Сравнительный анализ формирования и разрушения биопленок PIA-отрицательных бактерий Staphylococcus epidermidis под действием гидролитических факторов
Проведен сравнительный анализ действия гидролитических ферментов и периодата натрия на различные этапы колонизации поверхности полистирола бактериями Staphylococcus epidermidis, обладающими PIA-отрицательным фенотипом. Установлено, что адгезия и образование биопленок всех изученных штаммов ингибируются трипсином (15-52% от контроля), лизоцимом (35-65%), ДНКазой (18-70%) и периодатом натрия (17-55%), за исключением процесса формирования биопленок штаммом S. epidermidis ATCC 29887 в присутствии ДНКазы. Внесение в инкубационные среды препаратов ДНК не оказывало значительного влияния ни на сорбцию бактериальных клеток, ни на последующее формирование биопленок всеми использованными в работе бактериальными штаммами. Суточные биопленки изученных штаммов стафилококков обладали устойчивостью к лизоциму и окислительному действию периодата натрия. Одновременно с этим биопленки штамма S. epidermidis ATCC 29887разрушались после обработки трипсином (56±8%) и ДНКазой (63±16%), а биопленки штамма S. epidermidis GISK 33 - под действием РНКазы (70±11%). Установлено, что внесение РНКазы одновременно с инокулумом повышало адгезию S. epidermidis ATCC 12228 (143±32%), но подавляло образование биопленок S. epidermidis ATCC 29887(63±24%). Проведенные исследования свидетельствуют о том, что чувствительность сформированных биопленок исследованных штаммов стафилококков к литическому действию факторов внешней среды не всегда кореллирует с их влиянием на процессы прикрепления бактериальных клеток к поверхностям и последующего образования на них биопленок. В то время как последние два процесса имеют прямую зависимость друг от друга.
Comparative analysis of PIA-negative Staphylococcus epidermidis biofilm formation and destruction under hydrolytic facto.pdf Введение Бактерии вида Staphylococcus epidermidis являются частью нормальной микрофлоры кожи и слизистых человека и животных [1]. Обладая выраженной способностью к образованию биопленок на поверхностях различных материалов, в том числе на поверхностях полимерных и металлических медицинских устройств, бактерии S. epidermidis составляют около 80% штаммов, участвующих в биоматериал-ассоциированных инфекциях [2]. В естественной среде практически все бактерии существуют в виде биопленок - сообществ бактериальных клеток, необратимо прикрепленных к биотическим и абиотическим поверхностям и заключенных в сложный эк-зополимерный матрикс, преимущественно содержащий полисахаридные и белковые компоненты, а также нуклеиновые кислоты [3]. Известно, что процесс образования биопленок включает в себя две основные фазы: первичную адгезию бактерий к поверхности и формирование многослойных клеточных кластеров, обусловленных продукцией особых соединений, формирующих межклеточный матрикс. Активными участниками этих процессов являются разнообразные поверхностно-ассоциированные структуры, в том числе белковые молекулы и полисахариды [3]. Не последнюю роль во взаимодействии бактерий с поверхностью играет внеклеточная ДНК (экзДНК) [4, 5]. Однако конкретный вклад данных структур на каждом определенном этапе развития биопленок изучен недостаточно. Таким образом, целью настоящего исследования было изучение влияния литических факторов, способных избирательно действовать на компоненты бактериальных клеток, на адгезию, образование и разрушение биопленок бактерий Staphylococcus epidermidis. Материалы и методики исследования В качестве объектов исследования использовали штаммы бактерий вида Staphylococcus epidermidis: S. epidermidis GISK 33 (Государственная коллекция патогенных микроорганизмов «Научного центра экспертизы средств медицинского применения» МЗ России, Москва), S. epidermidis ATCC 12228 и S. epidermidis ATCC 29887. Бактерии выращивали на жидкой питательной среде Luria-Bertani (LB), культивируя при 37°С и 160 об/мин до достижения культурами логарифмической фазы роста, осаждали (12 