Хапцев З. Ю., Агольцов В. А., Радионов Р. В., Жукова Г. А. Биопленки микроорганизмов и их значение в ветеринарии и медицине // Научная жизнь. 2020. Т. 15. Вып. 1. С. 105-120. DOI: 10.35679/1991-9476-2019-15-1-105-120

Хапцев Заур Юрьевич, канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры «Микробиология, биотехнология и химия», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

Агольцов Валерий Александрович, д-р ветеринар. наук, профессор, профессор кафедры «Болезни животных и ветеринарно-санитарная экспертиза», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

Радионов Роман Владимирович, канд. биол. наук, ассистент кафедры «Болезни животных и ветеринарно-санитарная экспертиза», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

Жукова Галина Анатольевна, студент 4 курса направления подготовки «Биотехнология», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

Тел.: (917) 207-40-45

E-mail: Agoltsov-Saratov@yandex.ru

Достоверно установлено, что биопленки являются наиболее распространенным способом существования бактерий в природе. Биопленки с высокой устойчивостью к антибиотикам и противомикробным препаратам являются источником более 65 % инфекций, связанных со здравоохранением, которые, по данным ВОЗ, ежегодно поражают 1,4 миллиона человек. Для практической медицины и ветеринарии особенно важно, что бактерии в биопленках обладают повышенной выживаемостью в присутствии агрессивных веществ, факторов иммунной защиты и антибиотиков. Бактерии и грибы в биопленках выживают в присутствии антибиотиков в количествах в 500-1000 раз больших, чем их минимальная подавляющая концентрация in vitro, что не может быть достигнуто при введении препаратов в дозировках, рекомендованных для практики. В ветеринарии, инфекции, связанные с образованием биопленок, могут служить причиной длительно протекающих маститов, эндометритов, циститов, уретритов и отитов животных. Из патогенных и условно-патогенных микроорганизмов способность образовывать биопленки описана у Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus mastitis, Streptococcus fecalis, Escherichia coli, а также Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa. В последнее время в качестве этиологического фактора различных заболеваний у животных большое внимание уделяется условно-патогенным микроорганизмам, относящимся к роду Enterococcus. Представители данного рода могут быть причиной ряда заболеваний у животных – маститов, инфекций мочевыводящих путей, сепсиса и ряда других заболеваний. Энтерококки по своей природе устойчивы к ряду антимикробных препаратов, обычно используемых для лечения инфекций, вызванных грамположительными организмами. Кроме того, способность энтерококков приобретать устойчивость к антибиотикам посредством переноса плазмид и транспозонов, хромосомного обмена или мутации, что, безусловно, представляет значительную проблему для терапии вызываемых заболеваний. Учитывая, что биопленки устойчивы к традиционным методам антибактериальной терапии, а также возникающие в связи с этим проблемы в медицине и ветеринарии в последние годы идет активный поиск веществ, в том числе природного происхождения, способствующих разрушению биопленок.  

Список литературы:

1. Авзалова А. Ф., Галиуллин А. К. Обеспечение качества санитарно-гигиенического состояния молочного оборудования // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. –Т. 237. –С. 7-10.

2. Гладких П. Г. Значение микробных биопленок в инфекционной патологии человека (обзор) – Текст: электронный // Вестник новых медицинских технологий. – 2015. – №1. Публикация 3-2. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2015-1/5096.pdf (дата обращения: 16.10.2019.

3. Джей Д. М., Лесснер М. Д., Гольден Д. А. “Современная пищевая микробиология”. Пер. 7-го англ. / Д. М. Джей. – М.: БИНОМ, 2012. – 890 с.

4. Елинов Н. П. Структурированные и неструктурированные формы существования микромицетов в искусственных и естественных условиях // Проблемы медицинской микологии. – 2009. – Т. 11, № 3. – С. 3–9.

5. Ильина Т. С., Романова Ю. М., Раковская И. В. Формы адаптации бактерий к условиям внешней среды / В кн. Руководство по медицинской микробиологии. Книга 2 / Под ред. Лабинской А. С. и др. – М.: БИНОМ, 2010. – С. 19-46.

6. Карабанов С. Ю. Видовой состав и свойства биопленкообразующих бактерий при хронических отитах у собак и совершенствование методов лечения больных животных: дис. ... на соискание уч. степени канд. ветеринар. наук: 06.02.02 «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина», Москва, 2018. – 146 с.

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

8. Павлова И. Б., Ленченко Е. М., Банникова Д. А. Атлас морфологии популяций патогенных бактерий. – М.: Колос, 2007. – 180 с.

9. Павлова И. Б., Банникова Д. А., Кононенко А. Б., Камбарова С. Ю. Электронномикроскопическое исследование взаимодействия молочнокислых бактерий с патогенными микроорганизмами // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2013. – № 1. – С. 55-58.

