До создания вакцин и антибиотиков человечество страдало от эпидемий острых инфекционных заболеваний, уносивших жизни миллионов людей. Однако и в наши дни отмечается тенденция к росту удельного веса инфекций в общей массе заболеваемости. Растет количество случаев хорошо известных инфекций, описаны новые инфекционные заболевания. Значительная их часть приходится на долю хронических инфекций, причем более половины — у людей с ослабленной иммунной системой, у которых заболевания вызываются инфекционными агентами, вполне обычными для окружающей среды человека, например, бактериями P. aeruginosa, обитающими повсеместно. Сравнительно недавно было установлено, что один из механизмов хронического инфекционного процесса связан с образованием бактериями биопленок.

Согласно современным представлениям, биопленка (англ. biofilm) — это структурно организованное сообщество микроорганизмов, заключенное внутри полимерного матрикса, синтезированного членами сообщества, и прикрепленное к живым или инертным поверхностям. Для биопленок характерными чертами являются структурная гетерогенность, генетическое разнообразие (биопленку могут образовать представители разных видов микроорганизмов, включая бактерии, простейшие, грибы и водоросли), сложные регуляторные механизмы, контролирующие «общественные взаимоотношения» внутри сообщества, и наличие внеклеточного экзополимерного матрикса (EPS), образуемого из полисахаридов, белков, липидов и нуклеиновых кислот (РНК и внеклеточной ДНК, еДНК). Матрикс защищает микроорганизмы от факторов внешнего воздействия, будь то факторы внешней среды или факторы иммунной защиты организма.

Термин «биопленка» (biofilm) был введен известным американским исследователем J. Costerton, положившим начало интенсивным исследованиям этого феномена [1].

Значение биопленочных инфекций очень велико. Многие хронические инфекции (легочные, ушные, раневые), а также инфекции, возникновение которых связано с использованием медицинского имплантируемого оборудования — линз, катетеров, протезов, искусственных клапанов сердца — обусловлены бактериями, растущими в виде биопленок [2—4]. Среди более чем 60 тыс. пациентов с кистозным фиброзом (КФ) в развитых западных странах почти у 80% развивается хроническая инфекция легких. У пациентов с хроническими раневыми инфекциями около 60% случаев заболеваний связано с образованием биопленок. У пациентов с ортопедическими аллопластическими заменами в 2% случаев хронические инфекции развиваются в течение первых 2 лет после операции. Колонизация бактерий у пациентов с внутривенными катетерами, эндотрахеальными трубками, с уретральными катетерами наблюдается в течение первых 10—14 дней после их установления. По имеющимся данным, более 80% инфекций связаны с бактериальными биопленками, и их трудно диагностировать и лечить [5].

За более чем 30-летнее изучение биопленок с использованием современных методов (электронно-микроскопических, микробиологических и молекулярно-генетических) установлены поэтапные процессы их формирования, регуляторные механизмы перехода бактерий из планктонного состояния в биопленочное, механизмы повышенной резистентности к антимикробным препаратам. Этим вопросам посвящен ряд опубликованных обзоров [6—9].

Бактерии в биопленках значительно более устойчивы к антибиотикам, иммунным системам хозяина, бактериофагам и многим неблагоприятным факторам, чем планктонные клетки [10—12]. Механизмы такой устойчивости различны, и в их основе лежат структурные особенности организации биопленок.

Антибиотики, являющиеся основным средством лечения бактериальных инфекций, практически неэффективны в борьбе с микробами, растущими в виде биопленок. До настоящего времени не было найдено ни одного антибиотика для использования против биопленок. Устойчивость бактерий к антибиотикам растет, но биопленочная множественная лекарственная резистентность превосходит этот рост. Поэтому поиск альтернативных средств борьбы с возбудителями, способными к образованию биопленок, является в настоящее время актуальной медицинской проблемой.

Здесь мы рассматриваем ряд подходов, ориентированных на уничтожение биопленок, включая недавно разработанные стратегии и перспективные антибиопленочные агенты.

Бактериальные биопленки и хронические инфекции человека

На рис. 1 показаны заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами, образующими биопленки в организме человека.

Рис. 1. Инфекции, связанные со способностью бактерий формировать биопленки (приводится по [13]).

