На рубеже ХХ в. сформировалось представление об особой форме организации микрофлоры организма человека – взаимодействующем сообществе микроорганизмов, покрывающем поверхности слизистых оболочек внутренних органов. Проведенные экспериментальные исследования показали, что большинство бактерий существует в виде не только свободно циркулирующих клеток, но и микробных сообществ, расположенных на различных абиотических и биотических поверхностях [1, 2]. Термин «биопленка», первоначально использовавшийся в микробиологии окружающей среды, был введен в клиническую медицину сравнительно недавно. В 1982 г. группой исследователей под руководством T. J. Marrie обнаружена биопленка, образованная группой бактерий Staphylococcus aureus на проводе кардиостимулятора [3]. В настоящее время доказана роль микробных биопленок в возникновении и развитии инфекций, связанных с катетеризацией сосудов, дренированием органов мочевыделительной си-стемы, установкой клапанов сердца и электрокардиостимуляторов, протезов суставов и др. Из общего числа инфекционных осложнений на первом месте по частоте встречаемости находятся катетер-ассоциированные инфекции мочевыводящих путей (КАИМП) [4].
В начале XX в. произошло широкое распространение различных полимерных каучуковых материалов, используемых в конструкции катетеров. Так, были широко внедрены специализированные уретральные катетеры, мочеточниковые стенты, нефростомические дренажи и другие инородные биоматериалы, на поверхностях которых могут образовываться биопленки. Большинство современных биоматериалов, используемых в урологии, изготовлено из синтетических полимерных соединений, исходная биосовместимость которых предрасполагает к адгезии бактериальных частиц и последующей колонизации бактерий. В связи с этим к создаваемым биоматериалам выдвигаются определенные требования, такие как биологическая инертность, химическая стабильность, стабильность к воздействию инфекционных агентов и кристаллизации солей на внутренней и наружной поверхности биоматериала. Кроме этого биоматериал не должен вызывать значительный дискомфорт и должен быть доступным с экономической точки зрения. К сожалению, ни один из представленных в настоящее время биоматериалов не обладает данными характеристиками. Дополнительной проблемой, с которой приходится сталкиваться врачам-клиницистам, является образование кристаллических биопленок, в последующем приводящих к инкрустации, как следствие – к обтурации внутреннего просвета биоматериала [5]. Высокая частота КАИМП предопределяет поиск эффективных способов борьбы, направленных на снижение адгезивной способности бактерий, основными из которых следует считать модификацию поверхности и использование различных комбинаций покрытий биоматериала. В свете растущей антибиотикорезистентности использование альтернативных средств, обладающих антибиотической активностью, набирает все большую популярность. К таким веществам по праву могут быть отнесены ферменты, пробиотики и их метаболиты, а также применение бактериофагов.
Нами были проанализированы литературные источники, поиск которых проводился по базам данных Cochrane Library’s, Medline, Scopus и Biosis с использованием комбинации ключевых слов «формирование биопленки», «инфекция мочевыводящих путей», «бактериурия на фоне уретрального катетера», «катетер-ассоциированные инфекции», «инкрустация уретрального катетера», «профилактика образования биопленки», «терапия биопленок».
Клетки в биопленках подвергаются строгим условиям роста, механизм которого в целом хорошо известен и подробно описан в работе Т. С. Перепановой [6]. Первым этапом образования биопленки является отложение компонентов мочи на биоматериале, ведущее к постепенному образованию кондиционирующей (временной) пленки. Последующее отложение гликопротеинов (белка Тамма–Хорсфалла, различных ионов и полисахаридов) создает благоприятные условия для бактериальной адгезии, тем самым изменяя поверхностные характеристики биоматериалов.
В связи с этим становится очевидным, что биоматериалы с измененными характеристиками поверхности могут быть недостаточно эффективными в качестве мер предотвращения бактериальной адгезии. Вторым этапом образования биопленки является приближение и прикреп-ление микроорганизмов. За счет того, что планктонные бактериальные клетки высвобождают протоны и сигнальные молекулы, начинается активный процесс адгезии, который под воздействием бактериальных полисахаридов считается необратимым.
