Биопленкообразование Escherichia coli как триггер катетер-ассоциированных инфекций мочевыводящих путей
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.1.2Ключевые слова:
уропатогенная Escherichia coli (UPEC), адгезия, биопленка, уретральные катетеры, конъюгация, F-плазмидаАннотация
Широкое применение в урологической практике биологических и искусственных материалов, на поверхности которых формируются бактериальные биопленки, повышает риск персистенции возбудителя в организме. На сегодняшний день остро стоит проблема катетер-ассоциированных инфекций мочевыводящих путей (ИМВП), которые чаще всего вызваны штаммами уропатогенной Escherichia coli (UPEC), как в монокультуре, так и в составе полимикробных ассоциаций с фекальной микробиотой. Бактериальная адгезия и колонизация поверхности катетеров определяются, с одной стороны, природой полимерного материала, с другой - набором фимбриальных и афимбриальных адгезинов, а также белков наружной мембраны этиопатогенов. Прикрепление бактерий к клеткам в биотопах макроорганизма также опосредуется различными адгезинами и имеет важное значение в патогенезе ИМВП. В прикрепленных микробных сообществах создаются оптимальные условия для горизонтального переноса генов (ГПГ), кодирующих многочисленные факторы патогенности и антибиотикоустойчивости, посредством конъюгации и мобилизации. Вместе с тем конъюгативный перенос может внести дополнительную динамику в формирование биопленки за счет усиленной экспрессии факторов слипания во время передачи плазмиды. В рамках выполнения научных проектов изучены генетические адгезионные профили уропатогенных штаммов E. coli, оценена их связь с адгезией с учетом типа атакуемого материала, определено влияние некоторых антибактериальных препаратов на колонизацию поверхности уретральных катетеров. Кроме того, в планктоне и биопленке исследована частота передачи F-плазмиды в зависимости от биологических свойств штаммов-реципиентов: филогенетической группы, уровня иопленкообразующей способности, лизогении, бактериоциногении и бактериоциночувствительности. Полученные данные будут способствовать большему пониманию механизмов внутривидового взаимодействия E. coli в биопленках, что позволит выявить особенности и закономерности персистирования UPEC при катетер-ассоциированных ИМВП.
Библиографические ссылки
- Брилис В.И., Брилен Т.А., Ленцнер Х.П. Методика изучения адгезивного процесса микроорганизмов // Лабораторное дело. – 1986. – № 4. – С. 210–212.
- Данилов, В.С., Зарубина А.П., Ерошников Г.Е., Соловьева Л.Н., Карташев Ф.В., Завильгельский Г.Б. Сенсорные биолюминесцентные системы на основе lux-оперонов разных видов люминесцентных бактерий // Вестник МГУ. Биология. – 2002. – № 3. – С. 20–24.
- Кузнецова М.В., Гизатуллина Ю.С. Генетические профили адгезии и адгезивная вариабельность уропатогенных штаммов Escherichia coli // Инфекция и иммунитет. – 2021. – Т. 11. – №3. – С. 481–490.
- Кузнецова М.В., Проворова С.В., Кубарев О.Г., Юдин Д.C., Каримова Н.В., Баяндина Н.В., Теплякова М.А., Демаков В.А. Сравнительная характеристика штаммов уропатогенной Escherichia coli, выделенных в условиях поликлиники и стационара // Урология. – 2018. – № 6. – С. 37–44.
- Набока Ю.Л., Алькина А.К., Коган М.И., Гудима И.А., Ибишев Х.С., Джалагония К.Т., Черницкая М.Л. Мониторинг микробиоты мочи и антибиотикорезистентности уропатогенов в одном урологическом стационаре // Вестник урологии. – 2020. – Т. 8. – №3. – С. 47–57.
