Действие стрессовых факторов на бактериальные биопленки с дефектом структуры внеклеточного полимерного матрикса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.03, кандидат наук Стрелкова, Екатерина Александровна

• Стрелкова, Екатерина Александровна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Стрелкова, Екатерина Александровна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Особенности структуры и состава биопленок

1.1 Вступление

1.2 Строение биопленок

1.3 Основные этапы формирования биопленок

1.4 Факторы, влияющие на процесс формирования биопленок

1.5 Участие регуляторной системы quorum sensing в биопленко-образовании

2 Типы и механизмы взаимоотношений микроорганизмов, входящих в состав биопленок

3 Влияние условий внешней среды и биоцидов на функционирование биопленок

3.1 Действие антибиотиков

3.1.1 Ингибиторное действие

3.1.2 Стимулирующее действие

3.1.3 Механизмы устойчивости к антибиотикам

3.1.4 Устойчивость к стрессовым факторам

4 Персистентность и адаптивный мутагенез в биопленках

4.1 Понятие о персистентности

4.2 Механизмы персистентности: системы токсин-антитоксин

4.3 Адаптивный мутагенез

5 Использование биопленок в биотехнологии

6 Способы борьбы с формированием биопленок и клеток-персистеров

7 Заключение

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Объекты исследования

1.2 Культивирование и хранение микроорганизмов

1.3 Определение чувствительности микроорганизмов к антибиотикам и физико-химическим факторам среды

1.4 Микроскопические методы

Глава 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Чувствительность к антибиотикам

2.2 Динамика формирования биопленок

2.3 Стимуляция антибиотиками формирования биопленок

2.4 Визуализация внеклеточного полимерного матрикса с помощью микроскопических методов

2.4.1 Световая микроскопия

2.4.2 Электронная микроскопия

2.4.3 Атомно-силовая микроскопия

2.5 Вклад внеклеточного полимерного матрикса в устойчивость биопленок к экстремальным факторам среды

2.5.1 Зависимость от температуры

2.5.2 Зависимость от рН

2.5.3 Влияние концентрации №С1

Обсуждение результатов

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Действие стрессовых факторов на бактериальные биопленки с дефектом структуры внеклеточного полимерного матрикса»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Известно, что микробные популяции в биопленках существенно отличаются по физиолого-биохимическим свойствам от суспензионных культур [James et al., 1995]. Реализация специфического биопленочного фенотипа определяет повышенную устойчивость биопленок к стрессовым факторам, антибиотикам и другим биоцидам. Изучению механизмов устойчивости биопленок посвящено большое количество работ. Среди возможных причин повышенной устойчивости к антимикробным препаратам исследователи называют индукцию систем, обуславливающих экскрецию антибиотиков из клеток [Nikaido, 2009], низкую скорость диффузии антибиотиков через внеклеточный полимерный матрикс [Lewis, 2001], возникновение клеток-персистеров [Levin and Rozen 2006], сниженную скорость метаболизма бактерий в биопленках [Costerton et al., 1999]. Описан интересный механизм протокооперативных взаимоотношений в условиях бинарной биопленки: галотолерантный нефтеокислитель не только выживает, но и размножается при концентрации NaCl, которая является летальной для чистой планктонной культуры этого галотолеранта, за счет накопления в биопленке галофильным спутником осмопротекторного вещества (эктоина) [Плакунов с соавт., 2008]. В случае устойчивости биопленок к неблагоприятным физико-химическим факторам среды (таким, как pH и температура) некоторые авторы предполагают важную роль матрикса биопленок [Scher et al., 2005]. Однако экспериментальные доказательства механизма этого явления отсутствуют.

Поэтому механизмы устойчивости биопленок к антимикробным веществам

и стрессовым факторам среды, а также роль в этих процессах внеклеточного

полимерного матрикса заслуживают более детального изучения. Следует

отметить, что из-за различий в применяемых методиках и в экспериментальных

подходах в процессе получения биопленок, появилось множество

разнообразных и, иногда, альтернативных взглядов на механизмы этой

4

устойчивости. Кроме того, большинство подобных исследований ограничено клиническими штаммами микроорганизмов. Связано это с тем, что многие патогенные микроорганизмы образуют биопленки в инфицированном ими макроорганизме или на поверхности медицинского оборудования (катетеры, глазные линзы и др.), что приводит к возникновению трудно излечиваемых рецидивов заболеваний. Между тем, изучение механизмов устойчивости биопленок сапротрофных микроорганизмов - не менее важная задача. В частности, необходимо знать, есть ли прямая связь повышенной устойчивости биопленок с патогенностью входящих в них микроорганизмов (например, с образованием факторов патогенности). Понимание механизмов устойчивости сапротрофных микроорганизмов — это важный шаг на пути разработки методов борьбы с нежелательным биопленкообразованием (в процессах биокоррозии и биообрастания технологического оборудования). С другой стороны, знания механизмов устойчивости могут быть ценным инструментом для стимуляции биопленкообразования в случае использования активности биопленок в процессах очистки природных сред от загрязнений (например, в системах водоподготовки). Эти знания также могут быть полезны для понимания процессов формирования и функционирования микробных сообществ в природных экотопах.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы явилось изучение динамики формирования биопленок сапротрофными микроорганизмами, изолированными из пластовых вод нефтяных месторождений, а также их модельными аналогами и выявление вклада внеклеточного полимерного матрикса в устойчивости этих биопленок к антимикробным веществам и экстремальным условиям среды.

Для достижения данной цели были поставлены задачи:

1. Определить сравнительную чувствительность планктонных культур и биопленок нефтеокисляющих микроорганизмов, изолированных из пластовых вод нефтяных месторождений, а также модельных микроорганизмов к

антибиотикам с различным механизмом действия (в качестве биохимических инструментов).

2. Разработать метод, позволяющий изучать динамику формирования биопленок (возникновение «биопленочного» фенотипа).

3. Разработать способы визуализации матрикса биопленок различными микроскопическими методами.

4. Изучить сравнительную чувствительность планктонных культур изученных микроорганизмов и их биопленок к экстремальным факторам среды (тепловому, осмотическому и кислотному шоку).

Научная новизна работы

Разработан метод изучения динамики формирования биопленок. Для культур Kocuria sp., Dietzia sp., P.chlororaphis 66 установлено время перехода от планктонного способа существования к биопленочному, которое составляет 2-6 часов.

Установлено, что биопленки сапротрофных штаммов {Dietzia sp., Kocuria sp., Pseudomonas sp., Chromobacterium sp.) значительно более устойчивы к действию антимикробных препаратов, чем их планктонные культуры. Показано, что биопленки сапротрофных бактерий по этому свойству не отличаются от изученных другими исследователями биопленок патогенных штаммов бактерий.

Впервые для сапротрофных микроорганизмов обнаружено явление стимуляции биопленкообразования под действием суббактериостатических концентраций антибиотиков (азитромицина, рифампицина), которое было описано ранее лишь для патогенных микроорганизмов.

Впервые обнаружена повышенная устойчивость биопленок некоторых нефтеокисляющих грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов (изолированных из пластовых вод нефтяных месторождений, а также коллекционных культур) к неблагоприятным физико-химическим условиям среды: температуре, pH среды и к повышенной концентрации NaCl.

Практическая значимость работы

Показано, что внеклеточный полимерный матрикс играет важнейшую роль в обеспечении устойчивости биопленок к неблагоприятным физико-химическим факторам среды. Это во многом объясняет закономерности существования и выживания сообществ микроорганизмов в природных экотопах (в почве, водоемах и нефтяных месторождениях), где экстремальные факторы среды периодически возникают или существуют постоянно.

Воздействие на внеклеточный полимерный матрикс в качестве мишени, поиск путей его эффективного разрушения может быть одним из успешных методов борьбы с биопленками.

