В настоящее время благодаря развитию микроскопической техники (конфокального сканирующего лазерного микроскопа и атомно-силового микроскопа) известно, что более 99% бактерий существуют в природных экосистемах не в виде свободно плавающих клеток, а в виде прикрепленных к субстрату биопленок (Biofilms) [1]. Образование и функционирование биопленок являются примером сложного социального поведения бактерий, регулируемого и управляемого как сигналами из внешней среды (абиотической и биотической природы), так и межклеточными связями. Развитие биопленочных сообществ – одна из основных стратегий выживания микроорганизмов как в окружающей среде, так и в организмах человека и животных [2–4]. В составе биопленки бактерии приобретают качественно новые свойства по сравнению с планктонными микроорганизмами. Биопленочные микрорганизмы оказываются защищеными от неблагоприятных факторов физической, химической, биологической природы, к которым относятся температурное воздействие, высушивание, ультрафиолетовое излучение, антибиотики, дезинфектанты, гуморальные и клеточные факторы защиты макроорганизмов. Поэтому в последние годы новой стратегией в лечении инфекций, ассоциированных с биопленками, стал поиск средств, тем или иным способом разрушающих биопленки бактерий.

Часть 1. Абиотические и биотические факторы, способствующие образованию биопленок

Согласно современным представлениям, биопленка – это непрерывный мультислой бактериальных клеток, прикрепленный к поверхности раздела фаз и друг к другу и заключенных в биополимерный матрикс [5]. Такие бактериальные сообщества могут быть образованы бактериями одного или нескольких видов, состоять как из активно функционирующих, так и из покоящихся или некультивируемых форм. Морфологическая дифференциация сообщества происходит в ответ на действие таких факторов внешней среды, как изменение температуры, рН среды, осмолярности и сопровождается изменением метаболизма. Межклеточное взаимодействие в биопленке осуществляются при участии регуляторного механизма, названного «чувство кворума» (quorum sensing – QS) [6–9]. Обмен информацией происходит с помощью специализированных химических сигнальных молекул, благодаря которым микробное сообщество действует как единый организм, демонстрируя изменение фенотипа, выражающееся в изменении роста и экспрессии специфичных генов.

В формировании биопленок выделяют несколько фаз: адгезия, колонизация, созревание, дисперсия [10]. В общем виде последовательность событий выглядит следующим образом: начальное прикрепление к поверхности, образование монослоя, движение по поверхности с образованием микроколоний, созревание биопленки и формирование трехмерной структуры. Дисперсия характеризуется периодическим отрывом от биопленки отдельных клеток, способных через некоторое время прикрепиться к поверхности и образовать новую колонию. С помощью конфокальной сканирующей лазерной микроскопии показано, что биопленки являются гетерогенными во времени и пространстве структурами. Клетки в слизистом матриксе располагаются определенным образом в виде грибоподобных, столбоподобных образований, заключенных в экзополисахаридный слой, что позволяет поддерживать концентрацию питательных веществ, необходимых для роста популяции, а также служит защитой клеток от дегидратации, гуморальных и клеточных факторов резистентности макроорганизма [11]. Матрикс разделен каналами, наполненными водой, полостями и пустотами, обеспечивающими распространение питательных веществ и обмен продуктами метаболизма с окружающей средой.

На процесс биопленкообразования у микробов оказывают влияние абиотические (температура, высушивание, ультрафиолетовое излучение, химические вещества различной природы и т. д.) и биотические (взаимодействие с другими биологическими объектами) факторы, обладающие как стимулирующим, так и угнетающим эффектом.

Биопленки как «фиксированная» форма существования микроорганизмов в окружающей среде известны давно (В.Н. Сукачев, 1947). Патогенные и условно-патогенные бактерии, такие как холерные вибрионы, легионеллы, листерии, кампилобактеры, клебсиеллы, сальмонеллы, псевдомонады, основной средой обитания которых являются почвы и водоемы, прикрепляются к почвенным частицам или существуют в различных ассоциациях с водорослями, ризосферой растений, простейшими, ракообразными и другими организмами. Изучение экологических закономерностей формирования биопленок дает возможность выявить роль абиотических и биотических факторов в реализации данной стратегии существования микроорганизмов в природе.

