Тваринництво
Головне:
Тваринництво

Бактеріальні біоплівки

The Ukrainian Farmer
Джерело:
The Ukrainian Farmer
Поділитись:
Бактеріальні біоплівки
 
 

Деякі бактерії здатні утворювати біоплівки, що являє собою захисний матрикс, у якому вони можуть розмножуватися й уникати дії антибіотиків та імунної системи. 

 

Біоплівки — це структуровані угруповання бактерій, обмежені загальною захисною полімерною мембраною й прикріплені до інертної або живої поверхні. По суті біоплівки є захисною «нішею», у якій бактерії можуть розмножуватися та виживати в різних несприятливих умовах (наприклад, у водоймах із безперервним потоком). На додаток до захисту від фізичних і хімічних чинників середовища, біоплівка сприяє позаклітинному обміну речовин (т. з. кворум сенсинг) і концентруванню на поверхні бактеріальних клітин поживних речовин. Патогенні мікроорганізми, у свою чергу, використовують біоплівку для захисту від імунної системи господаря й впливу антимікробних речовин. 

 

У більшості природних середовищ мікроорганізми прагнуть прикріпитися до доступних поверхонь. Таким чином, вільну форму бактерій можна розглядати як спосіб заселення нових територій. Початкова фаза утворення біоплівки складається з двох етапів. Перший полягає в приєднанні клітин до поверхні за допомогою адгезинів (білків, асоційованих із клітинною стінкою). Прикріплення до природних полімерних поверхонь поліпшується також за наявності матричних білків, зокрема фібронектину й фібриногену. Після первинного прикріплення бактерій до поверхні формуються їхні невеликі агрегати, що виробляють екзополісахариди, які полегшують приєднання різних видів бактерій. На другому етапі відбувається розмноження бактерій і утворення зрілої структури матриксу, що складається з багатьох шарів клітин, з’єднаних між собою позаклітинними полісахаридами. Крім того, в процесі росту багато бактерій (наприклад, стафілококи) синтезують шар полісахаридів, що додатково захищає бактеріальну біоплівку. Потенціал утворення будь-якої бактеріальної біоплівки обмежено наявністю поживних речовин. Іншими чинниками, що впливають на формування біоплівки є рН, рівень перфузії кисню, наявність джерела вуглецю і азоту. Біоплівки існують в динамічній рівновазі. Коли розміри біоплівок досягають критичної маси, зовнішній клітинний шар починає відділятися у вигляді вільних бактерій. Ці бактерії, які відокремилися, здатні колонізувати нові поверхні. Формування біоплівок відіграє значну роль у патогенезі багатьох інфекцій людини й тварин, спричинених різними мікроорганізмами, такими як стафілококи, стрептококи, Pseudomonas aеruginosa, Haemophilus influenzae й ін. 

 

Властивості біоплівок 

 

Утворення біоплівки дозволяє бактеріям протидіяти антибактеаріальній терапії, забезпечує хронізацію інфекції і стійкість до імунітету господаря. Стійкість бактерій, що є в біоплівці, до антимікробних агентів (наприклад, антибіотиків, дезінфектантів) пов’язана з такими чинниками: 

 

  • підвищена складність проникнення антибіотиків й антимікробних речовин через позаклітинний полімерний шар; 
  • зменшення швидкості поділу клітин (β-лактамні антибіотики, наприклад,  активні тільки проти грампозитивних бактерій, які розмножуються швидко); 
  • наявність резистентних фенотипів у генетично неоднорідній бактеріальній популяції (це означає, що іноді, один раз на мільйон, з’являються бактерії стійкі до антибіотиків і які згодом утворюють чисельну генерацію мультирезистентних бактерій); 
  • велика резистентність до фагоцитозу. 

Доведено, що проникнення позитивно заряджених аміноглікозидів у внутрішні шари біоплівки затримується шляхом їх зв’язування з її негативно зарядженим матриксом, таким, скажімо, як альгінат у біоплівках бактерій Pseudomonas aeruginosa. Стійкість до імунітету господаря сприяє тривалому перебігові інфекцій. Зазвичай вільні бактерії здатні стимулювати вироблення антитіл, але ці антитіла не будуть ефективними проти бактерій у глибших шарах біоплівки й можуть спричиняти імуноопосередковане пошкодження навколишніх тканин. Навіть в організмі з повноцінним імунним потенціалом інфекції, викликані бактеріями, здатними формувати біоплівки, мало інактивуються механізмами захисту господаря. Біоплівки сприяють хронізації інфекцій людини й тварин. А специфічний спосіб поширення біоплівок дозволяє патогенним бактеріям тривалий час персистувати в інфікованому організмі. 