В тех случаях, когда необходимо использовать полезные свойства биопленок (интенсификация процессов биодеградации субстратов, повышение нефтеизвлечения) стимуляцию биопленкообразования можно проводить путем создания благоприятных условий для формирования матрикса.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на III Всероссийском конгрессе с международным участием «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний-Новгород, 2010), на Всероссийском симпозиуме с международным участием «Автотрофные микроорганизмы» (Москва, 2010), на XXIII Международной зимней молодежной научной школе «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2011), а также на Молодежной школе конференции с международным участием «Актуальные аспекты современной микробиологии» в 2010, 2011, 2012, 2013 году.

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 5 экспериментальных статьях, 1 обзоре литературы и 10 тезисах конференций.

Место проведения работы и благодарности

Работа выполнена в лаборатории нефтяной микробиологии в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук (ИНМИ РАН). Микроскопические исследования были выполнены на кафедре биофизики биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н. Плакунову В.К., а также своим соавторам д.б.н. проф. Беляеву С.С., к.б.н. Журиной М.В. за практическую помощь, ценные советы на всех этапах выполнения работы.

Объём и структура диссертации

Материалы диссертации изложены на 118 страницах машинописного текста и включают 30 рисунков и 3 таблицы. Список литературы» содержит 160 источников, в том числе 26 отечественных и 134 зарубежных.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Экспериментальные статьи и обзоры

1. Журина М. В., Стрелкова Е. А., Плакунов В. К., Беляев С. С.. Влияние состава реконструированных биопленок на активность парафинокисляющих бактерий // Микробиология. 2008. Т. 77. № 5. С. 701-703.

2. Стрелкова Е. А., Журина М. В., Плакунов В. К. . Использование реконструированных биопленок для ускорения деградации углеводородов нефти // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2008. Т. 3. № 4. С. 28-30.

3. Стрелкова Е. А., Журина М. В., Плакунов В. К., Беляев С. С.. Стимуляция антибиотиками процесса формирования бактериальных биопленок // Микробиология. 2012. Т. 81. №.2. С. 282-285.

4. Стрелкова Е.А., Позднякова Н.В., Журина М.В., Плакунов В.К., Беляев С.С. Роль внеклеточного полимерного матрикса в устойчивости бактериальных биопленок к экстремальным факторам среды // Микробиология. 2013. Т. 82. №2. С. 131-138.

5. Журина М.В., Кострикина H.A., Паршина Е.Ю., Стрелкова Е.А., Юсипович А.И., Максимов Г.В., Плакунов В.К.. Визуализация внеклеточного полимерного матрикса биопленок Chromobacterium violaceum с помощью микроскопических методов // Микробиология. 2013. Т. 82. № 4. С. 502-509.

Обзор

Стрелкова Е.А., Журина М.В., Плакунов В.К. Персистенция и адаптивный мутагенез в биопленках// Микробиология. 2010. Т. 79. № 4. С. 447-458.

Тезисы конференций

1. Плакунов В.К., Журина М.В., Безрукова Е.А., Лебедева И.В. Взаимоотношения микроорганизмов нефтяных месторождений в реконструированных биопленках/ЛУ Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективыразвития». Россия. Москва. 2007. Тезисы докладов, секция 7. С. 343-344.

2. Журина М.В., Воронина H.A., Безрукова Е.А., Лебедева И.В., Плакунов В.К. Зависимость способности микроорганизмов к окислению парафинов от состава реконструированных биопленок. Международная научная конференция «Микроорганизмы и биосфера». Россия. Москва. 2007. Тезисы докладов. С. 46.

3. Журина М.В., Стрелкова Е.А., Плакунов В.К.. Механизмы взаимодействия нефтеокисляющих микроорганизмов и их спутников в реконструированных биопленках/ЛУ Молодежная школа-конференция с международным участием: Актуальные вопросы современной микробиологии. Россия. Москва. 2008. Тезисы докладов С. 87-88.

4. Стрелкова Е.А., Журина М.В., Плакунов В.К.. Взамодействие нефтеокислителя Dietzia sp.c галофильнымн спутниками в составе бинарных биопленок// V Молодежная школа- конференция с международным участием: «Актуальные вопросы современной микробиологии». Россия. Москва. 2009. Тезисы докладов. С. 135-137.

5. Стрелкова Е.А., Журина М.В., Плакунов В.К., Сидоров A.C. Микробные взаимодействия в составе бинарных биопленок // III Всероссийский конгресс с международным участием «Симбиоз-Россия 2010». Тезисы докладов. 2010. Нижний Новгород. С. 74-75.

6. Стрелкова Е.А., Кондакова Т.В., Суворова Е.В., Журина М.В.. Влияние стрессовых факторов и антибиотиков на формирующиеся и зрелые биопленки// VI Молодежнаяшкола- конференция с международным участием: «Актуальные вопросы современной микробиологии». Россия. Москва. 2010. Тезисы докладов. С. 75-76.

7. Стрелкова Е.А., Журина М.В., Кондакова Т.В., Суворова Е.В. Стимуляция биопленкообразования при воздействии стрессовых факторов и антибиотиков // Всероссийский симпозиум с международным участием «Автотрофные Микроорганизмы». Россия. Москва. 2010. Тезисы докладов. 99.

8. Стрелкова Е.А., Журина М.., Кондакова Т.В., Суворова Е.В. Стрессовые факторы и антибиотики как инструменты изучения молекулярных механизмов формирования биопленок. XXIII Международная зимняя молодежная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» Россия. Москва. 2011. Тезисы докладов. 30.

9. Позднякова Н.В., Стрелкова Е.А., Журина М.В., Плакунов В.К. Закономерности формирования микробных биопленок и способы борьбы с ними // VIII Молодежная школа-конференция с международным участием «Актуальные аспекты современной микробиологии». Россия. Москва. 2012 г. Тезисы докладов. С. 147-149.

10. Журина М.В., Стрелкова Е.А. , Ганнесен А.В., Мартьянов C.B., Плакунов В.К. Значение матрикса биопленок для их устойчивости к антибактериальным агентам и физико-химическим факторам среды. IX Молодежная школа-конференция с международным участием «Актуальные аспекты современной микробиологии». Россия. Москва. 2013. Тезисы докладов. С. 76-78.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Особенности структуры и состава биопленок 1.1 Вступление

Биопленки (ЬюШгш) представляют собой наиболее распространенную в природе форму существования микроорганизмов. В научной литературе можно найти большое количество определений этого понятия, отражающих ту или иную особенность данных сообществ. Мы воспользуемся определением, приведенным в недавнем обзоре, в котором подчеркиваются самые характерные свойства подобных ассоциаций: «биопленки - это пространственно и метаболически структурированные сообщества микроорганизмов, заключенные во внеклеточный полимерный матрикс и расположенные на границе раздела фаз» [Николаев, Плакунов. 2007].

Биопленки образуются как в проточных, так и в стационарных системах. В лаборатории используют 4 наиболее распространенных способа формирования биопленок (рис. 1).

Wild-type Mutant

CSLM

Miwotiter

Pellicle

Colony

Рис. 1. GLSM - профиль биопленок штаммов Vibrio cholerae , способных к экспрессии гена зеленого флуоресцентного белка, визуализируемых с помощью лазерной конфокальной микроскопии. Microtiter - биопленки Е. coli, сформированные на поверхности пластиковых планшетов и визуализированные путем окрашивания кристаллическим фиолетовым. Pellicle - биопленки В. subtilis, сформированные в стационарных условиях на разделе фаз: воздух-жидкая среда. Colony - биопленки-колонии P. aeruginosa, сформированные при густом посеве на агаризованную питательную среду и визуализированные путем окрашивания конго красным. Слева - штаммы дикого типа; справа -мутанты с дефектами формирования биопленок. (Из: Branda et al., 2005).

Хотя биопленки как форма существования популяций микроорганизмов известны давно, лишь в сравнительно недавнее время им стало уделяться пристальное внимание исследователей [Ильина с соавт., 2004; Смирнова с соавт., 2010; Плакунов с соавт., 2010; Гинцбург, Романова, 2011].

