Обнаружен механизм запуска образования биоплёнок, что открывает путь к новому методу предотвращения опасных инфекций

Микробные биоплёнки — плотные, липкие скопления бактерий, которые трудно лечить и которые могут приводить к опасным инфекциям — часто образуются на медицинском оборудовании, например, на гибких пластиковых трубках катетеров или аппаратов ИВЛ. По некоторым оценкам, более 1 миллиона человек ежегодно заражаются инфекциями от медицинских устройств в больницах США, и многие из этих случаев связаны с биоплёнками. Исследование Техасского университета в Остине указывает на возможный новый способ предотвращения образования таких биоплёнок, что резко сократило бы число связанных с ними внутрибольничных инфекций.

Вернита Гордон, доцент кафедры физики и старший автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, обнаружила ключевой механизм, запускающий формирование биоплёнок. В перспективе это открытие позволит создавать покрытия для медицинских устройств и других поверхностей, которые будут блокировать этот триггер и не давать бактериям объединяться в устойчивые биоплёнки.

«Важно предотвращать образование биоплёнок до того, как они начнут формироваться, — сказала Гордон. — Уничтожить свободно плавающие бактерии гораздо проще, чем биоплёнку».

Ранее было известно, что перед формированием биоплёнки бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa, должны почувствовать, что прикрепились к поверхности. Однако не было ясно, какой именно сигнал они считывают. Новое исследование показывает, что бактерии чувствуют механическое напряжение сдвига (shear) — своего рода растяжение, которое возникает, когда бактерия прикреплена к поверхности, а окружающая жидкость движется и/или она сама тянется вдоль поверхности.

Ощущение сдвига сообщает Pseudomonas, что она больше не свободно плавает, а прикреплена к поверхности, и запускает процесс производства биоплёнки. По словам Гордон, это открытие прокладывает путь для разработки методов, которые не позволят бактериям ощущать сдвиг. До сих пор большинство стратегий предотвращения биоплёнок использовало один из двух подходов: уничтожение бактерий или предотвращение их прикрепления к поверхности.

Оба метода проблематичны. Антимикробные средства обычно работают только против определённых типов бактерий в определённых условиях, и они могут стать неэффективными из-за развития резистентности. Также сложно создать универсальную антиадгезионную поверхность, поскольку у бактерий много способов прикрепления.

«Мы предлагаем, если они реагируют на механический сигнал, создать третий класс поверхностей, предотвращающих биоплёнки, — сказала Гордон. — Можно модулировать механические свойства поверхности так, чтобы бактерии никогда не получали сигнал о прикреплении и не начинали создавать биоплёнку».

Гордон предполагает, что для максимальной эффективности поверхности можно проектировать с комбинацией всех трёх подходов.

Из-за неоднородной отчётности и различий в методах анализа трудно точно измерить, сколько людей в США ежегодно заражаются инфекциями от биоплёнок на медицинских устройствах. Оценки сильно разнятся — от 185 000 инфекций (по исследованию CDC 2014 года) до 2,8 миллиона (основано на исследовании 2007 года в журнале Clinical Infectious Diseases, оценивающем до 4 миллионов внутрибольничных инфекций, и исследовании 2008 года в Biotechnology and Bioengineering, согласно которому до 70% внутрибольничных инфекций связаны с медицинскими имплантатами).