10. Пошвина Д. В. Характеристика вирулентного потенциала клинических изолятов энтерококков, выделенных от животных: дисс. ... на соискание ученой степени канд. биол. наук: 06.02.02. Оренбургский государственный аграрный университет. – Оренбург, 2015. – 119 стр.

11. Кононенко А. Б., Павлова И. Б., Бритова С. В. [и др.] Распространение сальмонелл в объектах ветеринарного надзора и пути совершенствования оценки и контроля уровня их содержания // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. – 2012. – № 2 (8). – С. 39–43.

12. Гумеров В. Г., Евстифеев В. В., Макаев Х. Н., Галиуллин А. К. [и др.] Эпизоотологический и серологический мониторинг смешанных респираторно-кишечных инфекций крупного рогатого скота https://elibrary.ru/item.asp?id=37042460 // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. – 2019. – №1, т. 237. – С. 56-60.

13. Ting Xie [et al.] (2017). Antibacterial activity of food-grade chitosan against Vibrio parahaemolyticus biofilms Author links open overlay panel. Microbial Pathogenesis. September 2017. Volume 110, P. 291-297 [Электронныйресурс]. Режимдоступа: https://doi./10.1016/j.micpath. 2017.07.011.

14. Antibiofilm and antibacterial effects of specific chitosan molecules on Staphylococcus aureus isolates associated with bovine mastitis / Abdelhamid Asli, Eric Brouillette, Cealine Ster [et al.]. PLOS ONE – 2017 May 9 [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176988.

15. Anna Woz´niak-Biel, Gabriela Bugla-Płoskonska, Jakub Burdzy [et al.]. (2019). Antimicrobial Resistance and Biofilm Formation in Enterococcus spp. Isolated from Humans and Turkeys in Poland. MICROBIAL DRUG RESISTANCE. – vol. 25, Number 2. – Р. 277-286.

16. Branda S. S., Vik S., Friedman L., Kolter R. (2005). Biofilms: the matrix revisited. Trends Microbiol, 13, 20-6.

17. Characklis W. G. (1973). Attached microbial growths-II. / W.G. Characklis. Frictional resistance due to microbial slimes. Water Res, vol. 7, p. 1249–1258.

18. Zachary T. Kern, Megan E. Jacob, Jessica M. Gilbertie [et al.]. (2018). Characteristics of dogs with biofilm-forming Escherichia coliurinary tract infections. J Vet Intern Med, 32, p. 1645–1651. 

19. Chitosan disrupts biofilm formation and promotes biofilm eradication in Staphylococcus species isolated from bovine mastitis / Felipe Verónica, Breser María Laura, Bohl Luciana Paola [et al.] // International Journal

20.  Costerton J. W., Geesey G. G., Cheng K.-J. (1978). How bacteria stick. Sci Am, 238, p. 86–95.

21. Coque M. T., F. Baquero, C. Nombela, G. H. Cassell, J. A. Guitierrez (2008). Evolutionary biology of pathogenic enterococci. Evolutionary Biology of Bacterial and Fungal Pathogens, p. 501-521.

22. Barnes A. M., Ballering K. S., Leibman R. S. [et al.]. (2012). Enterococcus faecalis produces abundant extracellular structures containing DNA in the absence of cell lysis during early biofilm formation. mBio, 3 (4), e00193-12. 

23. Gomes F., Saavedra M. J., Henriques M. (2016). Bovine mastitis disease/pathogenicity: evidence of the potential role of microbial biofilms. Pathogens and Disease, 74 (3).

24. Gomes Fernanda, Rodrigues Maria Elisa, Martins Natália [et al.]. (2019). Phenolic Plant Extracts Versus Penicillin G: In Vitro Susceptibility of Staphylococcus aureus Isolated from Bovine Mastitis. Pharmaceuticals. – №12, 128. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: doi:10.3390/ph12030128.

25. Hammad A. M., Shimamoto T. (2014). Genetic characterization of antibiotic resistance and virulence factors in Enterococcus spp. from Japanese retail ready-to-eat raw fish. Food Microbiol, vol. 38, p. 62-66.

26. Heukelekian H., Heller A. (1940). Relation between food concentration and surface for bacterial growth / H. Heukelekian J. Bacteriol, vol. 40, p. 547–548.

27. Liu Y. [et al.] (2018). Inhibition of bacterial adhesion and biofilm formation of sulfonated chitosan against Pseudomonas aeruginosa. CarbohydratePolymers. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi./10.1016/j.carbpol.2018.11.015].

28. Jones H. C., Roth I. L., Saunders W. M. (1969). Electron microscopic study of a slime layer. J. Bacteriol, vol. 99, p. 316–325.

29. Kaczorek Edyta, Małaczewska Joanna. (2017). Biofilm production and other virulence factors in Streptococcus spp. isolated from clinical cases of bovine mastitis in Poland / Edyta Кaczorek, , Roman Wójcik, Аndrzej Krzysztof Siwicki. BMC Veterinary Research, 13, 398.

