№3(7) 2024

DOI 10.37219/2528-8253-2024-3-56

Пухлік СМ, Щелкунов АП, Щелкунов ОА
РОЛЬ МІКРООРГАНІЗМІВ, ЩО УТВОРЮЮТЬ БІОПЛІВКИ, У ВИНИКНЕННІ ПАТОЛОГІЇ НОСА
ТА ЛІМФО-ГЛОТКОВОГО КІЛЬЦЯ ТА ШЛЯХИ КОРЕКЦІЇ БІОЦЕНОЗУ
Пухлік Сергій Михайлович
Одеський національний медичний університет
Зав. кафедрою оториноларингології, доктор медичних наук, професор.
Email: lor@te.net.ua
Orchid ID: http://orcid.org/0000-0001-7196-9642
Scopus Author ID: 6506298353
Щелкунов Анатолій Петрович
Одеський національний медичний університет
Кафедра оториноларингології, асистент кафедри
Кандидат медичних наук
Email: anatolii_shelkunov@i.ua
Orchid ID: https://orcid.org/0000-0002-7014-5729
 
Щелкунов Олександр Анатолійович
Одеський національний медичний університет
Кафедра оториноларингології, асистент
Email: anatolii_shelkunov@i.ua
Orchid ID: https://orcid.org/0000-0002-4839-5844

Анотація

Актуальність: Однією з причин формування хронічних рецидивуючих запальних процесів є здатність бактерій утворювати біоплівку – складно організоване угруповання, що має місце як у навколишньому середовищі, так і в організмі людини. Співіснування патогенної та умовно патогенної мікрофлори в формі біоплівки створює умови для розвитку хронічного гнійного запального процесу. Така форма існування забезпечує вищу резистентність та толерантність до антибіотиків, ніж у планктонних форм, знижуючи їх чутливість у 1000 разів.

Метою дослідження є поліпшити якість лікування хворих, страждаючих на хронічну патологію носа та лімфоглоточного кільця, використовуючи дані кількісного та якісного визначення флори в осередку запалення та здатність даних мікроорганізмів утворювати біоплівки, здійснити пошук найбільш оптимальних препаратів, що руйнують біоплівки.

Концепція роботи

У роботі з біоплівками використовувався метод визначення оптичної щільності біоплівки і, відповідно, чим щільність вище тим більша здатність мікроорганізмів до біоплівкоутворення. Потім на виявлені мікроорганізми, що знаходяться в біоплівці, наносили випробувані речовини в різному розведенні, їх переважну здатність визначали знову по оптичній щільності біоплівки після впливу випробуваними речовинами, потім проводили лікування досліджуваними препаратами.

Було обстежено 56 осіб з різною патологією ЛОР-органів. Отримані результати показали, що найбільшу біоплівкоутворювальну здатність має Staphylococcus aureus. При дослідженні біоматеріалу з порожнини носа відмічено 33 випадки біоплівкоутворення помірної оптичної щільності та 3 – високої. У 3 випадках біоплівки не утворювались. Показано, що найбільшою здатністю до руйнування біоплівок мають такі речовини – колоїдне срібло у 27 випадках без розведення і у 6 випадках – в розведенні 1:10; «Повідон-йод» – у 24 випадках, з них 17 – у розведенні 1:10, 6 – у розведенні 1:20 та 1 випадок – у розведенні 1:40; пробіотичний препарат Bacillus megaterium – у 18 випадках, у розведенні 1:10 – у 9 випадках. При дослідженні біоматеріалу з глотки в 33 випадках виявлено Staphylococcus aureus, з них у 12 випадках біоплівка не утворювалась, у 15 випадках виявлено біоплівку помірної щільності, у 6 – високої щільності. Було досліджено такі лікарські речовини, які пригнічують біоплівкоутворювальну здатність: «Лізоцим» – в 21 випадку без розведення, «Біклотимол» – у 18 випадках без розведення і 9 – у розведенні 1:10; пробіотичний препарат Streptococcus salivarius – у 24 випадках без розведення; пробіотичний препарат Bacillus megaterium – у 12 випадках без розведення.

Наступним за кількістю виявлення був Streptococcus viridans. У порожнині носа виявлено 4 випадки з низьким ступенем біоплівкоутворення, обстеження за чутливістю до медичних препаратів не проводились. У глотці виявлено 54 випадки, з них у 12 біоплівки не утворювались, у 33 випадках біоплівки були помірної щільності, у 6 – щільні. За чутливістю до препаратів розподіл був таким: «Лізоцим» – 24 випадки без розведення, 3 – у розведенні 1:10; «Біклотимол» – 27 без розведення, 12 – у розведенні 1:10, 3 – у розведенні 1:20; пробіотичний препарат Streptococcus salivarius – 30 випадків без розведення, 15 випадків в розведенні 1:10 та 9 – 1:20; Coagulans – 15 без розведення, 3 – у розведенні 1:10, 5 – в розведенні 1:20; пробіотичний препарат Bacillus megaterium – у 21 випадку без розведення, в 6 – у розведенні 1:10. Решта мікроорганізмів висівалися в незначних кількостях.