В исследовании биопленок широко применяются методы молекулярной биологии и молекулярной генетики. Это позволяет выявлять тонкие различия между планктонными (или суспензионными) и биопленочными культурами. Показано, что подобные структурированные сообщества микроорганизмов широко распространены не только в природных, но и в техногенных системах, в частности, в нефтяных месторождениях [Sanders, Sturman, 2005].

Рис. 2. Биопленки в нефтяном месторождении. Цифрами указаны места, где происходит интенсивное формирование биопленок (Из: Sanders, Sturman, 2005).

В настоящее время стало очевидно, что главная функция биопленок -обеспечить выживание микроорганизмов в стрессовых условиях.

1.2 Строение биопленок

Биопленки являются одним из видов микробных консорциумов, играющих важнейшую роль в биосферных биогеохимических процессах. Одними из главных факторов, определяющих процессы круговорота биогенных элементов, является молекулярный кислород, подавляющий процессы азотфиксации, денитрификации, восстановления сульфатов и металлов, а также метаногенез. Микроорганизмы, особенно прокариоты, в связи с отсутствием внутриклеточной изоляции аэробных и анаэробных процессов, вынуждены искать выход в формировании ассоциаций с другими микроорганизмами, которые позволяют находить защиту от вредных последствий воздействия кислорода и, особенно, его активных форм. В этом одна из причин того, что в природе микроорганизмы существуют в основном в виде структурированных сообществ. К тому же, биопленки защищают населяющие их микроорганизмы не только от кислорода, но и от последствий вредных воздействий окружающей среды [Paerl H.W., Pincney, 1996].

«5

Вайепа! о" Ер1рНу1е

// ^

Л^У/! V "-&1

/ 1 \ __.-<>

/ \

/Л ,

■Т0Х1П8" Ж' ^ / ^ Ч /'

/^Г ____,

Г . * \ 1 Уйаггипз & СЫе1а1оге л

, к /

^ Ч. \Мв&!$&отег / V \\Growth Райогз ^---"

Рис. 3. Потенциально возможные взаимоотношения цианобактерий и ассоциированных с ними хемогетеротрофных бактерий. Вероятная антагонистическая роль токсинов (против «поедателей», литических бактерий и фагов) обозначена знаком «-», тогда как их благоприятное воздействие знаком «+» (из Раег1, Ртспеу, 1996).

В соответствии с приведенным определением биопленки являются микробными сообществами, формирующимися на поверхности раздела фаз. Всего можно представить четыре типа разделов фаз, на которых могли бы развиваться микробные сообщества: жидкость (водная среда) - твердая поверхность, жидкость - воздух, две несмешивающиеся жидкости и твердая поверхность - воздух. В силу наибольшего практического значения детальнее всего исследованы биопленки, развивающиеся в природе на границе жидкой и твердой сред, а в лабораторных условиях - также на границе твердой среды и воздуха (например, в чашках Петри).

Типичные виды биопленок, формирующиеся на границе твердой и жидкой фаз, имеют следующие морфотипы [Николаев, Плакунов, 2007] (рис. 4):

Рис.4. Основные типы строения бактериальных биопленок: А, Б, В -условные изображения разных микроорганизмов. 1 - слой клеток одного вида, погруженных в матрикс из внеклеточного полимерного материала (ВПМ); 2 -неструктурированная биопленка, составленная из двух или нескольких типов микроорганизмов, объединенных общим матриксом; 3 - мат - слоистая структура из многих видов микроорганизмов с четко выраженной стратификацией, т.е. разделением на морфо-функциональные горизонтальные слои; 4 - биопленка с развитой поверхностью в виде лент (тяжей) из слизистого материала; 5 - зубная бляшка - в состав входят много видов бактерий, имеет определенную трехмерную структуру и ограничена в пространстве; 6 -«грибовидное» тело, с более узким основанием, расширяющимся кверху, составленное многими микроорганизмами, в стуктуре имеются полости (П), каналы (К) и поры. В состав такой биопленки могут входить как несколько видов микроорганизмов, так и один. (Из: Николаев, Плакунов, 2007).

Жидкая фача ^ В

л °Г

1.3 Основные этапы формирования биопленок

Образование биопленки - это сложный процесс, который подразделяют на шесть основных этапов, представленных на рис. 5.

обычно

ОНИ

adsorption

plankton« bacteria

extracellular polymeric substance ("slime")

ООЭСО

irreversible attachment

Ш

mature microcolony formation 4

signal *• □ О molecules

growth and division

dispersion

A ' б

д signal A molecules

A

- A

А д x chemoattraction

water channel

muitispeoes consortia 5

Рис. 5. Этапы формирования и распада биопленок на поверхности раздела твердой и жидкой фаз: 1 - обратимая адгезия микроорганизмов - первичных колонизаторов; 2 - переход обратимой адгезии в необратимую, распространение клеток первичных колонизаторов по поверхности, их размножение с формированием микроколоний, и образование внеклеточного полимерного матрикса; 3 - формирование трехмерной структуры с «биопленочным» фенотипом; 4 -усложнение трехмерной структуры за счет размножения клеток микроорганизма - первичного колонизатора; 5 -образование зрелой биопленки с выраженной макроструктурой и микроструктурой (наличие каналов, пор, полостей); включение вторичных колонизаторов; 6 - высвобождение части клеток из биопленки и переход их в

свободное состояние (Из: Azeez Adebimpe. Biofilms: Microbial Life on Surfaces: http://bimbailey.blogspot.ru/2012/04/biofilmsmicrobial-life-on-azeez.html).

Рассмотрим случай формирования биопленки на поверхности раздела: твердое тело-жидкость. Обычно, погруженная в природную воду твердая поверхность немедленно покрывается первичной пленкой органических веществ, изменяющей свойства этой поверхности. Формирование такого слоя молекул предшествует образованию бактериальной пленки [Bos et al., 1999].

Затем следует этап обратимой микробной адгезии, когда микроорганизмы обратимо прикрепляются к твердой поверхности. На этом этапе действуют как неспецифические физико-химические силы, определяющие контакт между поверхностными молекулами и клетками, так и сродство с твердой поверхностью внешних структур микроорганизмов. К такому типу адгезии способны как живые, так и убитые клетки микроорганизмов [Раилкин, 1998].

Следующая стадия адгезии наступает, когда клетка необратимо связывается с поверхностью. Эта фаза в свою очередь состоит из нескольких самостоятельных этапов формирования биопленки. В течение некоторого времени после прикрепления к поверхности клетки могут перемещаться вдоль поверхности посредством жгутиков и пилей четвертого типа (рис. 6).

\

Рис.6. Передвижение клеток Е. coli по поверхности твердой среды перед формирование биопленок (Схема составлена по результатам киносъемки). (Из: Gibiansky et al., 2010).

Затем клетки теряют подвижность, некоторые из них слипаются друг с другом, начинают выделять внеклеточные полимеры (полисахариды, липополисахариды, гликопротеины, нуклеиновые кислоты). Выработка внеклеточных полимеров способствует образованию трехмерного матрикса, в котором клетки могут занимать менее 15% от объема биопленки [Brand et al., 2005].

Далее к формированию биопленки подключаются «вторичные колонизаторы». Это микроорганизмы, которые прикрепляются к клеткам, локализованным на поверхности биопленки. В ходе созревания биопленки клетки бактерий концентрируются в микроколониях, образующих кластеры в матриксе, что приводит к формированию сложной «архитектуры» биопленки. По каналам, проложенными между клеточными кластерами, внутрь биопленки перемещаются потоки жидкости с растворенными в них органическими и неорганическими веществами, одновременно отводятся продукты обмена. Микробное сообщество формирует сложную структуру. Например, анаэробы в

биопленках активны только глубоко внутри клеточных кластеров вдали от жидкости, содержащей кислород. Напротив, облигатные аэробы преобладают в верхних слоях биопленки, где концентрация кислорода высока [Costerton et al., 1994].