Биопленочные инфекции могут быть разделены на 2 группы:

1-я группа включает инфекции, при которых биопленки колонизируют оборудование, имплантируемое внутрь тела, или формируют связь между наружной или внутренней поверхностью тела, где соприкасаются нормальная флора, флора окружающей среды и стерильная анатомическая часть внутри тела. Эта группа включает инфекции, связанные с ортопедическим аллопластическим оборудованием, эндотрахеальными трубками, внутривенными катетерами, урологическими катетерами и различными имплантами. Собственно, с обнаружения этой группы инфекций и началось интенсивное исследование биопленок как причины хронических инфекций.

Вторая группа — это инфекции, при которых биопленки не связаны с инородными телами и могут быть в тканях или мышцах, и инфекции, где биопленки развиваются на метаболических образованиях в организме пациента — печеночных или почечных камнях. Эта группа включает и пациентов с наследственным заболеванием — кистозным фиброзом (КФ), при котором биопленки обнаруживаются в тканях легких, а также в мокроте таких пациентов, что сопровождается тяжелыми пневмониями и часто приводит к летальным исходам [13].

Механизмы резистентности биопленок

Основной проблемой инфекционной патологии, связанной со способностью бактерий формировать биопленки, является их резистентность к лекарственным препаратам и иммунным системам инфицируемого хозяина, значительно превышающая таковую у их планктонных сородичей. Многочисленные исследования показали, что целый ряд причин обусловливает повышенную устойчивость биопленочных бактерий. Одной из важнейших причин резистентности к антибиотикам является наличие матрикса, затрудняющего проникновение антимикробных агентов в биопленки. Он также защищает бактерии биопленок от лейкоцитов человека [14—16]. Матрикс — это важнейший компонент биопленки, составляющий 85% ее объема. Он способен динамически модулировать доставку клеткам, находящимся внутри биопленки, питательных веществ и кислорода. Это приводит к замедлению роста и деления бактерий, что делает эти бактерии менее чувствительными к антибиотикам по сравнению с быстро делящимися клетками. Наряду с этим в биопленках всегда имеется небольшая субпопуляция клеток, получивших название персистеров (от persistence), или дремлющих (dormant) [17, 18].

Была показана прямая связь между присутствием клеток-персистеров и хронической природой различных бактериальных инфекций [17, 18]. Из-за того, что скорость роста персистеров чрезвычайно низкая или равна нулю, они становятся толерантными почти ко всем антибиотикам без изменения генетической структуры [19—22]. После прекращения действия антибиотиков и дисперсии биопленки сохранившиеся неповрежденными клетки персистеров способны восстанавливать свой инфекционный потенциал и обеспечивать новые раунды образования биопленок. Актуальным примером существования in vivo персистентных форм является латентная форма туберкулеза: по данным ВОЗ, около 25% населения Земли латентно инфицированы возбудителем туберкулеза, живя с постоянным риском перехода латентной формы в активную, который случается у 5% инфицированных. Латентная форма инфекции поддерживается клетками-персистерами Mycobacterium tuberculosis (данные ВОЗ, 2019 г.).

Недавно получены доказательства, что среди персистеров обнаруживаются также варианты с генетически обусловленной резистентностью. Их появление объясняется либо горизонтальным переносом генов резистентности при тесном контакте бактериальных клеток разных видов в биопленках, либо возникновением мутаций резистентности к антибиотикам [18, 20]. Как показано, более высокая частота мутирования в биопленках по сравнению с планктонными клетками, обнаруженная у P. aeruginosa и S. aureus, зависит от более высокого уровня окислительного стресса в биопленках [21], а возрастание частоты горизонтального переноса генов — от повышенной стабильности плазмид и мобильных генетических элементов в условиях биопленочного существования бактерий [22].

Стратегии борьбы с биопленками

С тех пор как была установлена непосредственная связь между образованием бактериальных биопленок, характеризующихся множественной резистентностью, и хроническими заболеваниями [11, 12, 23], современная медицина столкнулась с проблемой поиска средств борьбы с ними [24].

