Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Сизова Ю.В. 1 Черепахина И.Я. 1 Бурлакова О.С. 1

---

1 ФКУЗ «Ростовский-на-Дону противочумный институт» Роспотребнадзора

Биопленочное сообщество – одна из основных стратегий выживания бактерий в окружающей среде. С учетом значимости проблемы выяснения закономерностей персистенции холерных вибрионов различной эпидемической значимости в воде открытых водоемов были проведены опыты по оценке влияния стрессовых температурных условий на персистенцию и процесс биопленкообразования холерных вибрионов. В результате проведенных исследований было показано, что эпидемически значимые токсигенные холерные вибрионы в условиях стерильной речной воды достаточно быстро (в течение 2–3 месяцев) погибают, причем гибель идет тем быстрее, чем ниже температура. Это свидетельствует об ограниченной возможности персистенции эпидемически значимых холерных вибрионов в водоемах Российской Федерации в холодное время года. При этом показатели выживаемости коррелируют с показателями биопленкообразования. Непатогенные и условно эпидемически значимые вибрионы выживают в речной воде и сохраняют биопленки достаточно продолжительное время, что свидетельствует о выраженном персистентном потенциале.

Статья в формате PDF

260 KB

биопленка

холерный вибрион

персистенция

1. Алексеева Л.П., Чемисова О.С., Мазрухо Б.Л., Шестиалтынова И.С., Михалева В.В., Татаренко О.А., Маркина О.В. К вопросу о способности холерных вибрионов эльтор продуцировать экзополисахарид // Холера и патогенные для человека вибрионы. – 2007. – № 20. – С. 77-80.

2. Балахнова В.В., Бурлакова О.С., Подройкина В.А. Способность к формированию биопленок у холерных вибрионов О1 и О139 серогрупп // Актуальные вопросы клинической и экспериментальной медицины. – С.-Петербург, 2010. – С. 92-94.

3. Белобородова Н.В. Клиническое значение микробных биопленок // Российские медицинские вести. – 2010. – Т. XV, № 4. – С. 68-72.

4. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Биопленки как способ существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина: феномен, генетический контроль и системы регуляции их развития // Генетика. – 2004. – Т. 40, № 11. – С. 1445-1456.

5. Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я., Марамович А.С., Миронова Л.В., Саппо С.Г. Способность холерных вибрионов О1 и О139 серогрупп к образованию биопленки в эксперименте // Холера и патогенные для человека вибрионы. – 2009. – № 22. – С. 90-93.

6. Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я., Саппо С.Г., Миронова Л.В., Марков Е.Ю., Мальник В.В., Корзун В.М., Миткеева С.К., Балахонов С.В. Биопленка холерного вибриона: получение, характеристика и роль резервации возбудителя в водной окружающей среде // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. – 2015. – № 1. – С. 3-11.

7. Лямин А.В., Боткин Е.А., Жестков А.В. Проблемы в медицине, связанные с бактериальными пленками // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2012. – Т. 14, № 4. – С. 268-275.

8. Donlan R.M., Costerton J.W. Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms // Clinical Microbiology. – 2002. – Vol. 7. – P. 167-193.

9. Gander S. Bacterial biofilms: resistance to antimicrobial agents // J. Antimicrob. Chemother. – 1996. – Vol. 37. – Р.1047-1050.

10. Yildiz F.H., Visick K.L. Vibrio biofilms: so much the same yet so different // Trends Microbiol. – 2009. – Vol. 17. – P. 109-118.

Как известно, большинство бактерий существует в виде биопленок, образуемых на самых разных биотических и абиотических поверхностях. Развитие биопленочных сообществ – одна из основных стратегий выживания бактерий не только в организмах инфицируемых хозяев, но и в окружающей среде [3]. В составе биопленок бактерии отличаются значительной устойчивостью к действию антибактериальных препаратов, включая антибиотики и факторы иммунной защиты организма, а также к воздействию факторов окружающей среды, таких как изменения температуры, рН среды, осмолярности. Выживаемость бактерий биопленочных сообществ в различных стрессовых условиях обеспечивается сложной структурной организацией биопленок [8].

Основным фактором устойчивости биопленок является экзополисахаридный матрикс, вырабатываемый клетками бактерий сразу после прикрепления к субстрату. Он непостоянен по составу и меняется в результате адаптации бактерий к условиям окружающей среды, основу его составляют экзополисахариды, липополисахариды, гликопротеины и протеогликаны [4,9]. Эти биополимеры в микробной пленке действуют как молекулярное сито, улавливая и концентрируя питательные вещества из окружающей среды, а также ограничивая проникновение агрессивных агентов к бактериям в глубине биопленки [7].