В ходе созревания от биопленки могут отрываться отдельные клетки или (более вероятно) клеточные кластеры, переходящие в состояние свободного плавания, что способствует распространению популяции микроорганизма в окружающей среде. Расположенные в глубине биопленки кластеры могут перейти в стационарную фазу роста. В неблагоприятных условиях деградация биопленки усиливается, а часть клеток может погибать [Webb et al., 2003].

1.4 Факторы, влияющие на процесс формирования биопленок

На процесс формирования биопленок и их свойства влияют факторы окружающей среды и свойства клеток самого микроорганизма. Наиболее важными внешними факторами являются величины рН, осмолярности, парциальное давление кислорода, доступность источников питания, а также гидрофобность поверхности раздела фаз, сила и тип движения жидкости относительно этой поверхности [Николаев, Плакунов, 2007].

Основным фактором, влияющим на перемещение к поверхности раздела фаз как подвижных, так и неспособных к движению микроорганизмов, является течение жидкости. Адгезия бактерий к твердым поверхностям происходит как в условиях турбулентного потока жидкости, так и при относительно неподвижной водной фазе [Раилкин, 1998]. Наряду с этим на перемещение микроорганизмов влияют также капиллярные силы, определенную роль играет и собственная двигательная активность микроорганизмов [Marchall, 1985].

Зависимость бактериальной адгезии от рН среды и температуры достаточно видоспецифична [Николаев, Плакунов, 2007]. Выделяют два типа температурной зависимости:

- максимальное количество прикрепленных клеток коррелирует с температурным профилем скорости роста;

- максимум адгезии наблюдается при неоптимальных, и даже совсем не совместимых с ростом данных микроорганизмов значениях температуры.

Среди биотических факторов, влияющих на адгезию, можно выделить: фазу роста бактериальной культуры, ряд биохимических и генетических механизмов и межклеточную коммуникацию посредством специфических ауторегуляторов.

Фаза роста бактериальной культуры в значительной степени определяет адгезивные свойства клеток. Способность к адгезии анаэробных бактерий Syntromonas wolfei и Desulfovibrio наиболее выражена в ранней логарифмической фазе и снижается с возрастом культуры, становясь пренебрежимо низкой при истощении источников питания в среде. Повышенные адгезионные свойства клеток могут быть связаны с их подвижностью. Процесс адгезии характеризуется кривой насыщения, достигая максимума через 2 ч. Плотность клеточной суспензии не имеет большого значения [Van Schie, 1999].

В процесс формирования биопленок вовлекается ряд биохимических и генетических механизмов. Специфическим генетическим механизмом можно считать наличие генов, реагирующих на прикрепление и активных только в биопленках. Несколько генов реагирует на обратимое прикрепление, в то время как необратимое прикрепление вызывает изменение активности уже нескольких десятков генов [Jefferson, 2004].

Установлено, что спектр экспрессируемых генов в прикрепленных клетках отличается от таковых в суспензионной культуре. Это означает, что биопленка является не просто скоплением планктонных клеток, адсорбированных на поверхности раздела фаз, а представляет собой особую форму роста микроорганизмов, обладающих «биопленочным» фенотипом.

Недавнее исследование Acinetobacter baumannii, признанного одним из наиболее опасных условно-патогенных микроорганизмов, обнаружило чрезвычайно интересные результаты, касающиеся избирательной экспрессии генов, связанных с формированием биопленок [Rumbo-Feal et al., 2013]. На рис.

7, взятом из этой работы, представлен полный транскриптомный профиль планктонных и включенных в биопленку клеток этой бактерии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Стрелкова, Екатерина Александровна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бельков В.В. Новые представления о молекулярных механизмах эволюции: стресс повышает генетическое разнообразие // Мол. биология. 2002. Т. 36. № 2. С. 277-285.

2. Гинцбург А.Л., Романова Ю.М. Бактериальные биопленки как естественная форма существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина // Журнал микробиол. эпидемиол. иммунобиол. 2011. № 3. С. 99-109.

3. Дутова Т.А., Мордкович H.H., Цыганков Ю.Д. Использование системы адаптивного мутагенеза для идентификации ранних генов биосинтеза пуринов de novo метилотрофных дрожжей Pichia methanolica МН4 // Генетика. 2009. Т. 45. № 10. С. 1361-1368.

4. Журина М.В., Стрелкова Е.А., Плакунов В.К., Беляев С.С. Влияние состава реконструированных биопленок на активность парафинокисляющих бактерий // Микробиология. 2008. Т. 77. № 5. С. 701-703.

5. Зайцева Ю.В., Плюта В.А., Хмель И.А. Действие растительных веществ фенольной природы на образование бактериальных биопленок и quorum sensing системы регуляции // XXIII Международная зимняя молодежная научная школа "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии". Москва, 7-10 февраля 2011 г. Тезисы докладов. С. 144.

6. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Биопленки как способ существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина: феномен, генетический контроль и системы регуляции их развития // Генетика. 2004. Т.40. С. 1445-1456.

7. Нечаев А.П., Славинский A.C. и другие. «Интенсификация доочистки биологически очищенных сточных вод». Водоснабжение и санитарная техника, 1991. №12.

8. Николаев Ю.А., Паников Н.С. Внеклеточная протеаза как регулятор адгезии Pseudomonas fluorescensll Микробиология. 2002, Т.71, №5, С. 629-634.

9. Николаев Ю.А., Паников Н.С., Лукин С.М., Осипов Г.А. Насыщенные С21-СЗЗ углеводороды — авторегуляторы адгезии Pseudomonas ßuorescens на стекле // Микробиология. 2001. Т. 70. № 2. С. 174-181.

10. Николаев Ю.А., Проссер Дж.И., Виттли Р.И. Регуляция прилипания клеток Pseudomonas fluorescens к стеклу летучими соединениями, выделяемыми культурой // Микробиология. 2000. Т. 69. № 3. С. 352-355.

11. Николаев Ю. А., Плакунов В.К. Биопленка - «город микробов» или аналог многоклеточного организма? // Микробиология. 2007, Т.76. №2, С. 149-163.

12. Плакунов В.К. Дифференциальная чувствительность синтеза бактериальных белков к антибиотикам // Антибиотики. 1971. № 6. С. 766.

13. Плакунов В.К., Журина М.В., Беляев С.С. Устойчивость нефтеокисляющего микроорганизма Dietzia sp. к гиперосмотическому шоку в реконструиро - ванных биопленках // Микробиология. 2008. Т. 77. №5. С. 581-589.

14. Плакунов В.К., Козырева Л.Ф. О различной чувствительности синтеза бактериальных белков in vivo к антибиотикам // Микробиология. 1971. Т. 40. В. 6. С. 981-987.

15. Плакунов В.К., Козырева Л.Ф. О причинах «остаточного» роста Staph. aureus в присутствии «бактериостатических» концентраций антибиотиков-ингибиторов белкового синтеза // Микробиология. 1971а. Т.40. В. 2. С. 311-316.

16. Плакунов В.К., Николаев Ю.А. Микробные биопленки: перспективы использования при очистке сточных вод // Вода. Химия и экология. 2008. №2. С. 11-13.

17. Плакунов В. К., Стрелкова Е. А., Журина М. В. Персистенция и адаптивный мутагенез в биопленках // Микробиология. 2010. Т. 79. № 4. С. 447-458.

18. Раилкин А.И. Процессы колонизации и защита от биообрастания. 1998. СПб.: Изд-во С.Петербург, ун-та. 272 с.

19. Романова Ю.М., Диденко Л.В., Толордава Э.Р., Гинцбург A.JI. Биопленки патогенных бактерий и их роль в хронизации инфекционного процесса. Поиск средств борьбы с биопленками // Вестник Рос. Акад. Мед. Наук. 2011. № 10. С. 31-39.

20. Смирнова Т.А., Диденко Л.В., Азизбекян P.P., Романова Ю.М. Структурно-функциональная характеристика бактериальных биопленок // Микробиология. 2010. Т. 79. № 4. С. 432-446.