Существуют 2 возможных способа воздействия на биопленки: первый предотвращает формирование биопленки, второй связан с удалением уже сформированной биопленки. На рис. 2 представлены этапы процесса формирования биопленок и те подходы, которые разрабатываются в настоящее время для борьбы с хроническими инфекциями, связанными с образованием бактериальных биопленок.

Рис. 2. Стратегия борьбы с биопленками, основанная на фундаментальных исследованиях процесса их образования (приводится по [23]).

Для предотвращения формирования биопленки должны быть нарушены ранние стадии процесса формирования — прикрепление (адгезия) планктонных клеток и образование микроколоний. Использовали неспецифические способы ингибирования процессов адгезии, например, изменение поверхности прикрепления бактерий в случае использования катетеров, клапанов, имплантов и др., и специфические методы воздействия на адгезины с использованием молекул, вмешивающихся в процессы биогенеза адгезинов или колонизации хозяина [10, 23—25].

QS (Quorum Sensing) и c-di-GMP (cycle diguanilate) — 2 системы регуляции, влияющие на 2 разных компонента бактериальных биопленок — полисахариды и внеклеточную ДНК. Участие системы регуляции QS в контроле образования биопленки и вирулентности явилось основанием для ее использования в качестве мишени при поиске соединений, способных подавлять QS (QSI) [10, 26, 27].

Вмешательство в сигнальные системы QS, разрушение еДНК, белков, липополисахаридов, EPS и вторичных мессенджер-молекул составляют тот ряд механизмов, которые были использованы в качестве мишеней в поиске средств подавления развития или разрушения биопленок [27—29]. Описан ряд химических соединений, природных и синтетических, подавляющих систему QS, ингибиторов QS (QSI). К ним относятся ферменты, такие как лактоназы, амидазы, редуктазы, цитохромоксидазы, деградирующие QS в результате модификации аутоиндукторов (гомосерин лактоны, AI-2, пептиды).

Другую группу составляют природные соединения, такие как производные фенола и индола, алкалоиды, фураноны, лактоны, ацетальдегиды. В третью группу вошли синтетические аналоги сигнальных молекул QS (макролиды, азитромицин, фуранил гидразид, циклогексанон) и аналоги лактона [25—27].

Антибиопленочные вещества природного происхождения вместе с синтетическими аналогами и антибиотиками также используются для подавления образования биопленок при лечении бактериальных инфекций, вызванных гетерогенными биопленками [30]. Известны также пептиды природного или генно-инженерного происхождения, эффективно вызывающие дисперсию биопленок.

Одним из перспективных способов борьбы с биопленками является нарушение структурной целостности и дезорганизация биопленки с последующим высвобождением бактерий, доступных для антибактериального воздействия (биоцидные препараты, антибиотики). С этой целью применяют ферменты, способные разрушать полисахариды матрикса. Высвобождаемые от протективного барьера бактерии в последующем могут быть уничтожены. В нашей лаборатории были продемонстрированы возможности ферментов из группы карбогидраз, расщепляющих О-гликозидные связи, и тем самым разрушающих полисахариды матрикса биопленки, что приводит к освобождению клеток из состава биопленки [31].

Важная роль другой системы регуляции, молекул C-di-GMP, в переключении образа жизни бактерий от планктонного к биопленочному также обусловила ее использование в качестве мишеней в поиске средств борьбы с биопленочными инфекциями. Проверка эффективности разных химических соединений дала возможность идентифицировать ингибиторы ферментов, дигуанилат циклаз (синтез) и фосфодиэстераз (распад), контролирующих уровни образующегося c-di-GMP, применение которых позволяло снизить эффективность процесса формирования биопленок [32]. Так, c-di-GMP и c-di-AMP контролируют различные EPS-продуцирующие экзоферменты, полисахариды и адгезины, которые также могут служить мишенями для подавления или разрушения EPS [33—36].

Непосредственное воздействие на компоненты матрикса использовали при поиске средств, приводящих к уменьшению образования биопленок. Были разработаны эффективные способы деградации этих компонентов in vivo и in vitro с помощью ферментов, ДНКазы I и дисперсина B, продуцируемого Aggregatibacter actinomycetemcomitans. Эти соединения вызывают деградацию еДНК и гидролиз матриксной молекулы адгезии, поли-N-ацетилглюкозоамина (компонента экзополисахаридов E. coli, S. aureus, S. epidermidis), и способствуют проникновению антибиотиков [6, 13, 23].