000*g, 5 мин), осадки дважды промывали 0,14 М №Cl и ресуспендировали в среде LB, содержащей лизоцим (10 мг/мл, «Sigma», США), трипсин (100 мкг/мл, «ICN Biomedicals Inc.», США), ДНКазу I типа (100 мкг/мл, «Биолот», Россия), ДНК из селезенки крупного рогатого скота (5 мкг/мл, «Олайнский завод химреактивов», Латвия), РНКазу (100 мкг/мл, «Биолот», Россия) или NaIO4 (10 мМ, «Sigma», США) до концентрации 107 КОЕ/мл, и проводили оценку адгезивных и биопленкообразующих свойств бактерий. В контрольных экспериментах и в опытах по действию факторов среды на суточные биопленки использовали суспензии бактерий с той же концентрацией в среде LB без добавления ферментов. Адгезивные свойства бактерий оценивали по способности сорбироваться на поверхности полистирола (чашки Петри, 40 мм, «Медполимер», Россия) во время инкубации при 37°С в течение 30 мин [6]. Количество связавшихся с поверхностью бактерий оценивали прямым подсчетом клеток в поле зрения после окрашивания их раствором кристаллического фиолетового (0,1%). Подсчет адгезированных клеток проводили на микровизоре «^Viso-103» («ЛОМО», Россия) не менее чем в 10 полях зрения при увеличении >
Ключевые слова
DNase,
lyzosyme,
trypsin,
biofilm,
adhesion,
Staphylococcus epidermidis,
ДНКаза,
лизоцим,
трипсин,
биопленки,
адгезия,
Staphylococcus epidermidisАвторы
Ерошенко Дарья Владимировна | Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь) | м.н.с лаборатории биохимии развития микроорганизмов | dasha.eroshenko@gmail.com |
Коробов Владимир Павлович | Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь) | доцент, канд. мед. наук, зав. лабораторией биохимии развития микроорганизмов | korobov@iegm.ru |
Всего: 2
Ссылки
Qin Z., Yang X., Yang L., Jiang J., Ou Y., Molin S., Qu D. Formation and properties of in vitro biofilms of ica-negative Staphylococcus epidermidis clinical isolates // Journal of Medical Microbiology. 2007. Vol. 56. P. 83-93.
Rohde H., Burandt E.C., Siemssen N., Frommelt L., Burdelski C., Wurster S., Scherpe S., Davies A.P., Harris L.G., Horstkotte M.A., Knobloch J.K.M., Ragunath C., Kaplan J.B., Mack D. Polysaccharide intercellular adhesin or protein factors in biofilm accumulation of Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus isolated from prosthetic hip and knee joint infections // Biomaterials. 2007. Vol. 28, № 9. P. 1711-1720.
MackD., Davies A.P., Harris L.G., Knobloch J.K.M., Rohde H. Staphylococcus epidermidis biofilms: Functional molecules, relation to virulence, and vaccine potential // Topics in Current Chemistry. 2009. Vol. 288. P. 157-182.
Freeman D.J., Falkiner F.R., Keane C.T. New method for detecting slime production by coagulase negative staphylococci // Journal of clinical pathology. 1989. Vol. 42. P. 872-874.
Ерошенко Д.В., Лемкина Л.М., Коробов В.П. Адгезия бактерий Staphylococcus epidermidis 33 при действии некоторых физико-химических факторов среды // Вестник Пермского университета. Биология. 2012. Вып. 1. С. 29-33.
Stepanovic S., Vukovic D., Hola V., Di Bonaventura G., Djukic S., Cirkovic I., Ruzicka F. Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci // Acta pathologica, microbiologica, et immunologica Scandinavica. 2007. Vol. 115, № 8. P. 891-899.
Qin Z., Ou Y., YangL., Zhu Y., Tolker-Nielsen T., Molin S., Qu D. Role of autolysin-mediated DNA release in biofilm formation of Staphylococcus epidermidis // Microbiology. 2007. Vol. 153. P. 2083-2092.
O'Toole G.A., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development // Annual review of microbiology. 2000. Vol. 54. P. 49-79.
Izano E.A., Amarante M.A., Kher W.B., Kaplan J.B. Differential roles of poly-Nacetylglucosamine surface polysaccharide and extracellular DNA in Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis biofilms // Applied and environmental microbiology. 2008. Vol. 74, № 2. P. 470-476.
Дерябин Д.Г. Стафилококки: экология и патогенность. Екатеринбург : УрО РАН, 2000. 239 c.
Gotz F. Staphylococcus and biofilms // Molecular Microbiology. 2002. Vol. 43, №2 6. P. 1367 1378.