Человечеству есть, чему поучиться у микроорганизмов. Это не шутка. Микробы умеют консолидироваться и совместными усилиями защищаться от врагов, например, от антибиотиков. Ярким примером такой борьбы являются биопленки. Встречаясь с ними, врачам приходится каждый раз заново подбирать терапию, убивающую патогены.
Еще в 1908 году И.И. Мечников писал о многочисленных ассоциациях микробов и о пленках, состоящих из сотен видов бактерий. Сейчас уже не подлежит сомнению, что в нашем организме все микробы существуют преимущественно как раз в составе биопленок. Эти сообщества образованы как родственными, так и неродственными микроорганизмами. Защищаться от внешней среды им помогают дополнительные оболочки и барьеры, внутри которых клетки контактируют друг с другом.
Что такое биопленка?
Биопленки представляют собой сообщества микроорганизмов, которые поддерживают свой состав и расселяются за счет периодически освобождающихся и мигрирующих клеток, таким образом способствуя распространению инфекции, вводит в курс дела врач-дерматовенеролог, профессор кафедры дерматовенерологии и косметологии Новосибирского ГМУ, доктор медицинских наук Алексей Хрянин.
В состав биопленок помимо самих бактерий также входят клетки с признаками дифференциации, внеклеточный матрикс, ферменты, фрагменты ДНК и низкомолекулярные вещества, выполняющие регуляторную функцию – так называемые сигнальные молекулы. Без последних микроорганизмы существовать не могут.
Биопленки изолированы от окружающей среды оболочкой, продолжает эксперт. Для них характерно также наличие межбактериальных контактов и признаков, которые помогают существовать и защищаться от воздействия иммунной системы, антибактериальных препаратов, антисептиков. Потому врачам приходится прикладывать огромные усилия, чтобы вылечить человека от воспалительных заболеваний, инфекций и осложнений различных недугов.
Благодаря сигнальным молекулам бактерии могут общаться друг с другом и координировать свои действия. Многие микроорганизмы могут реагировать сразу на несколько сигнальных молекул – «говорить на нескольких языках». Предполагается, что микробы могут знать до пяти «языков». Благодаря этому они обмениваются генетической информацией, что имеет огромное значение в развитии антибиотикорезистентности, отмечает Алексей Хрянин.
В своем формировании биопленки проходят несколько этапов:
- адгезия (прикрепление);
- размножение (миграция клеток);
- созревание;
- выход планктонных форм.
Почему они живучи?
Бактерии в биопленках чрезвычайно живучи. На них не действуют даже самые агрессивные вещества. Например, антибиотики, добавленные в количестве, в 500 и 1000 раз превышающем их минимальную подавляющую концентрацию, сообщает эксперт. Почему?
Поверхностная оболочка является физическим и химическим барьером для различных веществ, включая антибактериальные препараты. Межклеточное вещество (матрикс) связывает вещества, проникающие внутрь сообщества. Фактически антибиотик оказывается связанным по рукам и ногам, он не в состоянии работать.
Внеклеточная ДНК способствует перераспределению генетической информации между клетками. Благодаря этому эволюция биопленок идет в ускоренном темпе. Бактерии становятся практически неуязвимыми и получают от жизни все преференции, объясняет доктор Хрянин.
Получается, лекарственный препарат, если и проникает в биопленку, связывается и выводится из нее. А устойчивые бактерии защищают более чувствительных собратьев, распространяя гены антибиотикоустойчивости. Если человек занимается самолечением и пьет антибиотики по любому поводу и даже без него, это приводит к антибиотикорезистентности. Та же самая опасность существует и в хирургии, когда назначаются антибиотик широкого спектра действия или несколько антибиотиков на длительное время. К сегодняшнему дню обнаружены четыре механизма устойчивости микробов:
- Инактивация антибиотика.
- Модификацция молекулы-мишени действия антибиотика.
- Активное выведение антибиотика из микробной клетки.
- Изменение проницаемости внешней мембраны микробной клетки.
Так бактериям удается обмануть человека-хозяина и прекрасно не только сосуществовать с ним, но и над ним главенствовать.
Порочный круг
Биопленки встречаются у 90% больных, например, бактериальным вагинозом, замечает Алексей Хрянин. Биопленки на слизистой оболочке влагалища блокируют воспалительный ответ, снижают активность иммуноцитов (клеток иммунной системы) и позволяют бактериям достигать высоких концентраций. Так формируется порочный круг, который бывает очень сложно разорвать.
Характерной особенностью бактериального вагиноза является биопленка бактерий разных групп, объединяющихся в единый адгезивный (очень плотно прилипающий к слизистой оболочке) слой. Такая биопленка включает в себя около 300 видов микроорганизмов, каждый из которых привносит определенную негативную лепту.
Эффекты биопленки, образованной условно патогенными микроорганизмами влагалища:
- концентрация молочной кислоты повышена в 4-8 раз;
- устойчивость к пятикратному повышению концентрации перекиси водорода;
- неуязвимость для факторов иммунной защиты клеток и антител.
Это создает критическую массу биопленки, с которой невозможно справиться обычными средствами. Метронидазол, например, уже утрачивает эффективность. Нужна комплексная терапия.
Последствия образования патогенных биопленок при бактериальном вагинозе:
- восходящие инфекции;
- развитие хронического эндометрита;
- нарушение репродуктивной функции женщины;
- неудачные попытки ЭКО;
- развитие осложнений и неблагоприятных исходов беременности;
- высокая частота инфекционных осложнений после гинекологических манипуляций.
Ищем выход
Чтобы преодолеть устойчивость биопленок, необходимо:
- предотвратить адгезию (прикрепление) микроорганизмов;
- предотвратить переход к образованию биопленки;
- подавить рост и размножение микроорганизмов;
- разрушить уже сформированную биопленку.
Как этого можно достичь? Первое, что приходит на ум, это увеличение дозы антибиотиков. Но бактерии могут и выжить, в чем неоднократно уже убеждались врачи разных специальностей, а вот здоровью пациента наносится непоправимый ущерб.
Может быть, стоит изобрести новые антибактериальные препараты, которые будут успешно бороться с биопленками? Но новые антибиотики не разрабатываются уже 25 лет: слишком дорого это обходится и слишком быстро они утрачивают эффективность. Приспособление бактерий к новым препаратам всего лишь вопрос времени.
Самый, пожалуй, разумный подход – комбинация антибактериальных препаратов с лекарственными средствами, которые обладают специфическим воздействием на антибиотикорезистентность, считает эксперт. Например, можно использовать ферментные препараты, которые увеличивают проникающую способность антибиотиков. Они уже есть (например, бовгиалуронидаза азоксимер) и вводятся ректально или вагинально. В качестве дополнения можно также использовать пробиотики и антисептики. Такая комплексная терапия будет направлена на подавление механизма образования патологических биопленок что увеличивает шансы на успех.