Висновки

  1. Метод визначення біоплівкоутворювальної здатності мікроорганізмів за оптичною щільністю матеріалу обов’язково потрібно дублювати кількісним посівом на флору та чутливість до антибіотиків для більшої достовірності отриманих даних та можливим застосуванням антибіотиків, відповідно до чутливості при лікуванні.
  2. В результаті проведеного нами дослідження було виявлено мікроорганізми з найбільшою здатністю до біоплівкоутворення, а також підібрано спектр медичних препаратів, які доступні і є найбільш дієвими в пригніченні біоплівкоутворювальних здібностей мікроорганізмів, але бажано до кожного пацієнта підходити індивідуально.
  3. Визначено низку препаратів, які ефективно руйнують біоплівки, особливо без розведень, але тільки повідон-йод («Бетадін») це робить навіть у значному розведені (1:40).
  4. Використовуючи отримані нами дані щодо препаратів, що пригнічують біоплівкоутворювальну здатність мікроорганізмів, ми вважаємо за необхідне продовження роботи та підтвердження на більшій кількості обстежуваних та пролікованих пацієнтів.

Ключові слова: мікроорганізми, запальні захворювання носа та глотки, біоплівки, лікарські засоби, що руйнують біоплівки, біль в глотці.

Література

  1. Haaber J, Leisner JJ, Cohn MT, Catalan-Moreno A, Nielsen JB, Westh H, et al. Bacterial viruses enable their host to acquire antibiotic resistance genes from neighbouring cells. Nat Commun. 2016 Nov 7:7:13333. doi: 10.1038/ncomms13333.
  2. Belbase A, Pant ND, Nepal K, Bibhusan Neupane B, Baidhya R, Baidya R, Lekhak B. Antibiotic resistance and biofilm production among the strains of Staphylococcus aureus isolated from pus/wound swab samples in a tertiary care hospital in Nepal. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2017 Mar 23;16(1):15. doi: 10.1186/s12941-017-0194-0.
  3. Melnikov OF, Zabolotna DD, Zabolotny DI. Immunodiagnostics, immunotherapy and immunoprophylaxis in the clinic of otolaryngology. Message 1. Optimal indicators of systemic immunity in assessing the clinical and laboratory status of patients with inflammatory diseases of the upper respiratory tract (analytical generalization). Otorhinolaryngology. 2019;2(6):4-11. doi: 10.37219/2528-8253-2019-6-04. [Article in Ukrainian].
  4. Gloag ES, German GK, Stoodley P, Wozniak DJ. Viscoelastic properties of Pseudomonas aeruginosa variant biofilms. Sci Rep. 2018 Jun 26;8(1): 9691. doi: 10.1038/s41598-018-28009-5.
  5. Olsen I. Biofilm-specific antibiotic tolerance and resistance. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2015; 34(5):877-86. doi: 10.1007/s10096-015-2323-z
  6. Bidossi A, De Grandi R, Toscano M, Bottagisio M, De Vecchi E, Gelardi M, Drago L. Probiotics Streptococcus salivarius 24SMB and Streptococcus oralis 89a interfere with biofilm formation of pathogens of the upper respiratory tract. BMC Infect Dis. 2018 Dec 13;18(1):653. doi: 10.1186/s12879-018-3576-9.
  7. Vasudevan R. Biofilms: Microbial Cities of Scientific Significance. J Microbiol Exp. 2014;1(3):84-98. doi: 10.15406/jmen.2014.01.00014.
  8. Moo-Young M, editor. Comprehensive Biotechnology (Second Edition). Academic Press; 2011. Chapter 1.41 – Biofilms; p. 547-558. doi: https:// doi.org/10.1016/B978-0-08-088504-9.00064-7.
  9. Costerton W, Veeh R, Shirtliff M, Mark Pasmore M, Post C, Ehrlich G The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections. J Clin Invest. 2003 Nov;112(10): 1466-77. doi: 10.1172/JCI20365.
  10. Kryvtsova MV. Antimicrobial and antibiofilm-forming effect of substances of plant origin upon opportunistic microorganisms of the oral cavity [dissertation]. Kyiv: O.O. Bohomolets National Medical University; 2021. 45 p.
  11. Srivastava S, Bhargava A.  Biofilms and human health. Biotechnol Lett. 2016 Jan;38(1):1-22. doi: 10.1007/s10529-015-1960-8.
  12. Koo H, Allan RN, Howlin RP, Stoodley P, Hall-Stoodley L. Targeting microbial biofilms: current and prospective therapeutic strategies. Nat Rev Microbiol. 2017;15(12):740-55. doi: 10.1038/ nrmicro.2017.99