- Николаев Ю.А. Регуляция адгезии у бактерий Pseudomonas fluorescens под влиянием дистантных
межклеточных взаимодействий // Микробиология. – 2000. – Т. 69. – № 3. – С. 356–361. Новаковский А.Б. Взаимодействие Еxcel и статистического пакета для обработки R данных в экологии // Вестник института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. – 2016. – №3 (197). – С. 26–33. Овчинникова П.П., Богданова Т.М. Катетер-ассоциированные инфекции мочеполовых путей: зависимость течения инфекции от длительности катетеризации // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 5. – С. 52. Палагин И.С. и исследовательская группа «ДАРМИС-2018». Антибиотикорезистентность возбудителей внебольничных инфекций мочевых путей в России: результаты исследования «ДАРМИС-2018» // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2019. – Т. 21. – №2. – С. 134–146. Перепанова Т.С. Федеральные клинические рекомендации-2015. Антимикробная терапия и профилактика инфекций почек, мочевыводящих путей и мужских половых органов //
Терапевтический архив. – 2016. – №88(4). – С. 100–104. Плакунов В.К., Мартьянов С.В., Тетенева Н.А., Журина М.В. Универсальный метод количественной характеристики роста и метаболической активности микробных биопленок в
статических моделях // Микробиология. – 2016. – Т. 85. – №4. – С. 484–480. Сухина М.А., Калашникова И.А., Кашников В.Н., Веселов А.В., Михалевская В.И., Пиядина А.Ю. Влияние антибактериальных веществ на рост биопленки клинических изолятов // Колопроктология. – 2018. – №2. – С. 78–84. Ahearn D.G., Grace D.T., Jennings M.J., Borazjani R.N., Boles K.J., Rose L.J., Simmons R.B., Ahanotu E.N. Effect of hydrogel/silver coating on in vitro adhesion to catheters of bacteria associated with urinary tract infections // Curr. Microbiol. – 2000. – Vol. 41. – P. 120–125. Bethke J.H., Davidovich A., Cheng L., Lopatkin A.J., Song W., Thaden J.T., Fowler V.G., Xiao M., You L. Environmental and genetic determinants of plasmid mobility in pathogenic Escherichia coli // Sci. Advances. – 2020. – Vol. 6(4).Burmølle M., Bahl M.I., Jensen L.B., Sørensen S.J., Hansen L.H. 1 Type 3 fimbriae, encoded by the conjugative plasmid pOLA52, enhance biofilm formation and transfer frequencies in Enterobacteriaceae strains // Microbiol. – 2008. – Vol. 154. – P. 187–195.Dudley E.G., Abe C., Ghigo J.M., Latour-Lambert P., Hormazabal J.C., Nataro J.P. An IncI1 plasmid contributes to the adherence of the atypical enteroaggregative Escherichia coli strain C1096 to cultured cells and abiotic surfaces // Infect. Immun. – 2006. – Vol. 74. – P. 2102–2114.Ghigo J.M. Natural conjugative plasmids induce bacterial biofilm development // Nature. – 2001. – Vol. 412. – P. 442–445.Giray B., Uçar F.B., Aydemir S.Ş. Characterization of uropathogenic Escherichia coli strains obtained from urology outpatient clinic of Ege Medical Faculty in İzmir // Turk. J. Med. Sci. – 2012. – Vol. 42. – Р. 1328–1337.Grabe M., Bartoletti R., Bjerklund Johansen T.E., Cai T., Çek M., Köves B., Naber K.G., Pickard R.S., Tenke P., Wagenlehner F., Wullt B. Guidelines on urological infections. European Association of urology. – 2015. – 86 pp.Halaji M., Shahidi S., Atapour A., Ataei B., Feizi A., Havaei S.A. Characterization of extendedspectrum β-lactamase-producing uropathogenic Escherichia coli among Iranian kidney transplant
patients // Infect. Drug. Resist. – 2020. – Vol. 15(13). – Р. 1429–1437.Høyland-Kroghsbo N.M., Mærkedahl R.B., Svenningsen S.Lo. A quorum-sensing-induced bacteriophage defense mechanism // MBio. – 2013. – Vol. 19(4). – Р. 1–8.Ishikawa K. [et al.] The nationwide study of bacterial pathogens associated with urinary tract infections conducted by the Japanese Society of Chemotherapy // J. Infect. Chemother. – 2011. – Vol. 17. – Р. 126–138.Jin Y., Samaranayake L.P., Samaranayake Y., Yip H.K. Biofilm formation of Candida albicans is variably affected by saliva and dietary sugars // Arch. Oral Biol. – 2004. – Vol. 49(10). – P. 789–798.Kuznetsova M.V., Maslennikova I.L., Pospelova J.S., Zgur Bertok D., Starčič Erjavec M. Differences in recipient ability of uropathogenic Escherichia coli strains in relation with their pathogenic potential // Inf.