Некоторые факторы вирулентности бактерий играют важную роль в патогенезе образования биопленок. Фактор адгезина «Fimbriae type 1» (FimA) играет важную роль в индукции адгезии к эпителиальным клеткам хозяина на ранних стадиях образования биопленки, а фактор PapC формирует образование структур для прикрепления к клеткам-хозяина или материалам катетера [7]. Fimbriae S (SfaS) также может связываться с эпителием верхних и нижних мочевыводящих путей, что приводит к колонизации бактерий [8].
Понимание патогенеза позволяет выделять ряд механизмов, приводящих к неспособности противомикробных препаратов разрушать сформированные биопленки:
1. Гликокаликс ограничивает доступ и последующее распространение противомикробных средств для более глубоких слоев бактерий (внешняя устойчивость). Исследования in situ показали, что поверхностная пленка влияет на транспорт питательных веществ и препятствует транспортировке противомикробных средств [9].
2. Скорость роста бактерий в биопленке широко варьируется. Быстрорастущие и более восприимчивые бактерии располагаются более поверхностно, в то время как медленнорастущие бактерии, особенно устойчивые к действию антимикробных препаратов, располагаются в глубоких слоях сформированной биопленки [10]. Кроме того, антимикробные связывающие белки плохо экспрессируются в медленнорастущих бактериях, что делает их неэффективными [11].
3. Бактерии в биопленке фенотипически отличаются от свободно циркулирующих (планктонных) бактерий.
В связи с этим применение антибактериальных средств, основанное на выявлении возбудителя при бактериологическом анализе мочи, неэффективно. Бактерии в биопленке активируют гены, меняющие клеточную оболочку, что приводит к изменению чувствительности к антимикробным препаратам (внутренняя устойчивость). Фенотипические изменения, приводящие к изменению белковой структуры, в развитии антибактериальной устойчивости играют гораздо более важную роль, чем внешняя устойчивость, обеспечиваемая экзополисахаридной матрицей [12].
4. Бактерии в биопленке могут обмениваться друг с другом генетической информацией и плазмидами [13].
5. Бактерии в биопленке способны выживать в присутствии противомикробных препаратов в концентрациях, в сотни раз превышающих концентрации, убивающие планктонные бактерии того же вида [14].
Проведенный анализ литературы показал, что уретральный катетер является оптимальной мишенью для формирования бактериальной биопленки. Поверхность катетера может колонизироваться микроорганизмами двумя путями: экстралюминально – путем миграции вдоль наружной части катетера или интралюминально – путем миграции вдоль внутреннего просвета катетера. Самыми сильными продуцентами биопленок являются Escherichia coli, Proteus mirabilis, Candida tropicalis и Staphylococcus aureus [15]. При этом факторами риска, связанными с частотой формирования биопленки на внутренней поверхности уретрального катетера являются женский пол, продолжительность катетеризации более пяти дней и наличие бактериурии перед катетеризацией. Обнаружение бактерий, продуцирующих биопленку, в бактериологическом анализе мочи также может быть индикатором образования биопленки [16]. По данным A. Swidsinski [17], около 70% случаев бактериурии у катетеризованных женщин обусловлены наличием сопутствующей патогенной микрофлоры и не связаны с нахождением уретрального катетера. Микроорганизмы могут колонизировать уретральный катетер при перекрестном инфицировании от рук медицинского персонала, а также при выходе из строя замкнутой дренажной системы мочеприемника. В последнем случае на долю катетер-ассоциированной инфекции может приходиться до 34% всех случаев заболевания [18].
В экспериментальном исследовании, проведенном J. C. Nickel [1], показано, что проникновение бактерий интралюминально происходит более чем в 2 раза быстрее по сравнению с экстралюминальным путем (32–48 против 72–168 ч соответственно).
Во время колонизации мочевыводящих путей бактериями, продуцирующими уреазу, такими как Proteus mirabilis, бактериальная уреаза выделяет аммиак из мочевины и повышает pH мочи. Уреаза, полученная из Proteus mirabilis, гидролизует мочевину в 6–10 раз быстрее, чем уреаза других видов (Morganella morganii, Providencia stuartii, Klebsiella pneumoniae, Proteus tettgeri и Proteus vulgaris). В щелочной среде кристаллы фосфата магния-аммония (струвит) и фосфата кальция (гидроксиапатит) образуются и захватываются органической матрицей окружающей клетки [20, 21].
Дополнительной проблемой при использовании медицинских биоматериалов в мочевыводящих путях является развитие инкрустации, в последующем приводящей к обтурации внутреннего просвета катетера или стента. Отложение кристаллов в конечном итоге приводит к обструкции просвета катетера. Ряд проведенных клинико-экспериментальных исследований показал, что все имеющиеся в настоящее время уретральные катетеры подвержены формированию кристаллических биопленок на основе Proteus mirabilis. Осложнения, возникающие в результате инкрустации катетера, в значительной степени осложняют уход за пациентами, что сопряжено с внеочередной заменой уретрального катетера [22, 23].
Одной из возможных мер предотвращения образования биопленок является использование антибактериальных препаратов. Из накопившихся данных следует, что по механизму действия на бактериальные биопленки антибиотики могут быть разделены на два типа: к первому относят антибиотики, проникающие в биопленки и угнетающие дальнейший рост микроорганизмов; второй тип – антибиотики, не проникающие в биопленки, но эффективно препятствующие их росту за счет угнетения мигрирующих бактерий [24]. По данным некоторых исследований in vitro и in vivo, бета-лактамные антибиотики и аминогликозиды могут предотвращать образование и последующее распространение недавно образованных, «молодых», биопленок в процессе их формирования. С другой стороны, фторхинолоны, такие как офлоксацин, левофлоксацин и ципрофлоксацин, эффективны как для «молодых», так и для долго существующих биопленок из-за хороших проникающих свойств данной фармакологической группы [25]. Большинство исследователей считают, что антибиотики могут лишь замедлить процесс образования биопленок за счет устранения незащищенных планктонных бактерий и снижения метаболической активности бактерий на поверхности биопленки [26]. Было также установлено, что в биопленки, представленные преимущественно бактерией Klebsiella pneumoniae, плохо проникает ампициллин, а в сообщество Enterococcus faecalis – ко-тримаксозол и ванкомицин [27]. В биопленки ряда микробов плохо проникает широко используемый амоксициллин [28]. В дополнение к этому в исследованиях, проведенных на культурах бактерий с предварительно изолированными фрагментами уретрального катетера и мочеточникового стента, показано, что бактериальные клетки легко адгезируются и колонизируются на поверхности, несмотря на применение антибактериальных препаратов [29].
За последние годы значительно увеличилась частота использования фосфомицина. В частности, в урологической практике в связи с его спектром действия и возможностью применения короткими курсами (в том числе существует возможность однократного применения). Переоценка фосфомицина в последние годы связана с нехваткой новых вариантов антибиотиков и увеличением числа инфекций, вызываемых микроорганизмами с множественной лекарственной устойчивостью. Уникальный механизм действия фосфомицина (подавление первого этапа синтеза клеточной стенки бактерий) не приводит к перекрестной резистентности с другими антибиотиками. Таким образом, фосфомицин считается одним из немногих вариантов лечения инфекций, вызываемых микроорганизмами с множественной лекарственной устойчивостью [30]. Сравнительно недавно S. Sugathan и J. Mandal представлены результаты экспериментального исследования влияния фосфомицина в комбинации с амикацином, ципрофлоксацином или меропенемом на формирование биопленки с множественной лекарственной устойчивостью [31]. В ходе исследования авторами изучены 50 изолятов E. Coli с множественной лекарственной устойчивостью. Ингибирование биопленки лучше всего наблюдалось при комбинации фосфомицина с меропенемом (синергизм составил 68%) и амикацином (синергизм составил 58%). Согласно различным исследованиям чувствительности in vitro, фосфомицин сохраняет свою активность в отношении Enterobacterales, продуцирующих бета-лактамазу расширенного спектра (ESBL) и карбапенемазу. Хотя фосфомицин проявляет более низкую внутреннюю активность в отношении Pseudomonas aeruginosa по сравнению с таковой в отношении Escherichia coli, активность фосфомицина была также продемонстрирована в биопленках, особенно в комбинации с аминогликозидами. Фосфомицин показал высокую скорость проникновения в зрелые биопленки Pseudomonas aeruginosa [32, 33]. Существует несколько исследований in vitro и моделей на животных, которые показали, что фосфомицин в сочетании с различными антибиотиками обладает способностью уничтожать или уменьшать биопленки грамположительных и грамотрицательных бактерий. Примером служат опубликованные исследования биопленок метициллинрезистентного золотистого стафилококка (MRSA), в которых хорошие результаты получены при комбинации фосфомицина с ванкомицином [34], рифампицином [35], линезолидом, миноциклином, ванкомицином или тейкопланином [36, 37] или с Enterococcus faecalis в монотерапии и в комбинации с гентамицином [38]. Аналогичным образом синергизм фосфомицина продемонстрирован в отношении биопленки Pseudomonas aeruginosa в сочетании с тобрамицином, усилив проникновение антибиотика к внутренней части клетки [39, 40].
С учетом сохраняющегося числа антибиотикорезистентных штаммов патогенных бактерий и недостаточной эффективности антибактериальных средств в терапии биопленок значительно возрос интерес к альтернативным средствам и методам профилактики. Наряду с разработкой новых и усовершенствованием имеющихся адгезионно-стойких поверхностей биоматериала, использованием катетеров с гидрофильным покрытием внимание клиницистов сконцентрировано на использовании пробиотиков и их метаболитов, а также антибиопленочных агентов и протеолитических ферментов [41].
Наиболее часто используемые пробиотики – это виды молочнокислых бактерий, которые включают Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Lactococcus и Leuconostoc [42], а основными антимикробными веществами, продуцируемыми пробиотическими клетками, являются органические кислоты (молочная, уксусная, пропионовая и янтарная кислоты), сероводород и пероксид, этанол, диоксид углерода, биосурфактанты и бактериоцины [43].
В ходе исследования, проведенного L. Fracchia et al. показано, что производство биосурфактанта – это механизм, при помощи которого пробиотики взаимодействуют с патогенами, а адсорбция биосурфактантов на биоматериал может мешать процессам микробной адгезии [44]. Биосурфактанты представляют собой структурно разнообразную группу поверхностно-активных соединений, высвобождаемых или связанных с клеточной стенкой широкого спектра микроорганизмов. В последнее время биосурфактантам уделяется особое внимание из-за их очевидных преимуществ перед синтетическими поверхностно-активными веществами, таких как более высокая биоразлагаемость, более низкая токсичность и эффективность в экстремальных условиях [45].
Хотя механизмы действия биосурфактантов до конца не выяснены из-за их амфипатической природы, они могут образовывать межфазную пленку, которая влияет на свойства исходной поверхности биоматериала, изменяя ее гидрофобность, уменьшая поверхностное и межфазное натяжение, таким образом влияя на прикрепление клеток и усиливая десорбцию. Кроме того, биосурфактанты могут иметь бактерицидное действие, разрушая цитоплазматическую мембрану патогенных клеток или нарушая конформации белков, вызывая лизис клеток [46, 47]. По мнению K. Sambanthamoorthy et al., биосурфактанты могут нарушать процесс деления клеток, а также влиять на экспрессию генов, связанных с биопленками, тем самым препятствуя высвобождению сигнальных молекул в системах контроля кворума и последующему образованию биопленок [48].
Наряду с использованием биосурфактантов растет интерес с бактериоцинам – гетерогенной группе белков или пептидов, синтезируемых рибосомами, обладающих как бактерицидной, так и бактериостатической активностью. Бактериоцины являются одной из наиболее интересных альтернатив антибиотикам благодаря их высокой стабильности, низкой токсичности, значительной активности, а также широкому спектру активности [49]. По мнению A. Barzegari et al. [50], существует несколько предполагаемых механизмов ингибирования биопленки бактериоцинами:
1. Образование пор в стенке клетки-мишени, ведущих к потере клеток.
2. Ингибирование синтеза клеточной стенки.
3. Деполяризация цитоплазматической мембраны.
4. Повышение проницаемости мембраны клетки-мишени, приводящее к гибели клеток.
В нескольких исследованиях сообщалось об эффективности бактериоцинов, продуцируемых пробиотиками, in vitro против образования биопленок. Бактериоцины снижали количество экспериментально сформированных биопленок Pseudomonas aeruginosa на уретральных катетерах на 59% [51] и Ser. marcescens на катетере из полистирола на 48% [52]. Аналогичным образом R. Mohapatra и K. Jeevaratnam [53] продемонстрировали, что совместная инкубация бактериоцинов и патогенов предотвращает микробную адгезию P. aeruginosa и S. aureus на 56 и 62% соответственно.
Хотя бактериоцины, выделенные из пробиотиков, проявляют высокую антимикробную активность, существуют некоторые ограничения их клинического применения:
1. Развитие устойчивости патогенными микроорганизмами при непрерывном воздействии бактериоцинов.
2. Низкая биодоступность, растворимость в физиологических условиях, подверженность разрушению протеолитическими ферментами.
3. Сложность очистки и высокие производственные затраты, снижающие возможность крупномасштабного производства.
4. Наличие недостаточных данных о безопасности и токсичности бактериоцинов.
5. Отсутствие нормативных документов для официального утверждения бактериоцинов или бактерий, продуцирующих бактериоцины, для медицинского применения.
Безусловно, проведение дальнейших исследований по улучшению физико-химических и биологических характеристик бактериоцинов позволит минимизировать эти ограничения.
В последние годы были предложены некоторые бактериальные экзополисахариды (ЭПС) для контроля за образованием биопленок. Среди всего разнообразия микроорганизмов, продуцирующих ЭПС, ЭПС из молочнокислых бактерий имеют определенные преимущества благодаря своим антиоксидантным, иммуномодулирующим и антимикробным свойствам [54]. Несмотря на то что ЭПС, производимый пробиотиками, широко применим в промышленности, его применение, ровно, как и в механизмах действия в качестве антибиопленочного агента, практически не изучено. Было высказано предположение, согласно которому ЭПС может нарушать деление клеток, разрушая клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану и молекулы ДНК [55], а также препятствовать образованию биопленки E. coli путем воздействия на гены, связанные с хемотаксисом и уменьшением межклеточного взаимодействия [56].
Cпособность ЭПС диспергировать биопленки E. coli, Enterococcus faecalis и S. aureus продемонстрирована Y. Abid и et al. [57]. Однако способность ЭПС разрушать предварительно сформированные биопленки была значительно ниже, чем их способность предотвращать адгезию. Авторы предположили, что ЭПС модифицировали матрикс и ингибировали начальное прикрепление и агрегацию клеток, повлияв на свойства бактериальной клетки и ограничив ее взаимодействие с поверхностью.
Отдельное место в ингибировании и нарушении формирования матрикса принадлежит ферментам. Ферменты, разрушающие биопленку, ДНКаза I, α-амилаза и дисперсин B (DspB) снижают массу ЭПС и количество клеток биопленки [58]. В ходе исследований in vitro показано, что применение ферментов способно облегчать отхождение биопленки, однако, чем старше биопленка P. aeruginosa, тем труднее ее растворить ДНКазой I. Продукция больших количеств ЭПС и протеолитических экзоферментов зрелыми биопленками инактивирует ДНКазу I [59].
В ходе оценки эффективности α-амилазы Bacillus subtilis S8-18 на культурах бактерий клинического штамма MRSA и P. aeruginosa ATCC 10145 B. J. Kalpana et al. пришли к выводу об эффективном ингибировании биопленки и деградации зрелых биопленок из-за разрушения ЭПС [60]. Интересно, что α-амилаза, полученная из B. subtilis, была более эффективной в разрушении ЭПС в биопленках S. aureus и P. aeruginosa, чем амилазы из слюны человека [61]. В другом исследовании, V, проведенном Singh et al. [62], также сообщено о сильной деградационной активности α-амилазы (сокращение биопленки на 82%) в отношении P. aeruginosa, ассоциированной с биопленкой. Ферменты, разрушающие биопленки, такие как лизостафин и альгинатлиаза, показали превосходную активность в отношении различных патогенных бактерий [63].