Одной из причин резистентности к различным антимикробным воздействиям у биопленок является образование в их составе неметаболизирующих клеток-персистеров [17, 18]. Популяция таких клеток способна выживать при обработке высокими дозами антибиотиков, а после прекращения их действия возвращаться к обычному фенотипу и восстанавливать рост. Персистеры идентифицированы у каждого патогена и являются ответственными за неподдающиеся излечиванию хронические инфекции. Ряд исследований был направлен на поиск средств борьбы с персистерами внутри биопленок и было, в частности, показано, что соединения, подобные цис-деценовой кислоте, вызывают 3000-кратное уменьшение в числе клеток персистеров у оппортунистического патогена P. aeruginosa в планктонной культуре и миллионкратное уменьшение в числе персистеров в биопленке [37, 38]. Митомицин C и цисплатин также способны элиминировать персистеры как в суспензиях, так и в биопленках [38, 39].

Некоторые соединения способны удалять биопленки и убивать клетки персистеров, как например, галогенизированные феназины, удаляющие биопленки S. aureus, а также убивающие их персистерные клетки [40]. Несмотря на то что в лабораторных разработках была показана эффективность многих соединений против биопленок и персистеров, лишь некоторые из них прошли клинические испытания и оказались терапевтически перспективными.

Фаготерапия

В последнее десятилетие наблюдается бурное возрождение интереса к фаговой терапии. Исследования в этой области ведутся во многих научных коллективах с привлечением современных молекулярно-генетических технологий. Традиционно фаговая терапия основывается на использовании распространенных в природе фагов для инфицирования и лизиса бактерий в сайте инфекции. Разработка биотехнологических методов позволяет в настоящее время расширить возможности фаговой терапии за счет создания биоинженерных бактериофагов и использования очищенных литических белков фагов. Проведенные исследования по использованию таких фагов и их литических белков при лечении инфекций, специфически вызванных множественно устойчивыми к лекарственным препаратам бактериями, показали, что фаговая терапия может быть эффективной и как альтернатива, и как дополнение при лечении антибиотиками [ 41].

Преимущества фаговой терапии: 1) высокая специфичность фагов в отношении хозяина, в результате которой не происходит повреждение нормальной окружающей флоры; 2) фаги не инфицируют эукариотические клетки; 3) самоограничение: после гибели хозяина фаг прекращает функционирование; 4) возможность применения в терапии низких доз бактериофагов, способных быстро размножаться в клетках бактериальных хозяев; 5) фаги эволюционируют вместе с бактериями; 6) фаги активны против бактериальных биопленок. Ряд исследований, проведенных в последние годы in vitro и in vivo, продемонстрировали эффективность фагов в качестве антимикробных агентов против биопленок многих патогенных бактерий [42].

Фаговая терапия имеет и некоторые ограничения. Так, высокая специфичность фагов в отношении хозяина требует обязательной проверки in vitro чувствительности к используемому фагу бактерий, вызвавших инфекцию. Чтобы не тратить время на такую проверку, было предложено использовать фаговые коктейли, в состав которых включали комбинации бактериофагов, действующих против бактерий разных штаммов или видов [43].

Очень важно при составлении коктейлей иметь геномные характеристики фагов, которые дают возможность оценить безопасность терапевтического применения фагов, потому как фаги могут нести гены вирулентности или лекарственной резистентности. Поскольку в биопленках создаются условия для более частого осуществления горизонтального переноса генов между ДНК фага и бактерии, внесение в клетки бактерий таких генов в составе фаговой ДНК может привести к появлению как более вирулентных, так и более резистентных к антибиотикам вариантов микробов. Фаги также не должны содержать в своих геномах генов ферментов (рекомбиназ, интеграз), с помощью которых могут осуществляться рекомбинационные события [43—45]. Из сказанного следует, что составление эффективных и безвредных коктейлей — непростая задача.