  13. Mladina R, Skitarelić N, Musić S, Ristić M. A biofilm exists on healthy mucosa of the paranasal sinuses: a prospectively performed, blinded, scanning electron microscope study. Clin Otolaryngol. 2010;35(2):104-10. doi: 10.1111/j.1749-4486. 2010.02097.x
  14. Subtil J, Bajanca-Lavado MP, Rodrigues JC, Duarte A, Reis L, Nogueira I, Jordao L. Prospective observational study of adenoidal biofilms in a paediatric population and their clinical implications. Otolaryngol Pol. 2018 Oct 1;73(1):1-5. doi: 10. 5604/01.3001.0012.5278.
  15. Bayazian G, Sayyahfar S, Safdarian M, Kalantari F. Is there any association between adenoid biofilm and upper airway I nfections in pediatric patients? Turk Pediatri Ars. 2018;53(2):71-7. doi: 10.5152/TurkPediatriArs.2018.6151.
  16. Franca A, Carvalhais V, Vilanova M, Pier GB, Cerca N. Characterization of an in vitro fed-batch model to obtain cells released from S. epidermidis biofilms. AMB Express. 2016 Mar;6(1):23. doi: 10.1186/s13568-016-0197-9.
  17. Imchen M, Anju VT, Busi S, Mohan MS, Subhaswaraj P, Dyavaiah M, Kumavath R. Metagenomic insights into taxonomic, functional diversity and inhibitors of microbial biofilms. Microbiol Res. 2022;265:127207. doi: 10.1016/j.micres. 2022.127207.
  18. Mlynek KD, Callahan MT, Shimkevitch AV, Farmer JT, Endres JL, Marchand M, et al. Effects of LowDose Amoxicillin on Staphylococcus aureus USA300 Biofilms. Antimicrob Agents Chemother. 2016; 60 (5):2639-51. doi: 10.1128/ AAC.02070-15.
  19. Lin C-D, Tsai M-H, Lin C-W, Ho M-W, Wang C-Y, Tsou Y-A,  et al.  Association of adenoid hyperplasia and bacterial biofilm formation in children with adenoiditis in Taiwan. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2012 Feb;269(2):503-11. doi: 10.1007/ s00405-011-1704-x.
  20. Torretta S, Drago L, Marchisio P, Gaffuri M, Clemente IA, Pignataro L. Topographic distribution of biofilm-producing bacteria in adenoid subsites of children with chronic or recurrent middle ear infections. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2013; 122(2):109-13. doi: 10.1177/ 000348941312200206.
  21. Ungkanont K, Jootakarn S, Leelaporn A, Kijsinthopchai U, Tanphaichitr A, Vathanophas V, Komoltri C. Association between adenoid bacteriology and clinical characteristics of adenoid-related diseases in children. SAGE Open Med. 2021 Apr 2:9:20503121211006005. doi: 10.1177/ 20503121211006005.
  22. Hamilos DL. Biofilm Formations in Pediatric Respiratory Tract Infection Part 2: Mucosal Biofilm Formation by Respiratory Pathogens and Current and Future Therapeutic Strategies to Inhibit Biofilm Formation or Eradicate Established Biofilm. Curr Infect Dis Rep. 2019 Mar 2;21(2):8. doi: 10.1007/s11908-019-0657-x.
  23. Nistico L, Kreft R, Gieseke A, Coticchia JM, Burrows A, Khampang P, et al. Adenoid Reservoir for Pathogenic Biofilm. J Clin Microbiol. 2011 Apr; 49(4):1411-20. doi: 10.1128/JCM.00756-10.
  24. Schilcher K, Horswill AR. Staphylococcal Biofilm Development: Structure, Regulation, and Treatment Strategies. Microbiol Mol Biol Rev. 2020 Aug 12;84(3):e00026-19. doi: 10.1128/MMBR.00026-19.
  25. Hamilos DL. Biofilm Formations in Pediatric Respiratory Tract Infection Part 2: Mucosal Biofilm Formation by Respiratory Pathogens and Current and Future Therapeutic Strategies to Inhibit Biofilm Formation or Eradicate Established Biofilm. Curr Infect Dis Rep. 2019 Mar 2;21(2):8. doi: 10.1007/s11908-019-0657-x.
  26. Iovino F, ed. Streptococcus pneumoniae. Methods in Molecular Biology. New York, NY: Humana Press; 2019. Chao Y, Bergenfelz C, Hakansson AP. Growing and Characterizing Biofilms Formed by Streptococcus pneumonia; p. 147-71. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9199-0_13
  27. Koo H, Allan RN, Howlin RP, Stoodley P, Hall-Stoodley L. Targeting microbial biofilms: current and prospective therapeutic strategies. Nat Rev Microbiol. 2017;15(12):740-55. doi: 10.1038/ nrmicro.2017.99.
  28. Lyakh KV, Lugovsky SP, Kosakovsky AL, Shkorbotun YV, Skoryk MA. [Clinico-morphological characteristics and evaluation of tubular rolls in children with hypertrophy of the pharyngeal tonsil]. Clinical and preventive medicine. 2023;(8):6-14. https://doi.org/10.31612/2616-4868.8.2023.01. [Article in Ukrainian].