DspB, продуцируемый Actinobacillus actinomy-cetemcomitans, отдельно или в синергии с нафатом цефамандола, гидролизует ЭПС стафилококковой биопленки, способствует проникновению антибиотика и увеличивает гибель микробных клеток. Кроме того, DspB взаимодействует с триклозаном против биопленок S. aureus, образующихся на катетерах [64].
В последнее время возросла доказательная база применения бактериофагов в борьбе с патогенными биопленками. По мнению D. R. Harper et al. [65], в основе воздействия бактериофагов на биопленку лежит как минимум четыре механизма действия:
1. Бактериофаги реплицируются в клетках-хозяевах, что приводит к локальному увеличению количества бактериофагов (амплификация) и последующему еще большему высвобождению бактериофагов-потомков в биопленку. Распространяясь через биопленку и уничтожая бактерии, продуцирующие материал ЭПС матрицы, бактериофаги могут постепенно удалять биопленку и снижать возможность регенерации.
2. Бактериофаги могут транспортировать или экспрессировать деполимеризующие ферменты, разрушающие матрицу эндоплазматической сети.
3. Бактериофаги могут индуцировать деполимеризующие ферменты, которые разрушают матрицу эндоплазматической сети изнутри генома хозяина.
4. Клетки-персистеры (особые формы клеток, которые формируются в популяциях бактериях при прекращении их роста) могут быть инфицированы бактериофагами; бактериофаги могут длительное время оставаться внутри бактерий – до момента репликации.
Известно, что многие геномы бактериофагов содержат гены ферментов, способных расщеплять элементы матрикса биопленок [66]. Во многих случаях это растворимые ферменты, нацеленные на стенку бактериальной клетки, но они также могут разрушать матрицу эндоплазматической сети биопленки при высвобождении из лизирующих клеток-хозяев. Эти клетки также выделяют ДНК, которая может вносить вклад в матрикс биопленки, но также может высвобождать ферменты – ДНКазы, которые присутствуют в клетках-хозяевах как часть нормальной репликации [67]. В дополнение к этому многие бактериофаги, такие как бактериофаги T4 и HK620 Escherichia coli, имеют ферменты, присутствующие в хвостовой части, где они способствуют проникновению через стенку бактериальной клетки [68].
Бактериофаги, нацеленные на род Pseudomonas, были впервые обнаружены в середине XX в. и из-за высокой роли данной патогенной бактерии в развитии внутрибольничных инфекций и высокой устойчивости к антибиотикам получили сравнительно высокую оценку. Бактериофаговый коктейль приводит к более высокому снижению инфекций, вызываемых Pseudomonas aeruginosa, что было подтверждено исследованиями in vitro, проведенными A. R. Hall et al. [69]. G. W. Hanlon et al. показали, что коктейли с бактериофагами могут легко проникать в биопленку P. aeruginosa и разрушать ее структуру, индуцируя синтез ферментов, таких как полисахарид-деполимераза [70].
Полисахарид-деполимераза и полисахарид-гидролаза, кодируемые бактериофагами, могут специфически расщеплять макромолекулы углеводов бактериальной оболочки [68]. Кроме того, бактериофаги генерируют ферменты пептидогликангидролазы, называемые эндолизинами, в конце литического цикла. Они расщепляют пептидогликан внутри клетки и способствуют образованию новых фагов-потомков, которые высвобождаются из клетки [71]. Следует отметить, что бактериофаги обладают преимуществами перед антибиотиками в подавлении инфекций, вызванных бактериальными биопленками: бактериофаги способны проникать во внутренний слой биопленки (за счет меньшего размера), инфицировать клетки-персистеры и разрушать их, если они реактивируются.
Бактериофаги способны растворять матрикс эндоплазматической сети биопленки, тем самым продуцируя фермент или индуцируя выработку фермента бактерией [72]. Другой механизм ингибирования биопленки бактериофагами заключается в выработке ферментов, которые подавляют образование биопленки. В исследовании R. Pei et al. [73] сообщается следующее: бактериофаги могут индуцировать синтез лактоназы путем генетической модификации, которая ингибирует образование биопленок у Pseudomonas aeruginosa путем гидролиза ацилгомосериновых лактонов (AHL) и ингибирования активности кворум-чувствительности (QS).