В литературе описаны результаты эффективного применения фаговых коктейлей для уничтожения биопленок. Коммерческие фаговые коктейли успешно применялись против различных клинических изолятов патогенных бактерий, таких как P. aeruginosa, S. aureus и др. В ряде случаев описано применение комбинаций фаговой и лекарственной терапии против инфекций с получением синергидных эффектов. Например, применение коктейля из природных литических бактериофагов, РР1131, включающего 12 литических в отношении P. aeruginosa фагов, давало синергидный эффект в комбинации с ципрофлоксацином при лечении больных с эндокардитом. Подобный эффект описан также при совместном применении фага и одного из традиционных антибиотиков (меропенема, ципрофлоксацина или колистина) против множественно резистентных бактерий A. baumannii [46—49].

Несмотря на то что фаговая терапия уже доказала возможность ее клинического внедрения, ее широкое применение ограничивается рядом проблем, среди которых одна определяется недостаточным количеством опубликованных работ с точным описанием результатов клинических испытаний и вторая — это производственные трудности.

Более перспективными на сегодняшний день являются антимикробные препараты, основанные на фаговых ферментах, таких как лизины, которые способны давать предсказуемые результаты. Особенно большой интерес с точки зрения разработки терапевтических антимикробных агентов представляют ферменты литических фагов с широкой бактерицидной активностью.

Белки фагов. Фаговые геномы кодируют белки и ферменты, необходимые для осуществления жизненного цикла фага во время инфекции бактериальной клетки. Для адсорбции фага и введения в бактериальную клетку фаговой ДНК (или РНК) обычно необходимы связанные с вирионом пептидогликан-гидролазы (VAPGH) и полисахарид-деполимеразы [50]. VAPGH являются структурными компонентами вируса, которые расположены на структурной подложке фаговых частиц и действуют локально, деградируя слой пептидогликана, в результате чего открывается возможность переноса генетического материала в клетку хозяина. Другие основные белки, кодируемые фагом, деполимеразы, действуют на полисахаридные компоненты клеточных оболочек бактерий (капсулы, липополисахариды грамотрицательных бактерий) или внеклеточный матрикс биопленок. Деполимеразы облегчают доступ к вторичным рецепторам бактерий, расположенным на клеточной стенке и эффективно деградируют биопленочные структуры [51].

Капсулы и биопленочные структуры бактерий являются важными детерминантами вирулентности, блокирующими действие иммунных систем инфицируемого организма, антибиотиков, различных дезинфектантов. Использование фаговых деполимераз для удаления этих структур представляет собой один из возможных подходов в лечении инфекционных заболеваний.

Примеры использования деполимераз. В ряде работ показана роль деполимераз в механизме синергизма между фагами, антибиотиками и иммунными системами инфицированного организма. Так, в работе M. Bedi и соавт. [52] продемонстрирован эффект синергизма при действии монофаговой терапии и амоксициклина, приведший к уничтожению биопленок Klebsiella pneumoniae, который авторы объясняли действием деполимеразы, разрушившей внеклеточный матрикс биопленки и обеспечившей проникновение антибиотика и частиц фага. Другая группа авторов [53] показала, как удаление с помощью деполимеразы фага капсул клеток E. coli K1, вызывающей неонатальный менингит, увеличивало фагоцитарное действие макрофагов и защищало от бактериемии подопытных крыс.