Рассмотрим основные типы взаимоотношений (прежде всего трофических), возникающие между компонентами ассоциаций в биопленочном сообществе. В работах многих исследователей [5, 9, 12, 13] было показано, что биопленки, состоящие из микроорганизмов разных таксонов, прочнее и толще, чем биопленки, сформированные представителями одного вида. Взаимодействие происходит, вероятно, на стадии формирования внеклеточного матрикса. В «зрелых» биопленках, в отличие от планктонных структур, редко обнаруживается конкуренция между видами. Даже в том случае, когда один из видов из-за высокой скорости роста занимает лидирующее положение, второй сохраняет жизнеспособность и высокую численность. Подобные взаимоотношения были обнаружены в биопленках, сформированных популяциями быстро растущих Klebsiella pneumonia и Pseudomonas aeruginosa. Более редкая разновидность конкуренции, связанная с образованием одним из микроорганизмов веществ, ингибирующих другие виды сообщества, обнаружен в биопленке, сформированной двумя видами Ruminococcus, один из которых образует бактериоцин, активный против другого вида.

Наиболее часто встречающимися видами взаимоотношений между компонентами биопленок являются комменсализм и протокооперация. Комменсализм выражается в одностороннем влиянии одного из компонентов биопленки на жизнедеятельность другого ее компонента. Пример – потребление кислорода аэробным микроорганизмом, способствующее росту микроаэрофильных или анаэробных микроорганизмов. Такой тип взаимоотношений играет роль в микробной коррозии с участием сульфатредукторов. Протокооперация выражается во взаимном положительном влиянии компонентов биопленок друг на друга. Такие взаимоотношения существуют в биопленках, сформированных фототрофными и гетеротрофными микроорганизмами. Характерным примером протокооперации служит взаимодействие целлюлолитических бродильщиков и метаногенов. Последние, утилизируя молекулярный водород и формиат, образованные во время брожения, сдвигают термодинамическое равновесие, предотвращая накопление восстановленных коферментов в клетках бродильщиков и стимулируя синтез ими АТФ. Предыдущий случай является примером перехода протокооперации в синергизм, при котором оба компонента биопленки получают выгоду от сотрудничества, а образование или потребление какого-либо продукта в биопленке превышает величину, характерную для индивидуальных популяций. Типичным примером служит гидролиз целлюлозы в биопленке, содержащей как целлюлолитические, так и не способные к расщеплению целлюлозы микроорганизмы. Последние стимулируют гидролиз целлюлозы и рост целлюлолитиков, потребляя низкомолекулярные продукты гидролиза, которые репрессируют биосинтез целлюлаз [14].

Одним из примеров взаимовыгодного сосуществования различных в таксономическом отношении видов микроорганизмов является симбиоз Burkholderia cenocepacia с почвенными простейшими Tetrahymena pyriformis [15–17]. Выявлены тесные биоценотические связи B. cepacia с почвенными и водными простейшими (амебами, инфузориями) – основными природными хозяевами и резервуарами многих потенциально патогенных бактерий [18]. Было показано влияние абиотческих (состав культуральных сред, температура) и биотических факторов среды на процесс формирования биопленок в модельных водных экосистемах. Создание оптимальных условий по температурному режиму и составу питательных сред приводило к образованию биопленок Burkholderia cenocepacia и ее мутантов. В то время как при использовании вместо богатой питательной среды почвенной вытяжки, понижении температуры накопление биопленок даже стандартным штаммом буркхольдерии не наблюдалось. Подселение же в почвенную вытяжку инфузорий Tetrahymena pyriformis приводило к интенсивному накоплению биопленки ассоциацией микроорганизмов, то есть установлена роль простейших в накоплении пленочной биомассы. В ассоциации с простейшими мутантные штаммы буркхольдерий резко повышали способность к формированию биопленок. Исследование методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии ультраструктуры бактериально-протозойных сообществ позволило установить, что симбиотические отношения в бактериально-протозойных биопленках складывались по типу «паразит–хозяин». Благодаря незавершенному фагоцитозу поддерживались существование и численность бактериальной популяции в биопленках. Цитопатогенное действие буркхольдерий возрас­тало по мере созревания биопленок, в биопленочной ассоциации формировались особые «микроколонии» буркхольдерий на месте их выхода из разрушенных фагосом инфузорий.

