Эффективность применения бактериофагов для деструкции биоплёнок на мочевых катетерах в экспериментальных моделях in vitro и in vivo

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Проблема формирования биоплёнок возбудителями инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП), на инвазивных устройствах, применяющихся в медицинской практике, в настоящее время приобретает высокую актуальность. Существование микроорганизмов — возбудителей инфекций в виде биоплёнок создаёт большие проблемы в медицинской практике, наносит экономический ущерб и снижает качество оказания медицинской помощи. Формированием биоплёнок объясняются причины длительно протекающих инфекционных заболеваний, не поддающихся антибиотикотерапии. В сложившихся условиях одним из эффективных компонентов борьбы с бактериальными инфекциями, в том числе вызванными биоплёночными формами микроорганизмов, может явиться использование бактериофагов.

Цель работы — оценить эффективность применения литических бактериофагов для деструкции микробных биоплёнок на мочевых катетерах в экспериментальных моделях in vitro и in vivo.

Материалы и методы. В работе применяли микробиологические, морфологические и электронно-микроскопические методы. In vitro моделировали биоплёнки на поверхности мочевых катетеров с последующим добавлением бактериофагов. In vivo моделировали катетер-ассоциированную инфекцию мочевыводящих путей (КА-ИМП) у мышей, разделённых на опытную и контрольные группы, с последующим трансуретральным введением бактериофагов.

Результаты. В экспериментальной модели in vitro бактериофаги разрушали биоплёнки, вызывая лизис клеток и деструкцию экзополисахаридного матрикса. In vivo у мышей опытной группы наблюдался регресс течения КА-ИМП, подтверждённый морфологическими и бактериологическими исследованиями. Электронная микроскопия выявила деструкцию биоплёнок на 5 из 6 катетеров. В группе положительного контроля инфекция прогрессировала, в отрицательном контроле биоплёнки отсутствовали.

Выводы. Результаты проведённых экспериментальных исследований in vitro и in vivo продемонстрировали, что бактериофаги способны разрушать биоплёнки и могут быть эффективным средством для борьбы с ИСМП, вызванными микроорганизмами, формирующими биоплёнки.

Об авторах

Батырбек Исмелович Асланов

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Минздрава России; ФГБУ «НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева» Минздрава России

Email: batyrbek.aslanov@szgmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6890-8096

д-р мед. наук, профессор, директор Института профилактической медицины, зав. каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии СЗГМУ им. И.И. Мечникова; в. н. с отдела биотехнологии НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Сергей Дмитриевич Конев

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: sd-konev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1919-4725

начальник отдела эпидемиологии Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

Россия, Санкт-Петербург

Мария Александровна Макарова

ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Минздрава России; ФБУН «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера» Роспотребнадзора

Email: makmaria@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3600-2377

д-р мед. наук, доцент, в. н. с., зав. лаб. кишечных инфекций Санкт-Петербургского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера; профессор каф. медицинской микробиологии СЗГМУ им. И.И. Мечникова

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Нариман Казиханович Гаджиев

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: nariman.gadjiev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6255-0193

д-р мед. наук, врач-уролог, заместитель главного врача по медицинской части (урология) Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова СПбГУ; профессор каф. урологии Медицинского института СПбГУ

Россия, Санкт-Петербург

Иван Александрович Горгоцкий

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: igorgotsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8514-5510

канд. мед. наук, врач-уролог, зам. главного врача по амбулаторно-поликлинической работе Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова СПбГУ; доцент каф. урологии Медицинского института СПбГУ

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Геннадьевич Куляш

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: kulyash_patolog@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9916-6232

зав. лаб. молекулярно-генетических исследований Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

Россия, Санкт-Петербург

Константин Васильевич Рожкован

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: tomcat-27@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8403-8342

канд. биол. наук, биолог лаб. молекулярно-генетических исследований Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

Россия, Санкт-Петербург

Марина Львовна Васютина

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России

Email: raluwow@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3295-8411

н. с. НИЛ биопротезирования и кардиопротекции Института экспериментальной медицины

Россия, Санкт-Петербург

Лада Александровна Мурашова

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России

Email: barbosachka85@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7155-1078

м. н. с. НИЛ нейрогенеза и нейродегенеративных заболеваний

Россия, Санкт-Петербург

Антон Сергеевич Лошаченко

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: a.loshachenko@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1058-3452

канд. физ.-мат. наук, директор Междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии»

Россия, Санкт-Петербург

Вера Владимировна Брюханова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: verabryu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9862-1387

инженер Междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии»

Россия, Санкт-Петербург

Оксана Владимировна Рыбальченко

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: o.rybalchenko@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9758-0053