30. Leid J. G. (2005). The exopolysaccharide alginate protects Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria from IFNgamma-mediated macrophage killing. J. Immunol, 175, 7512-8.

31. Mah T.F., O’Toole (2001). Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents. Trends in Microbiology, 9, 34-9.

32. Melchior M. B., Vaarkamp H., Fink-Gremmels J. (2006). Biofilms: A role in recurrent mastitis infections? The Veterinary Journal, 171 (3), p. 398-407.

33.  Michael, Otto Staphylococcal biofilms (2018). Microbiol Spectr. – August, 6 (4). – doi:10.1128/microbiolspec.GPP3-0023-2018.

34. Ryan A. Ferris, Patrick M. McCue, Grace I. Borlee [et al.] (2017). Model of Chronic Equine Endometritis Involving a Pseudomonas aeruginosa Biofilm. Infection and Immunity, vol. 85, December — Issue 12, e00332-17.

35. Roya Ranita, Tiwaria Monalisa, Donellib Gianfranco, Tiwaria Vishvanath (2018). Strategies for combating bacterial biofilms: A focus on anti-biofilm agents and their mechanisms of action. VIRULENCE, 1, vol. 9, p. 522–554.

36. Spoering A. L., Gilmore M. S. (2006). Quorum sensing and DNA release in bacterial biofilms. Current Opinion in Microbiology, 9, 133-7.

37. Wang Can, Hou Jiapeng, van der Mei C. Henny, Busscher J. Henk, Ren Yijin (2019). Emergent Properties inStreptococcus mutans Biofilms Are Controlled through Adhesion Force Sensing by Initial Colonizers. mBio, Sep-Oct, 10 (5), p. 01908-01919.

38. Wingender Jost, Flemming Hans-Curt (2011). Biofilms in drinking water and their role as reservoir for pathogens. Int J Hyg Environ Health, 214 (6), p. 417-23.

39. Zobell C. E. (1943). The effect of solid surfaces on bacterial activity. J. Bacteriol, vol. 46, p. 39–56.

BIOFILMS OF MICROORGANISMS AND THEIR SIGNIFICANCE IN VETERINARY MEDICINE AND MEDICINE

Khaptsev Zaur Yuryevich, Cand. of Biol. Sci., Ass. Prof., Ass. Prof. of the department “Microbiology, Biotechnology and Chemistry”, Saratov State Agrarian University named after of N. I. Vavilova, Saratov, Russia.

Agoltsov Valery Alexandrovich, Dr. of Vet. Sci., Prof., Prof. of the department “Animal Diseases and Veterinary and Sanitary Expertise”, Saratov State Agrarian University named after of N. I. Vavilova, Saratov, Russia.

Radionov Roman Vladimirovich, Cand. of Biol. Sci., Assistant of the department “Animal Diseases and Veterinary and Sanitary Expertise”, Saratov State Agrarian University named after of N. I. Vavilova, Saratov, Russia.

Zhukova Galina Anatolyevna, student of the direction of preparation “Biotechnology”, Saratov State Agrarian University named after of N. I. Vavilova, Saratov, Russia.

Abstract. It has been reliably established that biofilms are the most common way of the existence of bacteria in nature. Biofilms that are highly resistant to antibiotics and antimicrobials are the source of over 65% of health-related infections, which, according to WHO, infect 1.4 million people each year. For practical medicine and veterinary medicine, it is especially important that bacteria in biofilms have increased survival in the presence of aggressive substances, immune defense factors and antibiotics. Bacteria and fungi in biofilms survive in the presence of antibiotics in quantities 500-1000 times greater than their minimum inhibitory concentration in vitro, which cannot be achieved with the introduction of drugs in dosages recommended for practice. In veterinary medicine, infections associated with the formation of biofilms can cause long-lasting mastitis, endometritis, cystitis, urethritis and otitis media. From pathogenic and opportunistic microorganisms, the ability to form biofilms is described in Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus mastitis, Streptococcus fecalis, Escherichia coli, as well as Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Pseudomonas aerugosa. Recently, as an etiological factor in various diseases in animals, much attention has been paid to opportunistic microorganisms belonging to the genus Enterococcus. Representatives of this genus can be the cause of a number of diseases in animals - mastitis, urinary tract infections, sepsis and a number of other diseases. Enterococci are inherently resistant to a number of antimicrobial agents commonly used to treat infections caused by gram-positive organisms. In addition, the ability of enterococci to acquire antibiotic resistance through transfer of plasmids and transposons, chromosomal metabolism or mutation, which, of course, is a significant problem for the treatment of diseases caused. Given that biofilms are resistant to traditional methods of antibiotic therapy, as well as problems arising in connection with this in medicine and veterinary medicine, in recent years there has been an active search for substances, including those of natural origin, that contribute to the destruction of biofilms.