Polymeric synthetic materials as basis for biofilm formation by staphylococci

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в медицинской практике широко используются полимерные синтетические материалы [1, 4]. В связи с этим возникает ряд новых проблем, среди которых основная – формирование на них биопленки микроорганизмами. Микроорганизмы за тысячелетия существования приспособились образовывать новую формацию, позволяющую им выживать в разных условиях обитания – биопленку. Биопленки могут образовываться внутри организма человека, на любой поверхности, граничащей с воздухом и жидкостью, а также почти на всех полимерных синтетических материалах, используемых в медицине [3].

Основным материалом, на котором производят изучение ростовых характеристик микроорганизмов и формирования ими биопленок, является полистирол. Из него изготавливают плоскодонные планшеты, которые являются удобной платформой для изучения пленкообразования микроорганизмов. Однако в условиях стационара микробы постоянно встречаются с другими полимерными материалами, на которых рост биопленок детально не изучен. Кроме этого, полистирол используется преимущественно в лабораторной практике, в отличие от поливинилхлорида (ПВХ), из которого производят катетеры и дренажи, широко применяемые в хирургии. Среди микроорганизмов, выделяемых от пациентов с хирургической патологией, как правило гнойной, широко распространены представители рода Staphylococcus.

Цель исследования – изучение и сравнение особенностей формирования биопленок S. aureus и S. epidermidis на синтетических материалах из поливинилхлорида и полистирола.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследованиях использовали штаммы S. aureus ATCC 25923 и S. epidermidis АТСС 28922, а также полимерные синтетические материалы: поливинилхлорид и полистирол. Для определения способности микроорганизмов к биопленкообразованию применяли метод O’Toole [5] с некоторыми модификациями: толщину биопленок определяли при помощи окраски генцианвиолетом с последующей его экстракцией спиртом и учетом оптической плотности на фотометре. Биопленкообразование определяли в стерильных плоскодонных планшетах из полистирола. В часть лунок планшета помещали кусочки ПВХ размером 5×5×1 мм. Остальная часть лунок оставалась пустой, так как контактная поверхность лунки, взаимодействующая с микроорганизмами, являлась полистиролом. Культивирование осуществляли при температуре 37 °C в течение 24 и 48 ч. Все исследования сопровождались 7-кратными повторами.

Статистическую обработку данных проводили с использованием t-критерия Стьюдента. За пороговый уровень значимости принимали величину p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе проведенных исследований установлено, что формирование биопленок и оценка биопленкообразующей активности микроорганизмов с использованием отдельных кусочков полимерных материалов равных размеров является простым в использовании, не требующим дорогостоящего оборудования методом.

Установлено, что биопленкообразование одних и тех же микроорганизмов отличается на разных полимерных материалах (таблица).

Так, например, биопленкообразующая способность золотистого стафилококка на полистироле выражена сильнее, чем у эпидермального при культивировании в течение 48 ч. Через 24 ч после инкубации S. aureus сформировал биопленки только на полистироле, но не на ПВХ. При увеличении сроков инкубации с 24 до 48 ч пропорционально увеличивается биопленкообразующая активность S. aureus. S. epidermidis за то же время сформировал биопленку только на полистироле. Увеличение сроков культивирования не привело к увеличению массы пленки.

 

Биопленкообразующая активность стафилококков на полистироле и поливинилхлориде

Параметр	Полистирол		Поливинилхлорид
Время инкубации	24 ч	48 ч	24 ч	48 ч
S. aureus	0,33 ± 0,10*,†	1,72 ± 0,54*,#	0,20 ± 0,10	0,18 ± 0,07
S. epidermidis	0,26 ± 0,03*	0,29 ± 0,13*	0,21 ± 0,04	0,19 ± 0,07
Контроль (питательная среда)	0,11 ± 0,00	0,11 ± 0,00	0,17 ± 0,01	0,17 ± 0,01

Примечание: * – p < 0,05 при сравнении с контрольными пробами, # – p < 0,05 при сравнении между пробами с разными стафилококками; † – p < 0,05 при сравнении между пробами с разными сроками инкубации.

 

При увеличении сроков инкубации было обнаружено, что активность биопленкообразования у золотистого стафилококка на полистироле значительно повышается, что может быть связано с особенностями жизнедеятельности микроорганизма [2].

Результаты, полученные в настоящем исследовании, могут быть объяснены отличиями в структуре поверхностей материалов, в частности разным количеством микроуглублений, играющих роль пунктов адгезии, а также различной гладкостью и формой материалов [1]. Кроме этого, материалы отличаются по составу активных групп и, соответственно, заряду поверхности, что обусловливает разную адгезию микроорганизмов на начальном этапе [4].

ВЫВОДЫ

Таким образом, биопленкообразующая способность микроорганизмов зависит от многих факторов, среди которых отдельно выделяют характер синтетического материала (структура поверхности) и длительность инкубации. На ПВХ биопленкообразующую активность стафилококки практически не проявляют, в то же время на полистироле такая активность выражена у стафилококков значительно. S. aureus имеет большую активность в формировании биопленок по сравнению с S. epidermidis. Подобный факт необходимо учитывать в медицинской деятельности, когда результаты тестирования биопленкообразования на полистироле не совпадают с видом используемого в практике материала.

About the authors

M. S. Stepanov

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: AGodovalov@gmail.com
Russian Federation, Perm

E. E. Kobzarenko

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: AGodovalov@gmail.com
Russian Federation, Perm

A. P. Godovalov

E.A. Vagner Perm State Medical University

Author for correspondence.
Email: AGodovalov@gmail.com

кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник ЦНИЛ, доцент кафедры микробиологии и вирусологии

Russian Federation, Perm

References

Supplementary files