Важным фактором, влияющим на формирование биопленок, является способность микроорганизмов продуцировать слизистые полимерные соединения, позволяющие им закрепляться на различных поверхностях, сохранять функциональную стабильность, а также выживать в различных экологических нишах [19]. Микроорганизмы, населяющие водные экосистемы, подвергаются воздействию таких абиотических факторов, как различные органические вещества, являющиеся продуктами человеческой производственной деятельности. В работе З.И. Литвиненко [20] показано, что органические вещества являются важными регуляторами образования биопленок в подземной гидросфере. Присутствие в водоносном слое Fe(OH)3 в совокупности с примесями таких органических веществ, как фенантрен и нафталин, может оказывать определяющее воздействие на адгезивную активность микроорганизмов и образование ими биопленок. Экспериментально показано, что интенсивное образование микроорганизмами слизистых полимерных соединений происходило в присутствии дрожжевого экстракта. Поступление легкодоступных азотсодержащих органических веществ увеличивает долю бактерий, участвующих в цикле азота (аммонификаторы – нитрификаторы – денитрификаторы) и провоцирует развитие ими биопленок. При лимите органических веществ бактериальные клетки прикреплялись непосредственно на нерастворимых частицах Fe(OH)3. Электронное микроскопирование показало наличие в составе бактериальных пленок крупных кальцинированных глобул. Их образование может быть связано с аккумуляцией на поверхности бактериальных клеток ионов Ca, которые увеличивают вязкость и эластичность биополимерного матрикса микробных пленок.

В отличие от ионов кальция, увеличивающих вязкость и эластичность биополимерного матрикса, катионы меди и цинка способны оказывать угнетающее действие на биопленкообразование у штаммов S. аureus [21].

Еще одним примером взаимовыгодного биопленочного сообщества является совместное существование биопленкообразующих бактерий, таких как Pseudomonas aeruginosa, E. coli, Enterococcus, Klebsiella, и их умеренных фагов. Проведенные исследования в различных стационарах [22] показали, что, например, для синегнойной палочки частота совместного высева с синегнойным бактериофагом составила приблизительно 30%. При этом более 60% P. aeruginosa не лизировались фагом, выделенным из того же места забора материала. Притом фаги, входящие в такие биопленочные экосистемы, не обладая вирулентностью, не оказывая ни клинического, ни эпидемиологического эффекта, могут способствовать формированию патогенных свойств у бактерий за счет приобретения ими фагоопосредованных генов вирулентности. Механизмом осуществления бактериофагами горизонтального генетического обмена между штаммами является лизогенная конверсия либо трансдукция. Взаимодействие между умеренным бактериофагом и бактериями, приводящее к появлению у бактерий генов вирулентности, способствует повышению способностей микроба к персистенции в организме хозяина, то есть к паразитизму.

Роли биопленок в окружающей среде и в организме хозяина в последнее время уделяют особое внимание. Образование микроорганизмами биопленок на биотических абиотических поверхностях создает большие проблемы как в медицинской практике, так и в различных областях хозяйственной деятельности. Биопленки являются одним из патогенетических факторов формирования хронических инфекционных процессов [23]. В первую очередь это касается использования имплантируемых устройств (катетеров, протезов, искусственных клапанов сердца, стентов, шовного материала и т. п.), подверженных образованию на их поверхности биопленок. С другой стороны, большой интерес представляют биопленки, образующиеся при типичных инфекционных процессах на биологических поверхностях, таких как слизистые оболочки или эпителиальные выстилки внутренних полостей (отит, перитонит, плеврит), а также поверхностные или глубокие ткани организма (нагноившаяся рана) [24–26]. В составе биопленки микробы обладают повышенной устойчивостью к эффекторам иммунной системы, антибиотикам и дезинфектантам. Биопленочные бактерии способны выживать при воздействии антибиотиков в таких высоких концентрациях, которые не могут быть достигнуты в организме человека при стандартных терапевтических дозировках [27]. Известны парадоксальные факты усиления биопленочного роста Staphylococcus capitis в присутствии максимальных терапевтических концентраций оксациллина [28] и усиления процесса биопленкообразования штаммами Staphylococcus aureus под воздействием ципрофлоксацина [29]. Кроме того, биопленки могут проявлять устойчивость одновременно ко многим антибиотикам из разных групп. В клинических условиях такая высокая выживаемость биопленочных микробов ведет к хронизации инфекционного процесса. Отсюда возникает потребность в разработке новых подходов к лечению биопленочных инфекций, основанных на поиске эффективных методов разрушения бактериальных биопленок [25, 27].

