An analysis of the efficacy of overcoming resistance to antimicrobial bacterial agents in biofilm

Abstract

Инфекционные заболевания бактериальной этиологии всегда представляли серьезную угрозу для человечества. За последние десятилетия все более широкое распространение приобретает антибиотикорезистентность бактерий, в связи с чем, многие инфекционные заболевания вновь становятся практически неизлечимыми. На сегодняшний день известно, что важнейшим механизмом, позволяющим бактериям вырабатывать устойчивость к антимикробным препаратам, является их способность формировать биопленки. Именно поэтому поиск агентов, способных воздействовать непосредственно на бактериальные биопленки, представляется чрезвычайно актуальной задачей. Целью данной работы было проведение сравнительного анализа воздействия химических веществ и веществ растительного происхождения с антимикробной активностью на биопленки модельных грамположительных и грамотрицательных бактерий (Micrococcus luteus C6, Enterococcus faecium SF68, Escherichia coli M17 и Escherichia coli BL21). Задачи исследования заключались в оценке влияния веществ с антимикробной активностью на чувствительность бактериальных клеток к антимикробным препаратам, а также анализ влияния этих веществ на морфологические свойства бактерий в биопленках. Влияние исследуемых веществ на чувствительность бактерий к антимикробным препаратам оценивали диско-диффузионным методом. Морфологические свойства бактериальных клеток в биопленках при добавлении в питательную среду химических веществ и веществ растительного происхождения исследовали методами световой и сканирующей электронной микроскопии. В ходе экспериментов получены следующие результаты: химические вещества и вещества растительного происхождения увеличивали чувствительность бактерий к антимикробным препаратам, преимущественно обладающим бактерицидным фармакологическим механизмом действия, связанным с нарушением синтеза бактериальной клеточной стенки и синтеза белка, путем связывания 30S-субъединиц рибосом. Кроме того, исследуемые вещества значимо влияли на формирование биопленок Micrococcus luteus C6, Enterococcus faecium SF68, Escherichia coli M17 и Escherichia coli BL21. По результатам работы сделан вывод о том, что исследуемые химические вещества и вещества растительного происхождения обладали значимой бактерицидной активностью в отношении бактериальных биопленок.

Infectious diseases of bacterial etiology have always been a serious threat to humanity. Over the past decades, antibiotic resistance of bacteria has become more widespread, and therefore, many infectious diseases have again become practically incurable. To date, it is known that the most important mechanism that allows bacteria to develop resistance to antimicrobial drugs is their ability to form biofilms. That is why the search for agents that can act directly on bacterial biofilms seems to be an extremely urgent task. The aim of this work was to conduct a comparative analysis of the effects of chemicals and plant substances with antimicrobial activity on biofilms of model gram-positive and gram-negative bacteria (Micrococcus luteus C6, Enterococcus faecium SF68, Escherichia coli M17 and Escherichia coli BL21). The objectives of the study were to assess the effect of substances with antimicrobial activity on the sensitivity of bacterial cells to antimicrobial agents, as well as to analyze the effect of these substances on the morphological properties of bacteria in biofilms. The influence of the studied substances on the sensitivity of bacteria to antimicrobial agents was assessed by the disk-diffusion method. The morphological properties of bacterial cells in biofilms when chemicals and substances of plant origin were added to the nutrient medium were studied by light and scanning electron microscopy. During the experiments, the following results were obtained: chemicals and substances of plant origin increased the sensitivity of bacteria to antimicrobial drugs, predominantly having a bactericidal pharmacological mechanism of action associated with impaired synthesis of the bacterial cell wall and protein synthesis, by binding 30S-ribosome subunits. In addition, the test substances significantly influenced the formation of biofilms of Micrococcus luteus C6, Enterococcus faecium SF68, Escherichia coli M17 and Escherichia coli BL21. Based on the results of the work, it was concluded that the studied chemicals and substances of plant origin had significant bactericidal activity against bacterial biofilms.