS, 2015, Vol. 112, N 36,  E5048–E5057. doi: 10.1073/pnas.1507245112

На фото: биопленка, образованная Pseudomonas aeruginosa, видны бактерии (зеленый цвет) и межклеточный матрикс (синий цвет); сканирующая электронная микроскопия