Часть 2. Абиотические и биотические факторы, угнетающие биопленкообразование

Одним из направлений борьбы с биопленками на биотических поверхностях может быть использование веществ, способных препятствовать адгезии возбудителей, влиять на дезорганизацию внеклеточного матрикса. В экспериментальных и клинических исследованиях было установлено, что препарат N-ацетилцистеин, обладающий выраженными муколитическими свойствами, способен уменьшать адгезию некоторых возбудителей к слизистым оболочкам дыхательных путей, а также оказывать прямое разрушающее воздействие на внеклеточный матрикс. Показано, что комбинация антимикробных препаратов (тиамфеникол) с N-ацетилцистеином дает высокий клинический эффект в эрадикации биопленок со слизистых оболочек [30, 31] .

Совершенствование форм доставки антимикробных препаратов может способствовать улучшению пенетрации биопленки. Так, липосомальный комплекс амфотерицина В обладает более выраженной активностью по отношению к резистентным биопленкам, образованным Candida spp. [32].

Наиболее перспективным направлением в поиске путей предотвращения формирования бактериальных биопленок и их деструкции является использование веществ биотической природы ввиду их потенциальной безопасности для организма хозяина. Бактерицидные факторы клеток и тканей выполняют важнейшую функцию в защите макроорганизма. Особое место занимают низкомолекулярные белки (пептиды) с выраженными катионными свойствами, к которым относится, в частности, тромбоцитарный катионный белок. В ходе экспериментов установлено, что тромбоцитарные катионные белки способны практически на 50% снижать биопленкообразование Staphylococcus aureus, повышать гидрофобность планктонной и биопленочной фракций клеток микроба [33].

Показано значение лизоцима как фактора иммунной системы, способного ингибировать биопленкообразование коагулазоотрицательных стафилококков при непосредственном воздействии на штаммы, выделенные от здоровых людей [34].

Изучение чувствительности биопленок бактерий Staphylococcus epidermidis 33 к низкомолекулярному катионному пептиду варнерину [35], продуцируемому клетками Staphylococcus warneri, показало, что варнерин обладает выраженным литическим действием как на планктонные бактерии, так и на биопленки этого штамма благодаря активации аутолитических систем атакуемых клеток.

Показано ингибирующее влияние антистафилококкового антибиотика батумина, выделенного из штамма почвенной бактерии рода Pseudomonas, на биопленкообразование таких микроорганизмов, как золотистые стафилококки, клебсиеллы, кандиды, выделенные от людей [36]. Полученные данные об ингибировании биопленкообразования низкомолекулярными веществами биотического происхождения открывает перспективу для дальнейшего их использования в качестве препаратов, пригодных для борьбы с биопленками персистирующих микроорганизмов.

Особое значение имеет взаимодействие иммунной системы организма хозяина с бактериями, находящимися в составе биопленок [37]. Доказано, что нейтрофилы способны активно разрушать биопленки за счет фагоцитоза, секреции эластазы и лактоферрина, опсонин-зависимого взаимодействия с биопленками. В работе по изучению эффектов, возникающих при взаимодействии нейтрофилов с биопленками золотистого стафилококка in vitro, было показано, что нейтрофилы человека оказывают деструктивное воздействие на биопленки, разрушая внеклеточный матрикс продуктами секреции фагоцитов и прямым фагоцитозом [38]. Также было показано угнетение биопленкообразования S. aureus и E. coli под влиянием секреторных продуктов вагинальных эпителиоцитов, выделенных из биотопов с нормоценозом [39]. Изучение комбинированного эффекта воздействия лактоферрина и антибиотика ципрофлоксацина на рост и процесс биопленкообразования бактериями P. aeruginosa показало, что при использовании комбинации антибиотика в дозах, сниженных по сравнению с обычными терапевтическими дозами, и лактоферрина подавляется способность бактерий P. aeruginosa формировать биопленки [40].