Механизм и особенности формирования биопленок у холерных вибрионов в эксперименте достаточно хорошо изучены [5,10]. Однако свойства холерных вибрионов при персистенции их в биопленках и влияние на процесс их образования различных стрессорных факторов исследованы недостаточно [1,2,6]. Мало изучен вопрос о роли низкотемпературного стресса в выживании планктонных и биопленочных форм холерных вибрионов различной эпидемической значимости в воде открытых водоемов, а эти сведения чрезвычайно важны при планировании мероприятий по эпиднадзору за холерой в Российской Федерации.

Цель исследования: с учетом значимости проблемы выяснения закономерностей персистенции холерных вибрионов различной эпидемической значимости в воде открытых водоемов провести масштабные по продолжительности эксперименты (9 месяцев) по оценке влияния стрессовых температурных условий на процесс биопленкообразования.

Материалы и методы: в работе использовано 22 штамма Vibrio cholerae Эль Тор, имеющих различный набор детерминант патогенности, выделенных от больных, вибриононосителей и из речной воды. Для решения поставленных задач холерные вибрионы инкубировали в стерильной речной воде (конечная концентрация 1*107 м.к./мл) в холодильнике при +40С и в комнатном термостате при +220С в течение 9 месяцев, а также (при моделировании условий пребывания возбудителя холеры в речной воде в летнее, осеннее, зимнее время) эксперимент продолжали 2 месяца при 22 0С, 2 месяца – при 10 0С, 5 месяцев – при 4 0С. Ежемесячно производили высевы на агар Мартена для определения количества планктонных форм холерных вибрионов, а также определяли оптическую плотность биопленок на спектрофотометре Cary50.

Результаты исследования

В первой серии опытов, проводимых с использованием речной воды (таблица 1, рисунок 1), установлено, что у токсигенных (ctx+tcp+) штаммов при 22 0С на протяжении всего срока исследования количество клеток в популяции, начиная с конца первого месяца эксперимента, постепенно снижалось (20 %→0,15 %), при этом вибрионы формировали «слабые» биопленки (значения оптической плотности (ОП) были низкими и лишь незначительно увеличивались к 4–5 месяцу исследования). При стрессовой низкой температуре (4 0С) все токсигенные штаммы практически отмирали к 3 месяцу исследования (выжившие клетки при этой температуре составляли всего десятые доли процента, возможно часть популяции при этом переходила в некультивируемое состояние. Сведения о такой возможности приводятся в работах Е.С. Куликаловой с соавт. [5,6]. Кроме этого, показано, что при 4 0С токсигенные холерные вибрионы формировали через 1–2 месяца, наряду с типичными колониями, «ругозные» варианты, которые постепенно отмирали в стрессовых условиях.

Таблица 1

Средние значения выживаемости холерных вибрионов в речной воде в течение 9 месяцев при 22ºС и 4ºС   

Рисунок 1. Сравнение уровней биопленкообразования у вибрионов Эль Тор в речной воде при 22 ºС и 4 ºС в течение 9 месяцев

У атоксигенных (ctx-tcp-) вибрионов, напротив, бóльшая часть популяции сохранялась при 4ºС на протяжении всего срока исследования (к концу 9 месяца показатели биопленкообразования были выше, чем в тех же условиях при 22ºС). То же касается и выживаемости – она была выше в холодной воде (5 % против 1,5 %).

Потенциально эпидемически опасные вибрионы (ctx-tcp+) сохранялись при обеих температурах на протяжении всего срока исследования, но продукция экзополисахарида была гораздо выше при 22 ºС. В процессе культивирования при 4 ºС уровень биопленкообразования этих штаммов несколько увеличивался к 4 месяцу, а затем существенно снижался. К концу 9 месяца при 22 ºС выживало 10 % популяции клеток (наиболее высокий показатель среды всех изучаемых вибрионов), при 4 ºС – всего 0,7 % (но это значение всего в 7 раз ниже, чем у нетоксигенных штаммов. Это свидетельствует о достаточно высоком персистентном потенциале ctx-tcp+ вариантов.

Для выяснения «судьбы» холерных вибрионов различной эпидемической значимости при попадании в речную воду в летнее время был проведен длительный эксперимент по моделированию условий пребывания в ней холерных вибрионов Эль Тор в летнее, осеннее, зимнее время при разных температурах (2 месяца – 22 ºС, 2 месяца – 10 0С, 5 месяцев – 4 ºС). Результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 2.

Таблица 2

Средние значения выживаемости холерных вибрионов в речной воде при различных температурах в разные сроки  

Библиографическая ссылка