21. Степанова Т.В., Романова Ю.М., Алексеева Н.В.,Навольнев С.О., Навольнева О.С., Гинцбург А.Л. Разработка средств борьбы с биопленками: изучение воздействия полисахаридных лиаз на матрикс биопленок, образуемых Pseudomonas aeruginosa и Burkholderia cenocepacia // Медицинский алфавит. Современная лаборатория. 2010. № 1.С. 47-51.

22. Е. А. Стрелкова, М. В. Журина, В. К. Плакунов, С. С. Беляев. Стимуляция антибиотиками процесса формирования бактериальных биопленок // Микробиология. 2012. Т. 81. №.2. С. 282-285.

23. Хмель И. A. Quorum-sensing регуляция экспрессии генов: фундаментальные и прикладные аспекты, роль в коммуникации бактерий // Микробиология. 2006. Т. 75. № 4. С. 457-464.

24. Хмель И.А., Метлицкая А. 3. Quorum sensing регуляция экспрессии генов - перспективная мишень для создания лекарств против патогенности бактерий // Мол. биология. 2006. Т. 40. № 2. С. 195-210.

25. Холоденко В.П., Чугунов В.А., Жиглецова С.К., Родин В.Б., Ермоленко З.М., Фомченков В.М., Ирхина И.А., Кобелев B.C., Волков В.Я. Разработка биотехнологических методов ликвидации нефтяных

загрязнений окружающей среды// Рос. хим. журнал. 2001. Т. 45. С. 135-141.

26. Юсипович Ю.И., Берестовская Ю.Ю., Шутова В.В., Левин Г.Г., Герасименко Л.М., Максимов Г.В., Рубин А.Б. Новые возможности исследования микробиологических объектов методом лазерной интерференционной микроскопии//Биофизика. 2011. Т. 56. С.1091-1098.

27. Adams J. L,. McLean R. J. C. Impact of rpoS Deletion on Escherichia coli Biofilms //Appl. Envir. Microbiol. 1999. V. 65. P. 4285-4287.

28. Adnan M., Morton G., Hadi S. Analysis of rpoS and bolA gene expression under various stress-induced environments in planktonic and biofilm phase using 2ddct method // Mol. Cell Biochem. 2011. V. 357. P. 275-282.

29. Anwar, H., Strap J. L., Chen K., Costerton J. W.. Dynamic interactions of biofilms of mucoid Pseudomonas aeruginosa with tobramycin and piperacillin. Antimicrob. Agents Chemother. 1992. V. 36. P. 1208-1214.

30. Aridesi J. N, Zahller E, Roe F., Stewart P. S. Role of nutrient limitation and stationary phase existence in Klebsiella pneumonia biofilm resistance to ampicillin and ciprofl oxacin//Antimicrob. Agents Chemother. 2003 .V. 47. P. 1251-1256.

31. Azeez Adebimpe. Biofilms: Microbial Life on Surfaces: http://bimbailey.blogspot.ru/2012/04/biofilmsmicrobial-life-on-azeez.html.

32. Azevedo N.F., Pacheco A.P., Keevil C.W., Vieira M.J. Adhesion of water stressed Helicobacter pylori to abiotic surfaces // J. Appl. Microbiol. 2006. V. 101. P.718-72.

33. Babic F., Venturi V., Maravic-Vlahovicek G. Tobramycin at subinhibitory concentration inhibits the Rhll/R quorum sensing system in a Pseudomonas aeruginosa environmental isolate // BMC Infectious Diseases 2010. V. 10 P. 148.

34. Balaban N. Q., Merrin J., Chait R., Kowalik L., Leibler S. Bacterial persistence as a phenotypic switch //Science. 2004. V. 305. P. 1622-1625.

35. Banin E, Vasil M.L, Greenberg E.P. Iron and Pseudomonas aeruginosa biofilm formation // Proc Natl Acad Sei USA 2005, V. 102 P. 11076-11081.

36. Banks M.K., Bryers J.D. Bacterial species dominance within a binary culture biofilm//Appl. Environ. Microbiol. 1991. V. 16. P. 543-550.

37. Batrakov S.G., Rodionova T.A., Esipov S.E., Polyakov N.B., Sheichenko V.l., Shekhovtsova N.V., Lukin S.M., Panikov N.S., Nikolaev Yu.A. A novel lipopeptide, an inhibitor of bacterial adhesion, from the thermophilic and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis strain 603 // Biochim. Biophys. Acta. 2003. V. 1634. P. 107-115.

38. Bigger J. W. Treatment of staphylococcal infections with penicillin // Lancet. 1944. P. 497-500.

39. Black D.S., Kelly A.S., Madris M. Moyed H.S. Structure and organization of hip, an operon that affects lethality due to inhibition of peptidoglycan synthesis // J. Bacteriol. 1991. V. 173. P. 5732-5739.

40. Boehm A., Steiner S., Zaehringer F., Casanova A., Hamburger F., Ritz D., Keck W., Ackermann M., Scimmer T., Jenai U. Second messenger signaling governs Escherichia coli biofilm induction upon ribosomal stress // Mol. Microbiol. 2009. V. 72. P. 1500.

41. Bos R., Van der Mei H.C., Busscher H.J. Physico-chemistry of initial microbial adhesive interactions - its mechanisms and methods for study // FEMA Microbiol. Rev. V. 23. P. 179-230.

42. Brand S. S., Vik A., Friedman L. Kolter R. Biofilms: the matrix revisited // Trends in Microbiology. 2005. V. 13. № 1. P. 20-26.

43. Broun, A., Liu S., Lewis K. A dose-response study of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms. // Antimicrob. Agents Chemother.2000. V. 44. P. 640-646.

44. Burshard R.P., Sorongon M.L. A gliding bacterium strain inhibits adhesion and motility of another gliding bacterium strain in marine biofilm // Appl. Environm. Microbiol. 1998. V. 64. P. 4079^083.

45. Chen X., Schauder S., P otier N., Van Dorsselaer A., Pelczer I., Bassler B.L., Hughson F.M. Structural identification of a bacterial quorum-sensing signal containing boron // Nature. 2002. V. 415. P. 545-549.

46. Chow K,C„ Tung W.L. Magnetic field exposure stimulates transposition through the induction of DnaK/J synthesis // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. V. 270. P. 745-748.

47. Conibear T.C.R., Collins S.L., Webb J. S. Role of mutation in Pseudomonas aeruginosa biofilm development // PLoS ONE . 2009. V. 4. Issue 7. e6289. (www.plosone.org).

48. Corona-Izquierdo F.P., Membrillo-Hernández J. A mutation in rpoS enhances biofilm formation in Escherichia coli during exponential phase of growth // FEMS Microbiol. Lett. 2002. V. 21/ P/105-110.

49. Cos P., Tote K., Horemans T., Maes L. Biofilms: an extra hurde for effective antimicrobial therapy // Curr. Pharm. Des. 2010. V. 16. P. 2279-2295.

50. Costerton J.W., Lewandowski Z.L., DeBeer D., Caldwell D., Korber D., James G. Biofilms, the customized microniche // J. Bacterid. 1994. V. 1176. P. 2137-2142.

51. Davies D. G., Parsek M. R., Pearson J. P., Iglewski B. H., Costerton J. W., Greenberg E. P.. The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm // Science. 1998. V.280. P. 295-298.

52. De Beer D. Use of microelectrodes to measure in situ microbial activities in biofilms, sediments and microbial mats//Molecular microbial ecology/ Eds. Akkermans A.D.L. et al. Kluwer Academic Publ.1999. P. 67-81.

53. Dong T., Joyce C., Schellhorn H. E. The Role of RpoS in Bacterial Adaptation // Bacterial Physiology: A Molecular Approach / Ed. El-Sharoud W. 2008. Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg. 118 p.

54. Donlan R. M., Costerton J. W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms // Clinical Microbiol. Rew. 2002. V. 15. P. 167-193.