Следующим перспективным направлением поиска путей предотвращения формирования бактериями биопленок и их дезинтеграции является применение в медицине в дополнение к существующим методам антибактериальной терапии некоторых физических (абиотических по своей природе) факторов. Одним из предполагаемых способов подобного влияния может быть применение электромагнитного излучения (ЭМИ) [41, 42]. Было изучено его влияние на частотах молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода и оксида азота (NO) на адгезию, развитие популяции и образование биопленок P. aeruginosa. Показано, что облучение на частоте молекулярного спектра поглощения излучения NO снижало способность бактерий к биопленкообразованию, что, возможно, объясняется влиянием ЭМИ на индукцию реактивных форм кислорода, генерируемых как бактериальными клетками, так и иммунокомпетентными клетками макроорганизма.

Активные формы кислорода способны оказывать регулирующее влияние на характер взаимодействия бактерий с колонизируемыми ими поверхностями, определяя структурно-функциональное состояние микробных биоценозов [43]. Изучение влияния низких концентраций активных форм кислорода на способность бактерий образовывать биопленки и их адгезивные характеристики показало снижение адгезивных свойств изученных микроорганизмов под влиянием перекиси водорода и гидроксильных радикалов в концентрациях 0,5 и 0,05 мМ. Отмечена стимуляция образования биопленок E. coli, S. aureus, K. pneumoniae активными формами кислорода во всех используемых концентрациях, что может объясняться стимулирующим эффектом активных форм кислорода на выработку бактериями внеклеточных полимеров, формирующих матрикс биопленок. Полученные данные соотносятся с результатами изучения влияние ЭМИ на биопленкообразование бактерий P. aeruginosa: ЭМИ на частотах молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода стимулировало способность бактерий к биопленкообразованию [42]. Не исключено, что изменение адгезивности бактерий и их способность образовывать биопленки является адаптивной реакцией микроорганизмов в условиях окислительного стресса.

При изучении влияния импульсно-периодического коронного разряда на жизнеспособность клеток E. coli M 17 в биопленках были выявлены нарушения целостности поверхностных и глубинных структур биопленок, а также изменения морфологических свойств клеток E. coli M 17, характерные для сублетального теплового воздействия. Показан бактерицидный эффект импульсно-периодического коронного разряда на клетки E. coli M 17 в составе биопленок [44].

В дополнение к классическим методам антибактериальной терапии показано эффективное подавление сформировавшихся в ранах бактериальных биопленок методом ультразвуковой кавитации при гнойно-септических осложнениях синдрома диабетической стопы [45].

Часть 3. Биопленки нормальной микрофлоры

Особого упоминания в данном обзоре заслуживает вопрос о биопленках, образованных представителями нормофлоры в организме человека и теплокровных животных. На рубеже ХХI в. сформировалось представление о микрофлоре организма человека как об экстракорпоральном органе, выполняющем многообразные функции по поддержанию нормального гомеостаза [46–48]. Оставаясь невидимым невооруженному глазу, этот «орган» весит около 2 кг и насчитывает порядка 1014 клеток микроорганизмов, что в 10 раз превышает число собственных клеток организма человека. Микроорганизмы нормальной микрофлоры, организованные в биопленочное сообщество, в виде чулка покрывают кишечную стенку, другие слизистые оболочки и кожу человека. Толщина биопленки колеблется от 0,1 до 0,5 мкм. Биопленка представлена полисахаридным каркасом, состоящим из микробных полисахаридов и муцина, который продуцируют клетки макроорганизма. В структуре каркаса иммобилизованы микроколонии бактерий, которые могут располагаться в несколько слоев. Например, в биопленке, покрывающей кожу, микроколонии составляют 1–2 слоя, а в биопленке толстого кишечника – 500–1000 слоев.