К концу литического цикла фаги используют другой набор ферментов, участвующих в лизисе клеток бактерий и высвобождении потомства, холины и эндолизины. Так как холины не способны самостоятельно лизировать клетки, интерес при поиске средств борьбы с патогенными бактериями представляли эндолизины. Природная способность этих ферментов лизировать клеточную стенку бактерий определила возможность их использования в качестве антимикробных агентов. Большинство сообщений о применении их в этом качестве касалось грамположительных бактерий. Это объяснялось тем, что внешняя мембрана грамотрицательных бактерий действует как барьер для этих ферментов. В настоящее время применяются тактики обхода этого препятствия с помощью химических веществ, таких как полимиксины, аминогликозиды или хелатирующие средства, например, ЭДТА [54, 55], и биоинженерии эндолизинов. Одним из примеров биоинженерии может служить создание артилизина путем добавления поликатионных олигопептидов к эндолизину, в результате которого фермент приобретает способность нарушать внешнюю мембрану и убивать грамотрицательных возбудителей множественно резистентных клеток P. aeruginosa и A. baumannii, с уменьшением на 4—5 log in vitro в течение 30 мин [56]. Одним из перспективных направлений, связанных с эндолизинами, является их применение против стафилококковых кожных и носовых инфекций, вызванных в том числе и штаммами S. aureus MRSA [57]. Ряд исследований на мышиных моделях показал эффективность лизинов при инфекциях верхних дыхательных путей, вызванных стрептококками, при септицемии у мышей, вызванной S. aureus, при лечении дисбиоза кожи, вызванном у людей избыточным ростом S. aureus [57, 58]. В последние годы стала развиваться биоинженерия фагов с целью увеличения их терапевтического потенциала, включая расширение круга хозяев, доставку чужеродных генов, модификацию производимых фагом продуктов. Так был расширен круг хозяев фага Т2 E. coli путем включения генов хвостового отростка другого фага, IP008, с помощью гомологичной рекомбинации с сохранением высокой литической активности фага Т2 [59]. Модифицированный фаг Т7 E. coli, экспрессирующий фермент дисперсин B, разлагает один из ключевых компонентов бактериальных биопленок, что приводит к значительному сокращению клеток в биопленках [60]. Биоинженерные фаги используются также для доставки антибиотиков в клетки бактерий или фотосенсибилизаторов к целевым бактериям, превращая их в восприимчивые к фотодинамической инактивации [61—63].

Антибиопленочные пептиды в терапии. Антимикробные пептиды (АМР) — это короткие, положительно заряженные олигопептиды, защищающие хозяина, продуцируемые живыми организмами — простейшими, бактериями, архебактериями, грибами, растениями и животными [64]. Они обладают широким спектром действия против различных патогенных бактерий. Способность пептидов взаимодействовать с мембранами бактериальных клеток и вызывать лизис клеток делает их перспективными антимикробными агентами, уничтожающими наряду с другими множественно резистентными к антибиотикам бактериями и биопленки [65]. В отличие от традиционных антибиотиков АМР физически повреждают бактериальные клетки, что исключает возможность образования резистентных к их действию клеток [66]. Важным преимуществом АМР является также их способность действовать как на медленно растущие, так и на нерастущие клетки, которые, главным образом, ответственны за резистентность биопленочных сообществ к антибиотикам.

Одним из первых катионных пептидов был низин, обнаруженный в 1928 г. y Lactobacillus lactis [67—69]. Полилизин, выделенный из Streptomyces album 341, коммерчески используется для защиты пищевой продукции. АМР млекопитающих обычно экспрессируются на поверхности эпителия для защиты его от бактерий, вирусов и грибов. Они обладают рядом механизмов действия в отношении резистентности бактерий.

В настоящее время множество природных и биоинженерных АМР использовано в исследованиях in vitro и in vivo и показано, что они обладают антимикробными, антибиопленочными и противовоспалительными активностями [69, 70]. Однако лишь немногие из них, такие как ванкомицин, телавинцин, телапревир, диптомицин и др. получили допуск к клиническому применению из-за цитотоксичности в отношении клеток млекопитающих, деградации тканевыми протеазами, потери активности при низких концентрациях солей или в присутствии белков плазмы [68, 71]. Эти проблемы решаются сейчас с помощью структурной модификации пептидов, введения пептидных миметиков, сочетания пептидов с антибиотиками, наночастицами [72].

Природные АМР стали недавно применять в качестве шаблонов, для создания синтетических пептидов [73]. Модификацию их биологических функций и размеров проводили с целью оптимизации их антибиопленочной активности. Использовали разные приемы — получение делеций, аминокислотных замен, циклизацию, включение ретро-инверсных пептидов и аминокислот, уменьшение длины пептидов [55, 74].

Антибиопленочные пептиды могут быть синтезированы как гибриды. Известные гибридные пептиды имели по сравнению с родительскими пептидами повышенную антибактериальную и антибиопленочную активности и отличались более широким спектром действия без гемолитической активности. Сообщалось об успешном применении гибридных пептидов против Acinetobacter baumannii и Candida albicans [68, 75].