д-р мед. наук, профессор каф. физиологии

Россия, Санкт-Петербург

Антон Сергеевич Бондаренко

ООО «Научные технологии и сервис»

Email: bond.anton@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7707-1710

канд. физ.-мат. наук, технический директор

Россия, Черноголовка

Анастасия Михайловна Константинова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: anastasia.konstantynova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2595-2249

д-р мед. наук, доцент, зав. патологоанатомическим отделением № 2, врач-патологоанатом Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

Россия, Санкт-Петербург

Борис Эдуардович Гальковский

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: mrc4se@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5252-483X

канд. мед. наук, врач-патологоанатом патолого-анатомического отделения № 2 Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Chinemerem Nwobodo D., Ugwu M.C., Oliseloke Anie C., et al. Antibiotic resistance: The challenges and some emerging strategies for tackling a global menace. J. Clin. Lab. Anal. 2022;36(9):e24655. DOI: https://doi.org/10.1002/jcla.24655
  2. Assefa M., Amare A. Biofilm-associated multi-drug resistance in hospital-acquired infections: a review. Infect. Drug. Resist. 2022;15:5061–8. DOI: https://doi.org/10.2147/IDR.S379502
  3. Sharma S., Mohler J., Mahajan S.D., et al. Microbial biofilm: a review on formation, infection, antibiotic resistance, control measures, and innovative treatment. Microorganisms. 2023;11(6): 1614. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms11061614
  4. Shree P., Singh C.K., Sodhi K.K., et al. Biofilms: understanding the structure and contribution towards bacterial resistance in antibiotics. Med. Microecol. 2023;16(5):100084. DOI: https://doi.org/10.1016/j.medmic.2023.100084
  5. Grooters K.E., Ku J.C., Richter D.M., et al. Strategies for combating antibiotic resistance in bacterial biofilms. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;14:1352273. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1352273
  6. Конев С.Д., Асланов Б.И., Ширай О.В. и др. Эпидемиологическая характеристика инфекций, вызванных биопленочными формами микроорганизмов, у пациентов с инвазивными медицинскими устройствами. Инфекционные болезни. 2025;23(2):53–60. Konev S.D., Aslanov B.I., Shirai O.V., et al. Epidemiological characterization of infections caused by biofilm-forming microorganisms in patients with invasive medical devices. Infectious Diseases. 2025;23(2):53–60. DOI: https://doi.org/10.20953/1729-9225-2024-4-21-25 EDN: https://elibrary.ru/lafcms
  7. Jamal M., Ahmad W., Andleeb S., et al. Bacterial biofilm and associated infections. J. Chin. Med. Assoc. 2018;81(1):7–11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcma.2017.07.012
  8. Stewart P.S., Bjarnsholt T. Risk factors for chronic biofilm-related infection associated with implanted medical devices. Clin. Microbiol. Infect. 2020;26(8):1034–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmi.2020.02.027
  9. Muteeb G., Rehman M.T., Shahwan M., Aatif M. Origin of antibiotics and antibiotic resistance, and their impacts on drug development: a narrative review. Pharmaceuticals (Basel). 2023;16(11):1615. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16111615
  10. Gliźniewicz M., Miłek D., Olszewska P., et al. Advances in bacteriophage-mediated strategies for combating polymicrobial biofilms. Front. Microbiol. 2024;14:1320345. DOI: https://doi.org/11.3389/fmicb.2023.1320345
  11. Liu S., Lu H., Zhang S., et al. Phages against pathogenic bacterial biofilms and biofilm-based infections: a review. Pharmaceutics. 2022;14(2):427. DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14020427
  12. O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis. Mol. Microbiol. 1998;28(3):449–61. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x
  13. Конев С.Д. Адаптированный метод выявления биопленок на инвазивных устройствах, применяемых в урологической практике. Материалы конференции «Эйхвальдские чтения-2023». СПб.;2023. Konev S.D. An adapted method for detecting biofilms on invasive devices used in urological practice. In: Proceedings of the Conference «Eichwald Readings-2023». St. Petersburg;2023. EDN: https://elibrary.ru/cztntv
  14. Conover M.S., Flores-Mireles A.L., Hibbing M.E., et al. Establishment and characterization of UTI and CAUTI in a mouse model. J. Vis. Exp. 2015;23:(100):e52892. DOI: https://doi.org/10.3791/52892
  15. Асланов Б.И., Конев С.Д., Куляш А.Г. и др. Метод быстрой идентификации биопленок на инвазивных устройствах, применяемых в урологической практике. В кн.: Профилактическая медицина — 2022: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. СПб.;2022:22–6. Aslanov B.I., Konev S.D., Kulyash A.G., et al. Method fast identification of biofilms on invasive devices used in urological practice. In: Preventive Medicine — 2022: Collection of Scientific Papers of the All-Russian Scientific and Practical Conference with the Participation. St. Petersburg; 2022:22–6. EDN: https://elibrary.ru/zdwtqc
  16. Dagnaes-Hansen F., Kilian M., Fuursted K. Septicaemia associated with an Aerococcus viridans infection in immunodeficient mice. Lab. Anim. 2004;38(3):321–5. DOI: https://doi.org/10.1258/002367704323133718
  17. Gryaznova M., Smirnova Y., Burakova I., et al. Effect of probiotic bacteria on the gut microbiome of mice with lipopolysaccharide-induced inflammation. Microorganisms. 2024;12(7):1341. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms12071341
  18. Zalewska-Piątek B. Phage therapy — challenges, opportunities and future prospects. Pharmaceuticals (Basel). 2023; 16(12):1638. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16121638
  19. Li X., He Y., Wang Z., et al. A combination therapy of phages and antibiotics: two is better than one. Int. J. Biol. Sci. 2021;17(13):3573–82. DOI: https://doi.org/10.7150/ijbs.60551
  20. Gomes Dallepiane F., Alejandro Coimbra Nogueira M., Menezes Dos Anjos L., et al. Bacteriophages as potential therapeutic agents in the control of bacterial infections. EXCLI J. 2025;24:524–6. DOI: https://doi.org/10.17179/excli2025-8145
  21. Tian F., Li J., Nazir A., et al. Bacteriophage — a promising alternative measure for bacterial biofilm control. Infect. Drug Resist. 2021;14:205–17. DOI: https://doi.org/10.2147/IDR.S290093
  22. Kovacs C.J., Rapp E.M., McKenzie S.M., et al. Disruption of biofilm by bacteriophages in clinically relevant settings. Mil. Med. 2024;189(5-6):e1294–302. DOI: https://doi.org/10.1093/milmed/usad385
  23. Mayorga-Ramos A., Carrera-Pacheco S.E., Barba-Ostria C., et al. Bacteriophage-mediated approaches for biofilm control. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;14:1428637. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1428637
  24. Zurabov F., Glazunov E., Kochetova T., et al. Bacteriophages with depolymerase activity in the control of antibiotic resistant Klebsiella pneumoniae biofilms. Sci. Rep. 2023;13:15188. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-42505-3
  25. Pallavali R.R., Degati V.L., Narala V.R., et al. Lytic bacteriophages against bacterial biofilms formed by multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, and Staphylococcus aureus isolated from burn wounds. Phage (New Rochelle). 2021;2(3):120–30. DOI: https://doi.org/10.1089/phage.2021.0004
  26. Chen W., Han L.M., Chen X.Z., et al. Engineered endolysin of Klebsiella pneumoniae phage is a potent and broad-spectrum bactericidal agent against "ESKAPEE" pathogens. Front. Microbiol. 2024;15:1397830. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1397830
  27. Shahed-Al-Mahmud M., Roy R., Sugiokto F.G., et al. Phage φAB6-borne depolymerase combats Acinetobacter baumannii biofilm formation and infection. Antibiotics (Basel). 2021;10(3):279. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics10030279
  28. Fu W., Forster T., Mayer O., et al. Bacteriophage cocktail for the prevention of biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa on catheters in an in vitro model system. Antimicrob. Agents Chemother. 2010;54(1):397–404. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.00669-09
  29. Curtin J.J., Donlan R.M. Using bacteriophages to reduce formation of catheter-associated biofilms by Staphylococcus epidermidis. Antimicrob. Agents Chemother. 2006;50(4):1268–75. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.50.4.1268-1275.2006
  30. Cieślik M., Bagińska N., Górski A., et al. Animal models in the evaluation of the effectiveness of phage therapy for infections caused by gram-negative bacteria from the ESKAPE group and the reliability of its use in humans. Microorganisms. 2021;9(2):206. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms9020206
  31. Mehmood Khan F., Manohar P., Singh Gondil V., et al. The applications of animal models in phage therapy: an update. Hum. Vaccin. Immunother. 2023;19(1):2175519. DOI: https://doi.org/10.1080/21645515.2023.2175519
  32. Singh A.N., Singh A., Nath G. Evaluation of bacteriophage cocktail on urinary tract infection caused by colistin-resistant Klebsiella pneumoniae in mice model. J. Glob. Antimicrob. Resist. 2024;39:41–53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jgar.2024.07.019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Асланов Б.И., Конев С.Д., Макарова М.А., Гаджиев Н.К., Горгоцкий И.А., Куляш А.Г., Рожкован К.В., Васютина М.Л., Мурашова Л.А., Лошаченко А.С., Брюханова В.В., Рыбальченко О.В., Бондаренко А.С., Константинова А.М., Гальковский Б.Э., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).