55. Driffield К, Miller К, Bostock J. M., O'Neill A. J, Chopra I. Increased mutability of Pseudomonas aeruginosa in biofilms // J. Antimicrob. Chemother. 2008. V. 61. P. 1053-1056.

56. DuGuid, I. G., Evans E., Brown M. R. W., Gilbert P. Growth-rate-dependent killing by ciprofloxacin of biofilm-derived Staphylococcus epidermidis; evidence for cell-cycle dependency // J. Antimicrob. Chemother. 1990. V. 30. P. 791-802.

57. Dunne, W. M., Jr., Mason E. O., Jr., Kaplan S. L. Diffusion of rifampin and vancomycin through a Staphylococcus epidermidis biofllm // Antimicrob. Agents Chemother. 1993. V. 37. P. 2522-2526.

58. Eichenbaum Z., Livneh Z. UV Light induces IS 10 transposition in Escherichia coli//Genetics. 1998. V. 149. P. 1173-1181.

59. Farber, В. F., Kaplan M. H., and Clogston A. G. Staphylococcus epidermidis extracted slime inhibits the antimicrobial action of glycopeptide antibiotics // J. Infect. Dis.1990. V. 161. P. 37-40.

60. Fozo E.M., Hemm M.R., Storz G. Small toxic proteins and the antisense RNAs that repress them // Microbiol Mol Biol Rev. 2008. V. 72. P. 579-589.

61. Gerdes K., Christensen S. K., Lobner-Olessen A. Prokaryotic toxin-antitoxin stress response loci // Nature Rev. Microbiol. 2005. V. 3. P. 371-382.

62. Gibiansky M. L. et al., (более 10 авторов). Bacteria use type IV pili to walk upright and detach from surfaces // Science. 2010. V. 330. P. 197-197a. (www. sciencemag.org).

63. Goller С. C., Romeo T. Environmental influences on biofilm development //Current Topics in Microbiology and Immunology. 2008. V. 322. P. 37-66. Springer-Verlag Berlin Heidelberg]

64. Gordon, С A., Hodges N. A., Marriott C.. Antibiotic interaction and diffusion through alginate and exopolysaccharide of cystic fibrosis-derived Pseudomonas aeruginosa. J. Antimicrob. Chemother.// 1988. V. 22. P. 667-674.

65. Grygorzcyk R., Maksimov G.V., Rubin A.B., Orlov S.N. Laser interference microscopy of amphibian erythrocytes: impact of cell volume and refractive index // J. Microscop. 201 la. V. 244. P.223-229.

66. Haagensen J.A.J., Hansen S.K., Johansen T., Molin S. In situ detection of Horizontall transfer of mobile genetic elements//FEMS Microbiol. Ecology. 2002. V. 42. P. 261-268.

67. Hall B. G. Adaptive mutagenesis: a process that generates almost exclusively beneficial mutations // Genetica. 1998. V.102/103. P. 109-125.

68. Hall-Stoodley L., Costerton J.W., Stoodley P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases // Nat Rev Microbiol. 2004. V. 2. P. 95-108.

69. Hansen S., Lewis K., Vulic M. The role of global regulators and nucleotide metabolism in antibiotic tolerance in E. coli // Antimicrob. Agents Chemother. 2008. V. 52. P. 2718-2726.

70. Harmsen M., Yang L., Pamp S.J., TolkerNielsen T. An update on Pseudomonas aeruginosa biofilm formation, tolerance, and dispersal // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2010. V. 59. P. 253-268.

71. Hasdemir U. The role of cell wall organization and active efflux pump systems in multidrug resistance of bacteria // Microbiol Bui. 2007. V. 41. P. 309-327.

72. Hatch, R. A., Schiller N. L.. Alginate lyase promotes diffusion of aminoglycosides through the extracellular polysaccharide of mucoid Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother.// 1998. V. 42. P. 974-977.

73. Hayes F. Toxins-antitoxins: plasmid maintenance, programmed cell death and cell cycle arrestZ/Science. 2003. V. 301. P. 1496-1499.

74. Higgins D.A., Pomianek M.E., Kraml C.M., Taylor R.K., Semmelhack M.F., Bassler B.L. The major Vibrio cholerae autoinducer and its role in virulence factor production // Nature. 2007. V. 450. P. 883-886.

75. Hoffman L., D'Argenio D., MacCoss M., Zhang Z., Jones R., Miller S. Amynoglycoside antibiotics induce bacterial biofilm formation. Nature. 2005. V. 436 P. 1171-1755.

76. Hoffmann N., Lee B., Hentzer M., Rasmussen T.B., Song Z., Johansen H. K., Givskov M., Hoiby N. Azithromycin blocks quorum sensing and alginate polymer formation and increases the sensitivity to serum and stationary-growth-phase killing of Pseudomonas aeruginosa and attenuates chronic P. aeruginosa lung infection in Cftr mice // Antimicrob. Agents Chemotherapy. 2007. V. 51. P. 3677-3687.

77. Hoiby N., Bjarnsholt T., Givskov M., Molin S., Ciofu O. Antibiotic resistance of bacterial biofilms // Int. J. Antimicrob. Agents. 2010. V. 35. P. 322-332.

78. Hoyle, B. D., Wong C. K. W., Costerton J. W.. Disparate efficacy of tobramycin on Ca2+ and Mg2+ , and HEPES-treated Pseudomonas aeruginosa biofums. Can. J. Microbiol. // 1992. V. 38. P. 1214-1218.

79. Ichimiya T., Yamasaki T., Nasu M. In-vitro effects of antimicrobial agents on Pseudomonas aeruginosa biofilm formation // Antimicrob. Agents. Chemother. 1994. V.34. P. 331-341.

80. Ishida, H., Ishida Y., Kurosaka Y., Otani T., Sato K., and Kobayashi H. In vitro and in vivo activities of levofloxacin against biofilm-producing Pseudomonas aeruginosa.. Antimicrob. Agents Chemother.// 1998. V. 42. P. 1641-1645.

81. Jayaraman R. Bacterial persistence: some new insights into an old phenomenon // J. Biosci. 2008. V. 33. P. 795-805.

82. Jefferson K.K. What drives bacteria to produce a biofilm? // FEMS Microb. Lett. 2004, V.236, P. 163-173.

83. Johnson M, Cockayne A, Morrisey J.A. Iron-regulated biofilm formation in Staphylococcus aureus Newman requires ica and the secreted protein Emp // Infect. Immun. 2008. V. 76 P. 1756-1765.

84. Kaplan J.B., Ragunath C., Ramasubbu N., Fine D.H. Detachment of Actinobacillus actinomycetemcomitans biofilm cells by an endogenous beta-hexosamidase activity//J. Bacteriol. 2003. V. 185. P. 4693-4698.

85. Keren I., Shah D., Spoering A., Kaldalu N., Lewis K. Specialized persister cells and mechanism of multidrug tolerance in E. coli // J. Bacteriol. 2004. V. 186. P. 8172-8180.

86. Korch S. B, Henderson T., Hill T.M. Characterization of the hipA7 allele of Escherichia coli and evidence that high persistence is governed by (p) ppGpp synthesis //Mol. Microbiol. 2003. V.50. P. 1199-1213.

87. Korch S.B., Hill T.M. Ectopic over expression of wild type and mutant hipA genes in Escherichia coli. Effects of macromolecular synthesis and persister formation // J. Bacteriol. 2006. V. 188. P. 3826-3836.

88. Krause D.O, Nagaraja T.G, Wright A.D, Callaway T.R. Board-invited review: Rumen microbiology: leading the way in microbial ecology // J. Anim. Sci. 2013. V. 91. P. 31-41.

89. Layton J.C., Foster P.L. Error-prone DNA polymerase IV is controlled by the stress-response sigma factor, RpoS, in Escherichia coli // Mol. Microbiol. 2003. V. 50. P. 549-561.

90. Lee S.B., Koepsel R.R., Morley S.W., Matyjaszewski K., Sun Y., Russell A.J. Permanent, nonleaching antibacterial surfaces. 1. Synthesis by atom transfer radical polymerization // Biomacromolecules. 2004. V. 5. P. 877-882.

91. Lee W., Lewandowski Z., Morrison M., Characklis W.G., Avei R., Nielsen P.H. Corrosion of mild steel underneath aerobic biofilms containing sulfate reducing bacteria // Biofouling. 1993. V. 7. P. 197-239.

92. Levin B. R., Rozen D. E. Noninherited antibiotic resistance//Nat. Rev. Microbiol. 2006.V. 4. P. 556-562.

93. Lewis K. Multidrug tolerance of biofilms and persister cells // Bacterial Biofilms. Current Topics in Microbiology and Immunology. Ed. Romeo T. Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg. 2008. 322 p.

94. Lewis K. Persister cells, dormancy and infectious disease // Nat. Rev. Microbiol. 2007. V. 5. P. 48-56.

95. Lewis K. Riddle of Biofilm Resistance. Antimicrobial agents and Chemotherapy // 2001. V. 45, No. 4. P. 999-1007.

96. Li, X. Z., Nikaido H. Efflux-mediated drug resistance in bacteria. Drugs. 2004. V.64. P. 159-204.

97. Li Z., Thien-Fah M. Involvement of a novel efflux system in biofilm-specific resistance to antibiotics // J. Bacteriol. 2008. V.190. P.4447-4452.

98. Li Y. and Zhang Y. Pho U is a persister switch involved in persister formation and tolerance to multiple antibiotics and stresses in Escherichia coli // Antimicrob. Agents Chemother. 2007. V. 51. P. 2092-2099.

99. Linares J.F., Gustafsson I., Baquero F., Martinez J.L. Antibiotics as intermicrobial signaling agents instead of weapons // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. P. 19484-19489.

100. Lopez D., Vlamakis H., Kolter R. Biofllms. (Ed: L. Shapiro, R. Losick). 2010. Cold Spring Harbor Laboratory Press.

101. Madsen J. S., Burmolle M., Hansen L.H., S0rensen S. J. The interconnection between biofilm formation and horizontal gene transfer // FEMS Immunol Med Microbiol 2012. P. 1-13.

102. Maezono H., Noiril Y., Asahi Y., Yamaguchi M., Yamamoto R., Izutani N., Azakami H., Ebisu S. Antibiofilm ffects of azithromycin and erythromycin on Porphyromonas gingivalis II Antimicrob. Agents. Chemother. 2011. V. 55. P.5887-5892.

103. Matz C. Competition, Communication, Cooperation: Molecular Crosstalk in Multi-species Biofllms. In: Biofilm Highlights (Eds by H.-C. Flemming, J. Wingender and U. Szewzyk). Springer Series on Biofllms. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2011. V. 5. P. 29-40.

104. Marchall K.C. Mechanisms of bacterial adhesion at solid-water interfaces. Eds. Savage D.S., Fletchetr M. NY - L: Plenum press. 1985. P.133-155.

105. McCune R.M. Jr, Tompsett R. Fate of Mycobacterium tuberculosis in mouse tissues as determined by the microbial enumeration technique. I. Persistence of drug susceptible bacilli in the tissues despite prolonged antimicrobial therapy // J. Exp. Med. 1956. V. 104. P. 737-763.

106. McClean K., Winson M., Fish L., Taylor A., Chhabra S., Camara M., Daykin M., Lamb J., Swift S., Bycroft B., Stewart G., Williams P. Quorum sensing and Chromobacterium violaceum: exploitation of violacein production and inhibition for the detection of N-acylhomoserine lactones // Microbiology. 1997. V. 143. P. 3703-3711.

107. McDermott W. Microbial persistence // Yale J. Biol. Med. 1958. V. 30. P. 257-291.

108. McDowell P., Affas Z., Reynolds C., Holden M.T.G., Wood S.J., Saint S., Cockayne A., Hill P.J., Dodd C.E.R., Bycroft B.W., Chan W.C., Williams P. Structure, activity and evolution of the group I thiolactone peptide quorum-sensing system of Staphylococcus aureus II Mol. Microbiol. 2001. V. 41. P. 503-512.

109. Milovic N.M., Wang J., Lewis K., Klibanov A.M. Immobilized Nalkylated polyethylenimine avidly kills bacteria by rupturing cell membranes with no resistance developed // Biotechnol. Bioeng. 2005. V. 90. P. 715-722.

110. Mirani Z.A., Khan M.N., Aziz M.A., Naz S., Khan S.I. Effect of stress on biofilm formation by icaA positive and negative strains of methicillin resistant Staphylococcus aureus II J. Coll. Physicians Surg. Pak. 2012. V. 22. P. 10-14.

111. Mireles J.R., Toguchi A., Harshey R.M. Salmonella enterica serovar typhimurium swarming mutants with altered biofilm forming abilities: surfactin inhibits biofilm formation // J. Bacteriol. 2001. V. 183. P. 5848-5854.

112. Ni N., ChoudharyG., Peng H., Li M., Chou H.T., Lu C.D., Gilbert E.S., Wang B. . Inhibition of quorum sensing in Vibrio harveyi by boronic acids // Chem. Biol. Drug Des. 2009. V. 74. P. 51-56.

113. Ni N., Li M., Wang J., Wang B. Inhibitors and antagonists of bacterial quorum sensing II Medicinal Res. Rev. 2009a. V. 29. P. 65-124.

114. Nichols, W. W., Evans M. J., Slack M. P. E., Walmsley H. L. 1989. The penetration of antibiotics into aggregates of mucoid and non-mucoid Pseudomonas aeruginosa. J. Gen. Microbiol.// 1998. V. 135. P. 1291-1303.

115. Nikaido H. Multidrug Resistance in Bacteria // Ann. Rev. Biochem. 2009. V. 78. P. 119-146.

116. Nikaido H. Takatsuka Y. Mechanisms of RND Multidrug Efflux Pumps // Biochim. Biophys. Acta. 2009. V. 1794. P. 769-781.

117. Nucleo, L. Steffanoni, G. Fugazza, R. Migliavaccal, E. Giacobone, A. Navarro, L. Pagani, P. Landini. Growth in glucose-based medium and exposure to subinhibitory concentrations of imipenem induce biofilm formation in a multidrug-resistant clinical isolate of Acinetobacter baumannii II BMC Microbiology. 2009. V. 9 P. 270.

118. Odenyo A.A., Makie R.I., Stahl D.A., White B.A. The use 16S rRNA-target Oligonucleotide probes to study competition between ruminal fibrolytic bacteria: development of probes for Ruminococcus species ans evidence for bacteriocin production//Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 3688-3696.

119. Okabe S., Ito T., Satoh H. Sulfate-reducing bacterial community structure and their contribution to carbon mineralization in a wastewater biofilm growing under microaerophilic conditions//Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003. V. 63. P. 322-334.

120. Otto K. Signalling processes implicated in Escherichia coli biofilm formation // In: Biofilms: Formation, development and properties. (Ed. W.C.Bailey). 2011. Nova Science Publ.,Inc.

121. Paerl H.W., Pincney J.L. A mini-review of microbial consortia: their roles in aquatic production and biogeochemical cycling // Microb. Ecol. 1996. V.31. P. 225-247.

122. Paulson D.S. Biostatics and Microbiology. Springer Science + Business Media. LLS, USA, 2008. 216 p.

123. Pedersen K., Christensen S. K. Gerdes K. Rapid induction and reversal of a bacteriostatic condition controlled by the expression of toxins and antitoxins // Mol. Microbiol. 2002. V.45. P. 501-510.

124. Peeters E., Nelis H.J., Coenye T. Comparison of multiple methods for quantification of microbial biofilms grown in microtiter plates // J. Microbiol. Meth. 2008. V. 72. P. 157-165.

125. Pesci E.C., Milbank J.B., Pearson J.P., McKnight S., Kende A.S., Greenberg E.P., Iglewski B.H. Quinolone signaling in the cell-to-cell communication system of Pseudomonas aeruginosa II Proc Natl Acad Sci USA. 1999. V.96. P. 11229-11234.

