Роль бактериальных биоплёнок в хронических инфекциях

Острые инфекции, вызываемые патогенными бактериями, на протяжении более 100 лет тщательно изучались. В предыдущие столетия эти инфекции уносили миллионы жизней, однако с ними удалось эффективно бороться благодаря разработке современных вакцин, антибиотиков и мер инфекционного контроля. Большинство исследований патогенеза бактерий было посвящено острым инфекциям, однако теперь к этим заболеваниям добавилась новая категория хронических инфекций, вызываемых бактериями, растущими в окружённых слизистым матриксом агрегатах, известных как биоплёнки. Биоплёночные инфекции, включая пневмонию у пациентов с муковисцидозом, хронические раны, хронический средний отит, а также инфекции, связанные с имплантатами и катетерами, ежегодно поражают миллионы людей в развитых странах и нередко приводят к смерти.

В целом в процессе роста и размножения бактерии существуют в двух формах. В одной из них они представлены отдельными независимыми клетками — планктонными бактериями, тогда как в другой объединены в прикреплённые агрегаты. Последнюю форму обычно называют биоплёночным фенотипом роста. Предполагается, что острые инфекции вызываются планктонными бактериями, которые обычно поддаются лечению антибиотиками, хотя успех лечения зависит от точной и быстрой диагностики. Однако если бактериям удаётся сформировать биоплёнку в организме человека, инфекция часто оказывается неизлечимой и переходит в хроническое состояние. Основные признаки хронических инфекций, обусловленных биоплёнками, — чрезвычайно высокая устойчивость к антибиотикам и многим другим традиционным противомикробным средствам, а также исключительная способность уклоняться от защитных механизмов организма.

В этой диссертации я обобщу современные знания о биоплёнках, уделив особое внимание хроническим инфекциям и рекомендациям по их диагностике и лечению, а затем сопоставлю эти сведения с результатами моих предыдущих исследований биоплёнок. Я представлю доказательства в пользу того, что биоплёночный образ жизни преобладает при хронических бактериальных инфекциях, а агрегация бактерий является их исходным состоянием; последующее развитие биоплёнки происходит за счёт адаптации к условиям питания и окружающей среды. Я проведу ряд сопоставлений, чтобы выделить наиболее важные, с моей точки зрения, аспекты биоплёнок и определить, какие выводы можно сделать на основании результатов исследований последних десятилетий. Я постараюсь связать результаты исследований in vitro и in vivo и на этой основе предложить методы изучения биоплёнок. Будет проведено сравнение существования бактериальных биоплёнок в стабильных экологических местообитаниях и их оппортунистического формирования в нестабильных экологических местообитаниях, например при инфекциях. В обоих случаях бактерии придерживаются сходного образа жизни — формируют биоплёнку, однако борьба за выживание и доминирование протекает по-разному. На основании этого сравнения я выдвину гипотезу о механизмах возникновения хронических биоплёночных инфекций и сосуществования бактерий в таких инфекциях. Наконец, я рассмотрю различные аспекты диагностики биоплёночных инфекций. Надеюсь, что этот обзор современных знаний и предложенные рекомендации послужат основой и источником идей для дальнейших исследований, совершенствования диагностики и лечения известных биоплёночных инфекций, а также инфекций, которые могут быть выявлены в будущем.