 

Характеристика біоплівок Staphylococcus aureus 

 

Staphylococcus aureus є основним агентом контагіозного маститу корів, його здатність утворювати біоплівки є важливим чинником вірулентності під час розвитку стафілококової інфекції. Основна складова позаклітинного матриксу, що відповідає за міжклітинні взаємодії в культурі Staphylococcus aureus, це екзополісахариди, такі як полі-N-ацетил-β-1 і 6-глюкозамін (PNAG), що синтезується ферментами, закодованими в опероні icaADBC. 

 

Деякі дослідження показали, що icaADBC-оперон, що кодує ферменти, які необхідні для біосинтезу екзополісахаридів PNAG, був виявлений у 94,36– 100% штамів Staphylococcus, виділених за гострого маститу. Тобто синтезувати біоплівку можуть майже всі штами стафілококів. Крім того, виявлена здатність утворювати біоплівки в бактерій, виділених за гострого маститу в культурі in vitro. 

 

Іn vivo наявність комплексу екзополісахаридів підтверджено шляхом кількісного аналізу специфічних антитіл до PNAG і SAAC (Slime Associated Antigenic Complex — слиз-асоційований антигенний комплекс) в овець і корів, експериментально інфікованих бактеріями Staphylococcus aureus у вим’я. 

 

Вакцинація проти Staphylococcus aureus 

 

Спроби створити нові ефективні вакцини проти бактеріальних інфекцій, зокрема й проти Staphylococcus aureus, не завжди ведуть до успіху через формування у бактерій резистентності до антибіотиків і з появою таких штамів, як метицилін-резистентні стафілококи. Ці чинники диктують скорочення застосування антибіотиків у тваринництві. Вакцини проти маститу мають мінімізувати запальну реакцію в місці ін’єкції і забезпечувати високу профілактичну й економічну ефективність. Перші розробки протимаститних вакцин були спрямовані на утворення імунітету проти матриксу біоплівки навколо клітин Staphylococcus aureus, а саме на PNAG. Такий тип вакцини давав позитивні результати за імунізації овець. Пізніше, вже під час апробації вакцинації великої рогатої худоби, була продемонстрована важлива роль у боротьбі проти Staphylococcus aureus специфічних антитіл проти іншого компонента біоплівки — SAAC. Для перевірки імуногенності цієї складової матриксу біоплівки, коровам вводили SAAC в комплексі з клітинами стафілококів. У результаті у тварин, імунізованих великими концентраціями SAAC, після вакцинації спостерігали високий рівень SAACспецифічних антитіл. Установлено наявність високої імуногенності SAAC й ефективність використання цього компоненту матриксу біоплівки для вакцинації корів проти різних штамів Staphylococcus aureus. Важлива перевага PNAG або SAAC як антигенного компонента вакцини полягає в тому, що різні штами Staphylococcus aureus виробляють обидві фракції цих речовин, тому вакцина, яка міститиме хоча б один із зазначених компонентів (наприклад, препарат Стартвак від компанії Laboratorios Hipra, S. A.), зможе забезпечити крос-протекцію проти різних штамів Staphylococcus aureus, які спричиняють мастит. 

 

Отже, в багатьох наукових роботах доведено, що найбільшим захисним потенціалом проти золотистого стафілокока, який є збудником контагіозних маститів корів, характеризуються вакцини, в складі яких є антиген біоплівки бактерій. Цей антиген запобігає формуванню захисної біоплівки стафілококу під час інфекції й значно збільшує ефективність лікування. 

 

 

Адаптував спеціаліст із технічної підтримки Олексій Нечипуренко
Laboratorios Hipra, S.A.

журнал “The Ukrainian Farmer”, лютий 2019 року

  

Усі авторські права на інформацію розміщену у журналі “The Ukrainian Farmer” та інтернет-сторінці журналу за адресою https://agrotimes.ua/journals належать виключно видавничому дому «АГП Медіа» та авторам публікацій, згідно Закону України “Про авторське право та суміжні права”.
Використання інформації дозволяється тільки після отримання письмової згоди від видавничого дому «АГП Медіа».

Джерело:
The Ukrainian Farmer
Поділитись: