CC BY
29
УДК:[616.288.71-089.85-002.3:546.82:549.282/.283:549.261]-092.9-078:57.083.18 Бондаренко О.В., Мишина М.М., Ященко М.И., Демина Е.В.
ФОРМИРОВАНИЕ БИОПЛЕНОК МИКРООРГАНИЗМАМИ ПРИ ПИРСИНГЕ УШНЫХ РАКОВИН
Харьковский национальный медицинский университет
Изучена способность различных видов микроорганизмов к образованию биопленок при использовании изделий из разного вида металлов в течение 60 дней наблюдения. Установлено, что при использовании изделий для пирсинга ушных раковин из серебра или золота уменьшается риск возникновения гнойно-воспалительного процесса, снижается оптическая плотность биопленок в течение 60 дней наблюдения, как одного из основных факторов патогенности и резистентности к антимикробным препаратам микроорганизмов.
Ключевые слова: микроорганизмы, гнойно-воспалительный процесс, биопленки, пирсинг, изделия из стали, титана, серебра и золота. Работа выполнена в рамках плана научных исследований Харьковского национального медицинского университета и является фрагментом комплексной научной работы кафедры оториноларингологии «Вивчення та моделювання гострих та хрончних патологiчних процеав ЛОР органiв для тдвищення ефективнот Тх лкування», № государственной регистрации 011би004985, УДК[616.211+616.216]-002.1/.2-003.6-02-092-036-07-08(047.31)
Вступление
В последнее десятилетие интенсивное изучение различных процессов, реализуемых при наличии достаточной плотности популяции микроорганизмов, вышло на новый теоретический и методический уровень. Исследователями [1,2] установлено, что бактерии проявляют различные формы коллективного поведения: кооперацию, координированную агрессию. Кроме того, микроорганизмы формируют надклеточные системы, которые можно рассматривать как бактериальные биосоциальные системы, характеризующиеся целостностью, единым жизненным циклом и организацией. Таким образом, выбор популяцией микроорганизмов оптимального варианта взаимодействия с внешней средой и клетками высших организмов осуществляется в результате обмена информацией между отдельными биообъектами, что можно считать социальным поведением [3,4]. Такое взаимодействие отдельных микроорганизмов возможно в их конголомерации, которые именуются биопленками. Другими словами - биопленки - это высокоорганизованные, подвижные, гетерогенные биологические системы, которые состоят из активно функционирующих клеток, и из клеток, находящихся в состоянии покоя и заключенных в екзополимерный матрикс [5,6]. Они могут состоять из одного или нескольких видов микроорганизмов [7]. Ранее считалось, что микроорганизмы образуют биопленки на изделиях медицинского назначения, таких как катетеры, эндот-рахеальные трубки, контактные линзы [8,9]. В настоящее время показано, что биопленки микроорганизмов обнаруживают более чем в 90% случаев гнойно-воспалительных заболеваний [10,11,12]. В природных условиях микроорганизмы существуют и проявляют свою активность, как правило, в ассоциациях, которые могут меняться под влиянием привнесенных в биосферу новых объектов, которые ранее не существовали, например, синтетических полимерных материалов и изделий из них [13,14]. В настоящее время доказано, что регуляторные
системы типа кворум - сенсинг (QS) играют ключевую роль в большом количестве процессов бактериальной клетки. Система QS осуществляет контроль над плотностью клеток бактериальной популяции, выработкой многих внеклеточных факторов патогенности, что обеспечивает бактериям возможность для преодоления защитных механизмов макроорганизма при инфекции. В случае подавления Qs снижается продукция факторов вирулентности бактерий и нарушается формирование биопленки [15].
Цель работы
Изучение способности к формированию биопленок микроорганизмами, выделенных из патологического отделяемого области пирсинга ушной раковины, при использовании изделий из разного вида металла на протяжении 60 дней наблюдения.
Материалы и методы исследования
Экспериментальные исследования in vivo [16] были проведены на 32 кроликах линии Chinchilla, весом 4 кг, в соответствии с национальными «Общими этическими принципами опытов на животных» (Украина, 2001), которые согласуются с положениями «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей» (Страсбург, 18.03.1986 г.) [17]. В эксперименте лабораторные животные были разделены на группы, в которых использовали для пирсинга ушных раковин: 1-й группы - золотые изделия; 2- й группы - серебряные; 3-й группы - стальные; 4-й группы - титановые. Все экспериментальные животные содержались в стандартных условиях вивария Харьковского национального медицинского университета. Используемые изделия имели сертификат качества. Выделение микроорганизмов проводили по общепринятым методам [18]; идентифицировали с помощью наборов М1КРО-ЛА-ТЕСТ. Способность образовывать биопленки изучали на поверхности полистироловых планшетов. Количественным выражением степени образования
биопленок является значение оптической плотности, измеренное на спектрофотометре «МШ^кап ЕХ» (тип 355) при 540 нм [19,20]. Статистическая обработка данных проведена с помощью компьютерных программ [21,22].
Результаты исследования
В результате проведенного исследования было установлено, что выделенные микроорганизмы из отделяемого области пирсинга, были способны формировать биопленки, причем плотность их была разной в зависимости от металла изделия и длительности наблюдения.
Так, при использовании стальных изделий для пирсинга ушных раковин (рис.1), микроорганизмы формировали биопленки, плотность которых увеличивалась на протяжении 60 дней: через 14 дней наблюдалась тенденция к увеличению их плотности в среднем в 1,2 раза, через 28 дней - в 1,5 раза, а через 60 дней плотность увеличивалась в среднем в 1,6 раз. Самые плотные биопленки через 60 дней наблюдения образовывали Actinomyces spp. (4,51±0,3 ед.оп.), C. albicans (4,65±0,8 ед.оп.) и S. aureus (3,49±0,7 ед.оп.)
Рисунок 1. - Динамика оптической плотности биопленок микроорганизмов при использовании изделий для пирсинга ушной раковины из стали (III группа).
Actinomyces spp.
Micrococcus spp.
Enterococcus
Peptostreptococcus spp.
E.coli
S. epidermidis
Enterobacter
C. albicans
S. aureus
7 сутки 14 сутки 28 сутки 60 сутки
S. pyogenes
Рисунок 2. - Динамика биопленок микроорганизмов при использовании титановых изделий для пирсинга ушной раковины.
Аналогичные по динамике наблюдения результаты получены при использовании изделий для пирсинга из титана (рис.2), хотя показатель плотности сформированных биопленок практически всеми выделенными микроорганизмами был в среднем в 1,2 раза ниже, чем в III группе.
Анализируя результаты исследований способности к формированию биопленок микроор-
ганизмами при использовании золотых изделий для пирсинга ушной раковины, в I группе (рис.3), установлено, что в течение 60 суток показатель оптической плотности биопленок микроорганизмов увеличился только лишь в 1,1 раз для биопленок Enterobacter (2,89±0,3 ед.оп.), C. albicans (4,02±0,4 ед.оп.), S. aureus (2,61±0,3 ед.оп.), Peptostreptococcus spp. (2,26±0,2 ед.оп.). В 1,2
раза наблюдалось увеличение для биопленок S. pyogenes (2,59±0,4 ед.оп.), S. epidermidis (1,86±0,09 ед.оп.), Enterococcus (2,89±0,4 ед.оп.). Для биопленок Micrococcus spp. (1,76±0,08 ед.оп.) и E.coli (1,88±0,06 ед.оп.) увеличение отмечалось лишь в 1,3 раза по сравнению с таковым на 7 сутки наблюдения. У биопленок E.coli показатели были ниже в 1,6 раз по сравнению с использованием изделий из стали (1,88±0,6 ед.оп. и 2,94±0,8 ед.оп. соответ-
ственно).
Показатели оптической плотности биопленок микроорганизмов, выделенных из смывов области пирсинга ушной раковины с использованием изделий из серебра (рис.4) были достоверно ниже аналогичных при использовании изделий из стали и титана. Плотность сформированных биопленок не изменялась в течении времени у всех исследуемых микроорганизмов.
t.coli
Actinomyces spp.
Micrococcus spp.
Enterococcus
Peptostreptococcus spp.
S. pyogenes
S. epidermidis
Enterobacter
C. albicans
■7 сутки 14 сутки 28 сутки 60 сутки
S. aureus
Рисунок 3. - Способность к формированию биопленок микроорганизмами при использовании изделий для пирсинга ушной раковины из золота.
4 -| 3,5
3--- 2,5 т
Ы Ш 11 .
с E.coli S. epidermidis Enterobacter C. albicans S. aureus S. pyogenes ostreptococcu s spp. Enterococcus crococcus spp. :tinomyces spp.
□ 7 сутки □ 14 сутки □ 28 сутки □ 60 сутк и £ * <
Рисунок 4. - Способность к формированию биопленок микроорганизмами при использовании изделий для пирсинга ушной раковины из серебра.
Выводы
Таким образом, исследования показали, что использование изделий для пирсинга ушных раковин из серебра или золота снижает вероятность возникновения гнойно-воспалительного процесса и препятствует образованию плотных биопленок, как одного из основных факторов патогенности и резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам.
Литература
Олескин А.В. Колониальная организация и межклеточная коммуникация у микроорганизмов / А.В. Олескин, И.В. Ботвинко, Е.А. Цавкелова // Соросовский образовательный журнал. -2003. - Т.2, № 7. - С.24-32.
Протасова М.О. Дослщження структури бiоплiвок, сформованих башнями циклу Ырки на металевих матрицях / М.О. Протасова, В.Г. Лазарев, 1.П. Козлова // Мiкробiологiчний журнал. -2006. - Т.68, № 5. - С. 80 - 86.
Пурш Л.М. Динамка сукцесшних змш у сульфщогеннш мiкро-бнш асоцацп за умов формування бiоплiвки на поверхш сталi / Л.М. Пурш Л.Г. Асауленко // Мiкробiол. журнал. - 2007. - Т.69, №6. - С.19 - 25.
2
3
13. Мирошниченко И.И. Ассоциация микроорганизмов, участвующих в формировании биоплёнки обрастания на полимерных материалах / И.И. Мирошниченко, Я.В. Зачиняев, А.В. Зачиня-ева // Иммунопатология, аллергология, инфектология. - 2009. -№1. - С. 27.
14. Могилiвська Н.М. Особливост формування баю^альних бю-плiвок на поверхш холестеатом при хрошчних гншних середнiх отитах / Н.М. Могилiвська, В.Г. Войцеховський, Ю.О. Сушко [та ш.] // Annals of Mechnikov Institute. - 2011. - №4. - С.284-288.
15. Raffa R.B. Bacterial communication ("quorum sensing") via ligands and receptors: a novel pharmacologic target for the design of antibiotic drugs / R.B. Raffa, J.R. lannuzzo, D.R. Levine, K.K. Saeid [et al.] // J Pharmacol Exp Ther. - 2004. - №312(2). - Р.417-423.
16. Першин Г.Н. Методы экспериментальной химиотерапии: Практическое руководство. / Першин Г.Н. - М.: Медицина, 1971. -539с.
17. European Convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes // Strasbourg. Coun-sil Treatu Series. - 1987. - №123. - 52 р.
18. Приказ Минздрава «Об унификации микробиологических (бактериологических) методов исследования, применяемых в клинико-диагностических лабораториях лечебно-профилактических учреждений» от 22.04.85 № 535.
19. O'Toote G.A. Biofilm formation as microbial development / G.A. O'Toote, H.B. Kaplan, R. Kolter // Ann Rev Microbiol. - 2000. - № 54. - Р. 49-79.
20. Патент UA № 47944, G09B 23/00. Циганенко А.Я., Мшина М.М., Курбанов Р.А. СпоЫб вщтворення бiоплiвок мiкроорганiзмiв in vitro. Патент на корисну модель № 47944, МПК G09B23/00, ХНМУ, Заявл.12.10.2009, № u200910353; Опубл. 25.02.2010, Бюл. № 4, 2010.
21. Лапач С.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel / С.Н. Лапач, А.В. Чу-бенко, П.Н. Бабич - К.: МОРИОН, 2000. - 320 с.
22. Методика статистической обработки медицинской информации в научных исследованиях / [В.П. Осипов, Е.М. Лукьянова, Ю.Г. Антипкин и др.] - К.: планета людей, 2002. - 200с.
Реферат
ФОРМУВАННЯ Б1ОПЛ1ВОК М1КРООРГАН1ЗМАМИ ПРИ П1РСИНГУ ВУШНИХ РАКОВИН Бондаренко О.В., МЛшина М.М., Ященко М.1., Дьом1на е.В.
Ключов1 слова: м1кроорган1зми, гншно-запальний процес, бюплшки, п1рсинг, вироби з1 стал1, титану, ср1бла та золота.
Вивчена здатнють рiзноманiтних видiв мiкроорганiзмiв до утворення бiоплiвок при використаннi ви-робiв з рiзного виду металiв на протязi 60 Ai5 спостереження. Встановлено, що при використаннi ви-робiв для пiрсингу вушних раковин iз срiбла та золота зменшуеться ризик виникнення гншно-запального процесу, зменшуеться ризик виникнення гншно-запального процесу, знижуеться оптична щiльнiсть бiоплiвок на протязi 60 д^ спостереження як одного з факторiв патогенностi та резистентно-стi до антимiкробних препаратiв мiкроорганiзмiв.
Summary
BUILD-UP OF BIOFILMS BY MICROORGANISMS IN EAR PIERCING Bondarenko O.V., Mishina M.M., Yaschenko M.I., Demin E.V.
Key words: bacteria, suppurative inflammation, biofilm, piercing, steel products, titanium, silver and gold.
This article describes the ability of different types of microorganisms to build up biofilms using ear piercing posts and ear rings made of different types of metals during the 60 days of the observation. It has been established that the use of products for ear piercing made of silver and gold reduces the risk of inflammatory processes and decreases optical density of biofilms within 60 days of the observation as one of the factors of pathogenicity and resistance to antimicrobial agents.
4. Шуб Г.М. Материалы к элективному курсу «Микробные сообщества» /Г.М. Шуб, И.Г. Швиденко, Е.А. Пронина, Н.В. Белобо-родова // Саратовский научно-медицинский журнал. - Том 6.2010.- № 2.- С. 245-247.
5. Бехало В.А. Иммунобиологические особенности бактериальных клеток, входящих в состав «медицинских биопленок» / В.А. Бехало, В.М. Бондаренко, Е.В. Сысолятина, Е.В. Нагурская // Микробиология. - 2010. - № 4. - С. 97-107.
6. Воробей 6. С. Баю^альш бiоплiвки. Quorum sensing - «вщ-чуття кворуму» у бактерш в бiоплiвках / 6. С. Воробей, О. С. Воронкова, А. I. Вшшков // Вюник Днтропетровського ушверси-тету. Бюлопя. Еколопя. - 2012. - Вип. 20, т. 1. - С. 23-27.
7. Мошкевич 1.Р. Микробные биопленки при смешанных инфекциях: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. мед. наук: спец. 03.00.07 «Мкробюлопя» / 1.Р. Мошкевич - Санкт-Петербург, 2007. - 27с.
8. Фадеев С.Б. Формирование биопленок возбудителями раневой инфекции и флегмон мягких тканей. / С.Б. Фадеев, Н.В. Немце-ва, Н.Б. Перунова, О.В. Бухарин // Хирург. - 2010. - №1. - С. 1118.
9. Chebotar I.V. Bacterial resistance to antibiotics in biofilms / I.V. Chebotar, A.N. Mayansky, E.D. Konchakova [et al.] // Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. - 2012. - 14 (1). -P. 51-58.
10. 10. Доброхотский О.Н. Эпидемиологическое значение биоплёнок в технических системах / О.Н. Доброхотский, Ю.Н. Хомяков, Т.И. Хомякова // Жизнь без опасностей. Здоровье. Профилактика. Долголетие. - 2008. - № 4. - С. 78-80.
11. Хмель И. А. Quorum Sensing регуляция экспрессии генов - перспективная мишень для создания лекарств против патогеннос-ти бактерий / И. А. Хмель, А. З. Метлицкая // Молекулярная биология. - 2006. - Т. 40. - С. 195-210.
12. Хренов П.А. Обзор методов борьбы с микробными биоплёнками при воспалительных заболеваниях / П.А. Хренов, Т.В. Чест-нова // [Електронний ресурс]: Вестник новых медицинских технологий. - Режим доступу: http://medtsu.tula.ru - 2013. - №1.