Организация микроорганизмов в биопленку, сбалансированную по видовому составу и функциональному распределению членов сообщества, многократно повышает эффективность работы нормальной микрофлоры человека по выполнению своих функций, важнейшей из которых является обеспечение колонизационной резистентности. Под колонизационной резистентностью понимают совокупность механизмов, придающих стабильность нормальной микрофлоре, предотвращающих заселение организма хозяина посторонними микроорганизмами. Снижение колонизационной резистентности, обусловленное различными причинами, приводит к увеличиению численности и расширению спектра условно-патогенных микроорганизмов, их транслокации из мест первичной локализации с возможным развитием воспалительных заболеваний [49–55]. Колонизационная резистентность определяется множеством факторов, среди которых важное место занимают адгезивная и антагонистическая активность микробов, составляющих нормальную микрофлору, конкуренция за факторы питания и другие [56–62].

Биопленка нормальной микрофлоры регулирует взаимоотношения между макроорганизмом и окружающей средой. Микроорганизмы, входящие в состав биопленок, осуществляют многочисленные метаболические реакции, вовлекаясь в процессы синтеза и деградации как соединений, образуемых в организме хозяина, так и чужеродных субстанций, участвуют в процессах распознавания, абсорбции и транслокации как полезных, так и потенциально вредных агентов [23, 63, 64]. В биопленках есть постоянно обитающие виды бактерий (индигенная микрофлора) и транзиторные виды микробов. Так, в состав сложнейшей по организации биопленки кишечника входят представители 17 семейств, 45 родов и свыше 400 видов микроорганизмов.

По данным молекулярно-генетических исследований, состав микрофлоры генетически связан внутри биопленочного сообщества и специфичен на штаммовом уровне для индивидуума. Такое микробное сообщество сохраняется в течение всей жизни при максимальном колебании в концентрации отдельных микробов. На основе известных фактов была предложена модель биопленки микробного сообщества пристеночного слоя кишечника. Микроорганизмы, в количестве 1011 клеток/см3 распределены в пристеночном слое муцина, состоящего из гликопептида, продуцируемого бокаловидными клетками эпителия кишечной слизистой оболочки, близкого по своей химической природе полисахаридной защитной капсуле, которой окружают себя многие микробы. В тонком слое муцина микроорганизмы распределены на достаточно близком расстоянии друг от друга (порядка размера микробной клетки). Такое расположение обеспечивает контакт с диффундирующим в муцин химусом и клетками между собой для бы­строго обмена продуктами метаболизма, что отвечает представлению о биопленке как о псевдоцитологической структуре. В достаточно толстом слое муцина микробная биопленка может выглядеть как слой прикрепленного к клеткам эпителия или отдельно расположенные конгломераты клеток [65].

Устойчивость бактерий нормальной микрофлоры к воздействию неблагоприятных факторов биотической и абиотической природы внутри биопленки в десятки и сотни раз выше по сравнению с неиммобилизованными клетками [66–68]. Этот факт заставляет нас по-новому взглянуть на механизм возникновения и причины развития дисбактериоза кишечника, а также способы его коррекции. С этих позиций дисбактериоз не рассматривается как колебания относительного содержания тех или иных видов микроорганизмов. Дисбактериоз кишечника представляет собой кардинальное нарушение строения биопленки слизистой толстой кишки, а коллективный иммунитет патологической биопленки сводит на нет возможность коррекции дисбактериозов с помощью пробиотиков. Биотехнологические пробиотики являются инородными и не встраиваются внутрь биопленки кишечника, а отторгаются вследствие биологической несовместимости.

Повсеместное загрязнение окружающей среды, накопление в ней ксенобиотиков разного спектра, широкое применение антибактериальных препаратов ведут к микроэкологическим нарушениям эволюционно сложившегося равновесия между организмом и населяющей его микрофлорой [54, 69]. Изменениям, происходящим в результате нерационального воздействия антибиотиков широкого спектра действия на просветную и пристеночную (биопленочную) микрофлору кишечника, был посвящен ряд исследовательских работ [70–73]. На модели экспериментального дисбактериоза у мышей были выявлены основные тенденции изменений, происходящих в пристеночной (биопленочной) микрофлоре. Показано, что в результате введения антибиотиков широкого спектра действия количество представителей индигенной микрофлоры (бифидобактерий и лактобактерий) в мукозном слое уменьшалось на несколько порядков, значительно нарастало количество факультативно-анаэробных представителей: лактозонегативных энтеробактерий, эшерихий со сниженной ферментативной активностью, протеев и грибов рода Candida. В динамике развития дисбактериоза наблюдалась транслокация условно-патогенных энтеробактерий из кишечника в кровь и желчный пузырь мышей, что соответствует 3–4-й степени дисбактериоза (ОСТ 2003). Анализ закономерностей микроэкологических изменений при дисбактериозе, обусловленном антибиотиками, в биопленочном биоценозе свидетельствовал об уменьшении индекса доминирования представителей индигенной микрофлоры и нарастании данного показателя у представителей условно-патогенной флоры (субдоминантное положение) [70, 74]. Изменения, отмеченные при экспериментальном дисбактериозе у животных, в определенной степени соответствуют изменениям, отмеченным в микробиоценозе кишечника людей, получавших антибиотики [71, 75].

А.А. Воробьев и соавт. [76] установили, что при нормомикробиоценозе показатели «удельного содержания» микроорганизмов в пристеночном уровне кишечника остаются практически неизменными и регулируются различными факторами, в том числе и толщиной муцинового слоя. Муцин с входящими в его состав микроорганизмами слущивается в просвет кишки, и таким образом пристеночная микрофлора активно участвует в формировании просветной. Оценка муциназной активности представителей микробиоты просветного уровня может быть использована как косвенное свидетельство вероятности миграционных нарушений в биотопах кишечника, так как не исключен обратный процесс, особенно при количественных нарушениях соотношений микробиоты.

Биопленка эсктракорпорального органа кишечника человека состоит из комплекса биопленок микроорганизмов и муцина кишечника. Как уже отмечалось, «строительным материалом» этой пленки-оболочки преимущественно является муцин-гликопептид, углеводная часть которого в основном представлена галактозой. Повышение уровня лактозы, часто являющиеся причиной диарреи при дисбактериозах кишечника, приводит к увеличению галактозы и усилению синтеза муцина. По данным А.В. Алешукиной [73], повышение муцина в свою очередь приводит к активации муцинолитической активности у кишечных бактерий (как резидентных, так и факультативных). Получается замкнутый круг: увеличение галактозы → повышение синтеза муцина (субстрат) → усиление синтеза муциназ (ферменты) бактериями → разрушение муцина → повышение содержания галактозы. Порочный замкнутый круг прекращается с полным истощением субстрата или снижением количества муциназоактивных бактерий. Сочетанное повышение протеолитической и муциназной активностей эубионтов при дисбиотических нарушениях способствует нарушению пептидной и углеводной части муцина. В результате биопленка истончается, колонизационная резистентность макроорганизма снижается. И вместе с увеличением частоты встречаемости факторов патогенности и персистенции у симбионтов (кишечная палочка) и факультативно присутствующих энтеробактерий (клебсиелл, энтеробактеров, цитробактеров, протеев) усиливается транслокация метаболитов бактерий и самих микроорганизмов в другие биотопы (отделы кишечника, желчный пузырь, кровь). При этом протеолитическая активность и муцинолитическая способность бифидобактерий и лактобацилл регистируются реже и степень их проявления гораздо ниже даже при нормабиозе. При дисбактериозе эти показатели снижаются, что тоже способствует уменьшению колонизационной резистентности организма в биотопе.

Биопленка микробного сообщества пристеночного слоя кишечника находится в непосредственном взаимодействии с клетками иммунной системы хозяина и содержит вещества, продуцируемые иммунокомпетентными клетками [77]. Развитие микроэкологических нарушений при дисбактериозах кишечника связывают с изменениями в системе местного противоинфекционного иммунитета, одним из важнейших звеньев которого является фагоцитарная реакция, осуществляемая профессиональными и непрофессиональными фагоцитами [55, 78, 79]. Были рассмотрены некоторые «интимные» механизмы развития микроэкологических нарушений, протекающие непосредственно на поверхности эпителиоидных клеток кишечника – энтероцитах и колоноцитах, то есть внутри биопленки. Установлено, что при экспериментальном дисбактериозе, обусловленном использованием антибиотиков широкого спектра действия, происходит снижение активности кислородзависимых бактерицидных систем профессиональных (перитонеальные макрофаги) и непрофессиональных (энтероциты и колоноциты) фагоцитов. Выявлена четко выраженная зависимость характера изменений микро­флоры от состояния активности кислородзависимых бактерицидных систем колоноцитов и энтероцитов: наибольшему снижению активности кислородзависимых бактерицидных систем соответствует максимальное нарастание количества условно-патогенных микроорганизмов и эшерихий с измененными свойствами [71]. Нарушения в состоянии антиоксидантной защиты эпителиоидных клеток кишечника способствуют микроэкологическим изменениям в составе пристеночной (биопленочной) микрофлоры [72]. Проведенные исследования позволили экспериментально обосновать использование для коррекции дисбактериоза, обусловленного применением антибиотиков широкого спектра действия, кисломолочного препарата «Наринэ», обладающего выраженной иммуномоделирующей активностью, на факторы местного неспецифического иммунитета [70, 72, 80, 81].

На современном этапе продолжаются исследования, посвященные влиянию биотических и абиотических факторов на биопленкообразование представителей нормофлоры in vitro. Так, было изучено образование биопленок кишечными бактериями под действием экстрактов лекарственных растений [82, 83]. Установлено модулирующее влияние ряда экстрактов лекарственных растений на биопленкообразующую способность бактерий E. coli и взаимосвязь между способностью бактерий к биопленкообразованию и редокс-свойствами испытуемых экстрактов. Также исследована регуляция антилизоцимной активности микроорганизмов и их способности образовывать биопленки эфирными маслами лекарственных растений.

Изучение взаимодействия B. bifidum, часто используемого для конструирования пробиотических препаратов, с представителями нормальной микрофлоры микробиоценоза кишечника человека показало, что супернатант B. bifidum в 33,3–66,7% случаев стимулировал или не изменял рост/размножение, биопленкообразование, антилизоцимную активность микроорганизмов, характерных для эубиоза кишечника, что может иметь значение при реализации бифидобактериями колонизационной резистентности биотопа [84].

Использование современных методов электронной микроскопии позволяет уточнить ультраструктурную картину проявления взаимоотношений микроорганизмов во внутривидовых и межвидовых сообществах симбиотических бактерий нормальной микрофлоры и транзиторных условно-патогенных микроорганизмов при формировании биопленок in vitro [85–87]. Полученные данные свидетельствуют о разнохарактерном ответе бактериальных клеток, содержащихся в биопленках, при симбиотических или антагонистических отношениях, отражающих социальное поведение микроорганизмов на популяционном и клеточном уровнях. При профилактике и комплексной бактериотерапии дисбактериозов кишечника существенными моментами являются уровень и спектр антагонистической активности вводимых в организм пробиотических бактерий. Показано, что при пероральном введении в кишечнике значительно дольше сохраняются те пробиотические штаммы, которые синтезируют бактериоцины или бактериоциноподобные вещества. При совместном выращивании различных штаммов условно-патогенных бактерий с лактобациллами L. acidophilus Д 75 установлено, что ультраструктурные изменения клеток условно-патогенных бактерий проявлялись как на клеточном, так и популяционном уровнях. Электронно-микроскопический анализ структуры микробных популяций может быть использован при подборе наиболее эффективных штаммов индигенных бактерий при создании новых штаммов-пробиотиков.

Анализируя доступные нам источники литературы и резюмируя вышесказанное, можно отметить, что на современном этапе развития знаний о биопленках нет единого мнения о факторах биотической и абиотической природы в формировании биопленок бактериями. Поведение бактерий в биопленочном сообществе значительно отличается от поведения планктонных вариантов тех же бактерий, на которое ориентировались исследователи конца XX и начала XXI вв., разрабатывая методы борьбы с микроорганизмами. Поэтому в настоящее время, опираясь на полученные знания, в новом направлении ведется активный поиск методов предотвращения образования и/или разрушения сформировавшихся биопленок, используя с этой целью как биотические, так и абиотические факторы эффективного воздействия.