Экспериментальные данные подтверждают, что бактериофаги показывают хороший терапевтический эффект на биопленках Pseudomonas aeruginosa, по крайней мере на ранних стадиях формирования биопленки. Используя биопленки двудневной давности, H. Ceri et al. [74] обнаружили, что из 17 штаммов Pseudomonas aeruginosa, не чувствительных к тестируемому набору бактериофагов в анализе биопленки, 8 поддерживали рост тех же бактериофагов, что и в модели биопленки. В исследовании, проведенном Z. Chegini et al. [75], показано, что бактериофаги могут быть эффективными в подавлении роста биопленки, образованной Pseudomonas aeruginosa, за счет разрушения внеклеточного матрикса и увеличения проницаемости внутреннего слоя биопленки для антибиотиков. Кроме того, авторы доказали, что комбинированное использование бактериофагов и других соединений с антибиотическими свойствами может представлять больший интерес, обусловленный симбиотическим воздействием на клеточную мембрану бактерий биопленки.
В 2019 г. в рамках реализации гранта РНФ (соглашение № 19-15-00379) нами начато исследование по оценке эффективности разработанного препарата на основе бактериофагов в гелевой форме для профилактики мочевой инфекции при проведении лечебных и диагностических манипуляций в урологии. Серия проведенных собственных клинико-экспериментальных исследований показала сравнительно высокую эффективность исследуемого препарата в снижении частоты симптоматической катетер-ассоциированной инфекции у пациентов при проведении различных лечебно-диагностических процедур [76, 77].
Растет доказательная база применения коллаген-связывающего белка (p29) [78] и липотейхоевой кислоты [79] в ряду альтернативных мер борьбы с биопленками.
Таким образом, биопленка – одна из основных причин устойчивости микроорганизмов к антибиотикам и развития хронических инфекций. В ходе проведенного анализа показано, что в основе резистентности биопленок к антибиотикам главенствующая роль отводится свойству измененных клеток и внеклеточного матрикса. Неспособность противомикробных препаратов воздействовать на образовавшуюся биопленку связана с множеством механизмов, главным из которых является неспособность препарата проникать на всю глубину биопленки. Помимо этого к механизмам повышенной устойчивости бактерий к антибиотикам в биопленках относят измененную микросреду в биопленке, приводящую к уменьшению скорости деления бактерий, адаптивные реакции биопленки и генную изменчивость персистирующих в биопленке бактерий. В связи с увеличением количества применяемых медицинских биоматериалов, используемых в урологии, крайне важно иметь эффективный метод предотвращения образования биопленок. Несмотря на то что механизм образования биопленок широко изучен, идеальный метод профилактики так и не разработан. Из-за неэффективности антибиотиков для подавления бактериальной биопленки безусловно необходим поиск новых стратегий профилактики. Использование альтернативных средств (пробиотиков и их метаболитов, ферментов и бактериофагов) служит многообещающим подходом к контролю за образованием биопленок на медицинских устройствах, применяемых в урологии. Несмотря на высокую стоимость производства, пробиотики и ферменты, уничтожающие биопленку, могут быть использованы в качестве альтернативы или в качестве синергетического помощника в терапии антибактериальными препаратами при лечении хронических инфекций. Стоимость производства бактериофагов, напротив, сравнительно невысока.
К особенностям бактериофагов можно отнести их высокую специфичность, «принадлежность» фага к конкретному штамму бактерий. Cовременные препараты на основе бактериофагов содержат несколько видов фагов (коктейлей), воздействующих на основные, в том числе антибиотикорезистентные, возбудители. Благодаря высокой специфичности бактериофаг не оказывает действия на облигатную флору. Проведение широкомасштабных мультицентровых исследований, оценивающих эффективность альтернативных методов, препятствующих возникновению биопленок, позволит осуществить персонализированный подход к терапии инфекционных заболеваний органов мочевыделительной системы.