126. Poole, K. Efflux-mediated multiresistance in gram-negative bacteria // Clin. Microbiol. Infect. 2004. V.10. P. 12-26.

127. Radzig M.A., Nadtochenko V.A., Koksharova O.A., Kiwi J., Lipasova V.A., Khmel I.A. Antibacterial effects of silver nanoparticles on gram-negative bacteria: Influence on the growth and biofilms formation, mechanisms of action // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013, V. 102. P. 300- 306.

128. Ravn L., Christensen A.B., Molin S., Givskov M., Gram L. Methods for detecting acylated homoserine lactones produced by gram-negative bacteria and their application in studies of AHL-production kinetics // J. Microbiol. Methods 2001. V. 44. P.239-251.

129. Rawlings D.E., Johnson D.B. The microbiology of biomining: development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia// Microbiology/ 2007. V. 153. P. 315-324.

130. Rumbo-Feal S. et al. (более 10 авторов). Whole transcriptome analysis of Acinetobacter baumannii assessed by RNA-sequencing reveals different mRNA expression profiles in biofilm compared to planktonic cells // PLoS ONE 8(8): e72968. doi: 10.1371/journal.pone.0072968. 2013.

131. Sakuragi Y., Ко Iter R.. Quorum - sensing regulation of the biofilm matrix genes (pel) of Pseudomonas aeruginosa И J. Bacteriol. 2007. V.189. P. 5383-5386.

132. Sanders P.F., Sturman P.J. Biofuling in oil industry. Petroleum Microbiology. Eds. B.Olivier, M.Magot. ASM Press, Washington, D.S. 2005.

133. Schembri M.A., Kjaergaard K., Klemm P. Global gene expression in Escherichia coli biofilms // Mol. Microbiol. 2003. V. 48. P. 253-267.

134. Shah D., Zhang Z., Kodursky A., Kaldalu N., Kurg K., Lewis K. Persisters: a distinct physiological state of E. coli // BMC Microbiology. 2006. V. 6. P. 53-57.

135. Sharma A. M., Yadav S. Biofilms: microbes and disease // Brazilian J. Infectious Diseases. 2008. V. 12. P.526-530.

136. Skindersoe M.E., Alhede M., Phipps R., Yang L., Jensen P.O., Rasmussen T.B., Bjarnsholt T., Tolker-Nielsen T., Hoiby N., Givskov M. Effects of Antibiotics on Quorum Sensing in Pseudomonas aeruginosa // Antimicrob. Agents. Chemoth. 2008. V. 52. P. 3648-3663.

137. Souli, M., Giamarellou H... Effects of slime produced by clinical isolates of coagulase-negative staphylococci on activities of various antimicrobial agents. Antimicrob. Agents Chemother. // 1998. V. 42. P. 939-941.

138. Spoering A L, Vulic M. and Lewis K. GlpD and PlsB participate in persister cell formation in Escherichia coli//J.Bacteriol. 2006. V. 188. P. 3494-3497.

139. Starman P.J., Jones W.L., Characklis W.G. Interspecies competition in colonized porous pellets//Water Res. 1994. V. 28. P. 831-839.

140. Starner T.D., Shrout J.D., Parsek M.R., Appelbaum P.C., Kim G.H. Subinhibitory concentrations of azithromycin decrease nontypeable Haemophilus influenza biofilm formation and diminish established biofilms//Antimicrob.Agents. Chemother. 2008. V. 52. P. 137-145.

141. Stewart, P. S.. Theoretical aspects of antibiotic diffusion into microbial biofilms // Antimicrob. Agents Chemother. 1996. V. 40. P. 2517-2522.

142. Suci, P. A., Mittelman M. W., Yu F. P., and Geesey G. G.. Investigation of ciprofloxacin penetration into Pseudomonas aeruginosa biofilms. // Antimicrob. Agents Chemother. 1994. V.38. P. 2125-2133.

143. Sung H-M., Yasbin R.E. Adaptive, or stationary-phase, mutagenesis, a component of bacterial differentiation in Bacillus subtilis // J. Bacteriol. 2002. V. 184. P. 5641-5653.

144. Tal N., Schuldiner S. A coordinated network of transporters with overlapping specificities provides a robust survival strategy // PNAS . 2009 V. 106. P. 9051-9056. www.pnas.org.cgi.doi. 10.1073.pnas.0902400106.

145. Yonezawa H., Osaki T., Kurata S., Fukuda M., Kawakami H., Ochiai K., Hanawa T., Kamiya S. Outer membrane vesicles of Helicobacter pylori TK1402 are Involved in biofilm formation// BMC Microbiology. 2009. V. 9. P. 1 -12.

146. Yusipovich A.I., Zagubizhenko M.V., Levin G.G., Platonova A., Parshina E.Yu., Grygorzcyk R., Maksimov G.V., Rubin A.B., Orlov S.N. Laser interference Microscopy of amphibian erythrocytes: impact of cell volume and refractive index // J. Microscop. 201 la. V. 244. P.223-229.

147. Van Elsas J.D., Bailey M.J. The ecology of transfer of mibile genetic elements // FEMS Microbiol. Ecology. 2002. V. 42. P. 183-197.

148. Van Schie P.M., Fletcher M. Adhesion of biodegradative anaerobic bacteria to solid surfaces //Appl. Environ. Microb. 1999, V.65, P. 5082-5088.

149. Velkov V. V. Stress-induced evolution and the biosafety of genetically modified microorganisms released into the environment // J. Biosci. 2001. V. 26. P. 667-683.

150. Webb J.S., Thompson L.S., James S. Cell death in Pseudomonas aeruginosa biofilms development // J. Bacteriol. 2003, V.185, P. 4585-4592.

151. Weber S.D., Ludwig W., Schleifer K.-H., Fried J. Microbial composition of aerobic granular sewage biofilm//Appl. Environ. Microbiol. 2007. V. 73. P. 6233-6240.

152. Weber H., Pesavento C., Possling A., Tischendorf G., Hengge R. Cyclic-di-GMP-mediated signalling within the sigma network of Escherichia coli // Mol Microbiol. 2006. V. 62. P. 1014-1034.

153. Weimer P.J. Cellulose degradation by ruminal microorganisms//Crit. Rev. Biotechnol. 1990. V.12. P. 189-223.

154. Winsor, G. L., Lo R., Ho Sui S. J., Ung K. S. E., Huang S., Cheng D., Ching W. H., Hancock R. E. W., Brinkman F. S. L. Pseudomonas aeruginosa genome

database and PseudoCAP: facilitating community-based, continually updated, genome annotation // Nucleic Acids Res2005. V. 33. P. D338-D343.

155. Winzer K., Hardie K.R., Williams P. LuxS and autoinducer-2: Their contribution to quorum sensing and metabolism in bacteria // Adv. Appl. Microbiol. 2003. V. 53. P. 291-396.

156. Wolfson J. S., Hooper D. C., McHugh G. L., Bozza M. A., Swartz M. N. Mutants of Escherichia coli K12 exhibiting reduced killing by both quinolone and beta-lactam antimicrobial agents // Antimicrob. Agents Chemother. 1990. V. 34. P. 1938-1943.

157. Wolin M.J., Miller T.L. Microbe-microbe interactions // The rumenmicrobial ecosystem (Ed. Hobson P.N.). Elsevier Science Publ. N.Y. 1988. P. 220.

158. Wood N.K. Insights on Escherichia coli biofilm formation and inhibition from whole-transcriptome profiling // Environ. Microbiol. 2009. V. 11. P. 1-15.

159. Zhanga X., Bishop P. L. Biodegradability of biofilm extracellular polymeric substances // Chemosphere. 2003. V. 50. P. 63-69.

160. Zhang Z., Nadezhina E., Wilkinson R. Quantifying diffusion in a biofilm of Streptococcus mutans II Antimicrobial agents Chemotherapy. 2011. V. 55. P. 1075- 1081.