Gen. Evol. – 2022. – Vol. 97: 105160. Laganenka L., Sander T., Lagonenko A., Chen Y., Link H., Sourjik V. Quorum sensing and metabolic state of the host control lysogeny-lysis switch of bacteriophage T1 // MBio. – 2019. – Vol. 10. – P. 3–8.Leungtongkam U., Thummeepak R., Tasanapak K., Sitthisak S. Acquisition and transfer of antibiotic resistance genes in association with conjugative plasmid or class 1 integrons of Acinetobacter baumannii // PLoS One. – 2018. – Vol. 13(12): e0208468.Magiorakos A.-P. Srinivasan A., Carey R.B., Carmeli Y., Falagas M.E., Giske C.G., Harbarth S., Hindler J.F., Kahlmeter G., Olsson-Liljequist B., Paterson D.L., Rice L.B., Stelling J., Struelens M.J., Vatopoulos A., Weber J.T., Monnet D.L. Multidrug-resistant, extensively drug-resistant and pandrugresistant bacteria: an international expert proposal for interim standard definitions for acquired resistance // Clin. Microbiol. Infect. – 2012. – Vol. 18(3). – P. 268–281. Merritt J.H., Kadouri D.E., O'Toole G.A. Growing and analyzing static biofilm // Curr. Protoc. Microbiol. – 2005. – Vol. 1: Unit-1B.1.Moges A.F., Genetu A., Mengistu G. Antibiotic sensitivities of common bacterial pathogens in urinary tract infections at Gondar Hospital, Ethiopia // East. Afr. Med. J. –2002. – Vol. 79. – P. 140–142.Mulvey M.A. Adhesion and entry of uropathogenic Escherichia coli // Cell Microbiol. – 2002. – Vol. 4(5). – P. 257–271.Naves P., del Prado G., Huelves L., Gracia M., Ruiz V., Blanco J., Dahbi G., Blanco M., del Carmen Ponte M., Soriano F. Correlation between virulence factors and in vitro biofilm formation by Escherichia coli // Microb. Pathog. – 2008. – Vol. 45. – P. 86–91.O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis // Mol. Microbiol. – 1998. – Vol. 28(3). – Р. 449–461. Pickard R., Lam T., Maclennan G., Starr K., Kilonzo M., McPherson G., Gillies K., McDonald A., Walton K., Buckley B., Glazener C., Boachie C., Burr J., Norrie J., Vale L., Grant A., N'dow J. Types of urethral catheter for reducing symptomatic urinary tract infections in hospitalised adults requiring short-term catheterisation: multicentre randomised controlled trial and economic evaluation of antimicrobial- and antiseptic-impregnated urethral catheters (the CATHETER trial) // Health Technol. Assess. – 2012. – Vol. 16(47). – Р. 1–197.Schumm K., Lam T.B. Types of urethral catheters for management of short-term voiding problems in hospitalized adults // Cochrane Database Syst. Rev. – 2008. – Vol. 16(2): CD004013.Stalder T., Top E. Plasmid transfer in biofilms: a perspective on limitations and opportunities // NPJ Biofilms Microbiomes. – 2016. – Vol. 2.16022.Sun D., Jeannot K., Xiao Y., Knapp C.W. Editorial: Horizontal gene transfer mediated bacterial antibiotic resistance // Front. Microbiol. – 2019. – Vol. 10:1933.Tan D., Hansen M.F., de Carvalho L.N., Røder H.L., Burmølle M., Middelboe M., Svenningsen S.L. High cell densities favor lysogeny: induction of an H20 prophage is repressed by quorum sensing and enhances biofilm formation in Vibrio anguillarum // ISME J. – 2020. – Vol. 14. – P. 1731–1742.