Антибактериальная фотодинамическая терапия (АФДТ). Фотосенсибилизированная инактивация микроорганизмов и ее практическое приложение — АФДТ — основаны на использовании возможностей современной фотохимии. Суть метода состоит в том, что антимикробные агенты — фотосенсибилизаторы (ФС) при воздействии видимого или инфракрасного света с длинами волн, соответствующими спектру их поглощения, генерируют образование цитотоксических активных форм кислорода (преимущественно синглетного кислорода) и свободных радикалов, вызывающих окислительную деструкцию жизнеобеспечивающих структур микробных клеток. В отличие от антибиотиков, каждый из которых специфически воздействует на определенную мишень в микробной клетке — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, репликацию ДНК, транскрипцию или трансляцию белков, генерируемые ФС активные формы кислорода вызывают окислительное повреждение компонентов как липидной, так и белковой природы, а также нуклеиновых кислот [76]. Считается, что такой множественный окислительный характер повреждений клеточных компонентов препятствует развитию устойчивости к АФДТ, в связи с чем этот метод рассматривается как перспективный способ борьбы с возбудителями заболеваний, устойчивыми к действию традиционных лекарственных препаратов. К настоящему времени появляется все больше публикаций, в которых представлены данные по исследованию антимикробной фотодинамической инактивации (АФДИ) in vitro микробных клеток или вирусов. В качестве фотосенсибилизаторов используется широкий ряд соединений, включая порфирины, хлорины, бактериохлорины, фталоцианины, фенотиазины, активирующиеся под действием света определенной длины волны [77]. Для большей эффективности этих соединений, их атоксигенности для эукариотических клеток в последние годы предпринимаются попытки объединения их с катионными полимерами, наночастицами, неорганическими солями [78, 79].

Метод АФДТ может быть особенно эффективен в отношении заболеваний, связанных с образованием биопленок микроорганизмами, которые часто расположены локально в различных полостях организма больного и могут быть доступны с помощью оптоволоконной техники (длительно незаживающие осложненные раны кожи и слизистых, трофические язвы, пролежни, язвы диабетических стоп, хронические инфекции мочевыводящих путей, в том числе катетер-ассоциированные, обрастания интубационных трубок, эндопротезов). Наиболее частыми возбудителями инфекций, связанных с образованием биопленок, являются представители родов Enterococcus, Staphylococcus, Klebsiella, Acinetobacter, Pseudomonas и Enterobacter, которые объединены в группу акронимом ESKAPE [72]. Эта группа включает представителей 6 нозокомиальных патогенов, которые характеризуются множественной антибиотикорезистентностью и вирулентностью — Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp. Эти патогены ответственны за большинство госпитальных инфекций и устойчивы к воздействию антимикробных агентов. Результаты проведенных в последнее время исследований свидетельствуют о том, что возбудители таких заболеваний обладают чувствительностью к фотодинамической терапии [80, 81].

Показано, что АФДТ более эффективна в отношении грамположительных бактерий, например, Staphylococcus aureus, и менее — в отношении грамотрицательных — Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa, что обусловлено различиями в строении клеточной стенки [82]. Проблема заключается в том, что бактериальные биопленки, вызывающие хронические заболевания, обычно состоят как из грамотрицательных, так и грамположительных видов бактерий. Поэтому для создания стратегии антибактериальной фотодинамической терапии одной из важнейших задач является исследование структурных особенностей бактериальных сообществ, влияющих на чувствительность к фотодинамическому воздействию, и выработка оптимальных подходов и средств для проведения антибактериальной фотодинамической терапии хронических заболеваний. Научная значимость решения проблемы состоит в установлении взаимосвязи эффективности фотодинамической инактивации с конкретными свойствами и особенностями патогенных микроорганизмов, входящих в сложные мультивидовые биопленки, и создание новых фотодинамических агентов для их эффективной инактивации. Тем не менее, в различных лабораторных моделях при бактериальных и микобактериальных инфекциях у животных [81, 83], в клинической ветеринарной практике, инфекциях полости рта [84] и лечении хронических ран [85] продемонстрировано, что антимикробная фотодинамическая терапия является многообещающей технологией борьбы с хроническими инфекциями.

Финансирование отсутствует. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием животных в качестве объектов.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.