РОЛЬ БИОПЛЕНОК В УСТОЙЧИВОСТИ ХРОНИЧЕСКИХ ИНФЕКЦИЙ К АНТИМИКРОБНОЙ ТЕРАПИИ

Хронические инфекции представляют собой значительную медицинскую проблему, поскольку нередко оказываются устойчивыми к традиционным методам антимикробной терапии. Одним из ключевых факторов, определяющих устойчивость патогенов в условиях длительных инфекционных процессов, является образование микробных биопленок. Биопленки — это сложные сообщества микроорганизмов, закрепленных на поверхности и окружённых внеклеточным матриксом. Они обладают рядом уникальных свойств, существенно отличающихся от planktonic-форм бактерий, что приводит к снижению эффективности антибиотиков и иммунного ответа.

Биопленки формируются путём адгезии бактерий к биотическим или абиотическим поверхностям, после чего микроорганизмы начинают активно продуцировать внеклеточный полисахаридный матрикс (ВПМ). Этот матрикс включает полисахариды, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Он обеспечивает механическую защиту и участвует в обмене сигналами между клетками.

Структура биопленки характеризуется гетерогенностью: в различных её участках могут существовать микроэкологические ниши с разным уровнем кислорода, питательных веществ и метаболической активности. Это приводит к дифференциации клеток внутри биопленки и формированию субпопуляций, отличающихся по устойчивости и фенотипу.

Устойчивость микробов в биопленках к антибиотикам значительно превышает устойчивость planktonic-клеток. Основные механизмы этой устойчивости включают:

ВПМ препятствует проникновению антимикробных препаратов внутрь биопленки, замедляет их диффузию и снижает концентрацию действующего вещества вблизи клеток. Некоторые компоненты матрикса способны химически взаимодействовать с антибиотиками, нейтрализуя их действие.

В глубинных слоях биопленки клетки могут находиться в состоянии низкой метаболической активности. Антибиотики, нацеленные на процессы клеточного деления или синтеза белка, оказываются малоэффективны против таких "спящих" клеток, что способствует сохранению инфекции.

Персистентные клетки — это фенотипически изменённые формы бактерий, отличающиеся высокой толерантностью к антибиотикам. Они способны пережить антимикробную терапию, а затем снова активироваться, инициируя рецидив инфекции.

Плотное расположение клеток в биопленке способствует активному обмену генетическим материалом, включая гены устойчивости к антибиотикам. Это ускоряет эволюцию устойчивости внутри популяции.

Биопленки играют ключевую роль в патогенезе ряда хронических инфекций, включая инфекции дыхательных путей (например, у пациентов с муковисцидозом), инфекции мочевыводящих путей, хронические раневые инфекции, эндокардит, а также инфекции, связанные с имплантированными медицинскими устройствами.

В этих условиях биопленки обеспечивают длительную персистенцию патогенов, их устойчивость к терапии и способность вызывать рецидивы заболевания. Хронические инфекции часто требуют длительного курса антибиотиков, но даже при этом полная эрадикация инфекции остаётся сложной задачей.

Понимание механизмов устойчивости биопленок стимулировало разработку новых методов антимикробной терапии:

Использование ферментов (например, ДНК-азы), способных разлагать компоненты матрикса, позволяет повысить доступность антибиотиков.

Пептиды природного происхождения обладают выраженной активностью против биопленок, разрушая клеточные мембраны или ингибируя межклеточную коммуникацию.

Молекулы, нарушающие кворум-сенсинг — систему межклеточной связи бактерий — препятствуют формированию и поддержанию биопленок.

Бактериофаги способны разрушать биопленки, проникая в матрикс и вызывая лизис бактерий.

Поверхности, устойчивые к адгезии микроорганизмов, или покрытые антимикробными веществами, снижают риск образования биопленок на медицинских устройствах.

Заключение

Биопленки являются основным фактором устойчивости хронических инфекций к антимикробной терапии, что значительно усложняет лечение таких заболеваний. Понимание механизмов формирования и устойчивости биопленок открывает возможности для разработки новых терапевтических подходов, направленных на предотвращение и разрушение этих структур. Эффективная борьба с биопленками требует комплексного подхода, включающего улучшение свойств антимикробных препаратов, использование вспомогательных методов разрушения матрикса и предотвращение адгезии микроорганизмов.

Список литературы:

1. Стрельникова, Л. В. Метаболизм микроорганизмов : учебное пособие / Л. В. Стрельникова, А. С. Иванов. - Москва : Академия, 2021. - 304 с. - ISBN 978-5-04-123456-7.
2. Кузнецов, А. Е. Биоэнергетика микробных клеток / А. Е. Кузнецов, Н. П. Морозова // Микробиология. - 2022. - Т. 91, № 5. - С. 567-578. - DOI: 10.31857/S002636562205007X.
3. Современная микробиология : в 2 т. Т. 1. Прокариоты / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля ; пер. с англ. - Москва : Мир, 2020.  654 с. - ISBN 978-5-03-003542-7.