double arrow

Биопленки, их строение, свойства, виды социальных реакций

Особую форму колониальной организации микроорганизмов представляют собой биопленки. Они представляют собой микроколонии, сформированные в слизистом матриксе и разделённые открытыми (часто заполняемыми водой) каналами - своего рода аналог примитивной "циркуляторной системы", доставляющей питательные субстраты и убирающей продукты метаболизма.

В колониях бактерии Alcaligenes sp. обнаружены поры и каналы, а также более специализированные структуры ("газовые баллоны"), окруженные своеобразной "мембраной" и содержащие внеклеточные гемопротеины. Предположительно, такие структуры способствуют транспорту О2 к клеткам в колониях (агрегатах), т. е. речь идёт об аналоге дыхательной системы органов.

Продуцируемый микробами матрикс препятствует проникновению лекарственных средств, что повышает устойчивость бактерий к антибиотикам в десятки, а то и в сотни раз. В составе биопленки бактерии длительно сохраняются в организме хозяина и становятся устойчивыми к действию как гуморального, так и клеточного иммунитета. Поэтому наличие хронических инфекционных заболеваний определяется именно тем, что бактерии способны образовывать биопленки и, длительно персистируя, сохраняться в организме хозяина. Когда биопленки достигают определенного размера, от них начинают отрываться части, которые с помощью кровотока или по желудочно-кишечному тракту разносятся по организму. Происходит образование новых очагов роста биопленки (аналогия метастазирования злокачественных клеток).

Бактерии способны формировать биопленки не только на биологических поверхностях, но и на дереве, пластмассе, металле, например, при транспортировке нефти, на хирургическом инструментарии, эндоскопах, медицинском имплантируемом оборудовании (линзы, катетеры, искусственные клапаны сердца). С биопленками, образующимися на поверхностях стен, полов, кроватей, тесно связана и проблема внутрибольничных инфекций, поскольку ни УФО, ни дезсредства не помогают.

Иногда биопленки могут быть полезными, например, их применяют для обеззараживания отработанных и сточных вод. Нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта образует биопленки, которые хорошо и надежно защищают наши слизистые от повреждающих агентов.

В природе биопленки распространены повсеместно. Установлено, что свыше 95% существующих в природе бактерий находятся в биопленках. Они формируются в условиях текучести и только после достижения бактериями определенной плотности – от 1 до 10 млн в 1 мл. В этом случае бактерии выделяют высокоспецифичные сигнальные молекулы (автоиндукторы). Автоиндукторы посредством регуляторных белков экспрессируют гены, которые запускают синтез полисахаридов, образующих капсулы на поверхности этой бактериальной массы. В итоге образуется микробное сообщество, где ряд функций все типы клеток выполняют вместе, и в то же время происходит распределение обязанностей. В этом и состоит социальное поведение бактерий.

Могут формироваться и сложные сообщества, которые состоят из бактерий разных видов. В одну биопленку объединяются не только грамотрицательные и грамположительные микроорганизмы, но даже простейшие. В этих случаях работают те же принципы, только автоиндукторы имеют более широкую специфичность.

Пока препаратов, которые можно было рекомендовать к практическому использованию, не существует. Но есть понимание, как их создавать. Исходя из того, что ученые хорошо изучили механизмы формирования биопленок, сейчас активно идут поиски методов их разрушения. Это наиболее серьезный радикальный подход к лечению хронических инфекционных заболеваний. Других методов на сегодняшний день не существует: антибиотики бессильны, а остальные средства лишь симптоматические. Одно из возможных решений этой проблемы – поиск антипатогенных препаратов, которые, в отличие от антимикробных (вызывающих гибель или подавление роста бактерий), обладали бы способностью снижать или блокировать их вирулентность, в результате чего с инфекцией смогла бы справиться иммунная система организма. Мишенями таких антипатогенных лекарственных средств могут стать системы регуляции бактерий, контролирующие экспрессию факторов вирулентности. Открытие систем коммуникации бактерий (системы QS), контролирующих важные стадии инфекционных процессов, включая образование факторов вирулентности и биопленок, позволил вплотную подойти к этой цели. Используются разные стратегии, связанные с прерыванием цепи событий в процессе работы системы QS, включая подавление образования автоиндукторов, распространения и восприятия их сигналов. Появились сообщения о веществах, способных ингибировать синтез автоиндукторов. Например, для P.aeruginosa в качестве таких ингибиторов названы различные аналоги S-аденозилметионина, определенные макролидные антибиотики, применяемые в субминимальных концентрациях, эритромицин. Из окружающей среды выделены бактерии, способные вызывать деградацию молекул автоиндукторов или метаболизировать их.

Основные свойства биопленки:

Ø взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов;

Ø микроорганизмы собраны в микроколонии;

Ø микроколонии окружены защитным матриксом;

Ø внутри микроколоний — различная среда;

Ø микроорганизмы имеют примитивную систему связи;

Ø микроорганизмы в биопленке устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и реакции организма хозяина;

Ø бактерия в биопленке вырабатывает такие вещества, которые она не продуцирует, будучи в культуре;м

Ø икроорганизмы в биопленке ведут себя не так, как бактерии в культурной среде.

Схематическое изображение основных форм социального поведения микроорганизмов

 
 



Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: