Бактерии образуют слизистые "потоки", забивая медицинские устройства

Исследователи из США приблизились к предотвращению инфекций, вызываемых распространённым внутрибольничным патогеном Staphylococcus aureus, раскрыв механизмы, позволяющие бактериям быстро забивать медицинские устройства.

В исследовании, опубликованном в New Journal of Physics, показано, что бактерии колонизируются в крупные группы — биоплёнки — с помощью биологического клея и образуют тонкие слизистые нитевидные структуры, называемые "потоками" (streamers).

Эти потоки прикрепляются к поверхности и способны захватывать проходящие клетки в жидкостях, текущих через медицинские устройства (стенты, катетеры), становясь более жёсткими и в итоге полностью забивая устройство.

Учёные из Принстонского университета воссоздали физические условия медицинских устройств с изогнутыми каналами, разветвлёнными сетями и текущей жидкостью. Они показали, что потоки могут стремительно расширяться и создавать закупорку за удивительно короткое время.

Более того, если поверхности были покрыты плазмой человеческой крови (с чем бактерии часто сталкиваются в очагах инфекции), биоплёнчатые потоки появлялись в структурах ещё быстрее.

Особую опасность представляет метициллин-резистентный Staphylococcus aureus (MRSA), устойчивый к антибиотикам. MRSA — наиболее частая причина внутрибольничных инфекций в США и Европе с высоким уровнем смертности. Наибольшему риску подвержены пациенты с открытыми ранами, имплантированными устройствами и ослабленным иммунитетом.

Инфекции, связанные с медицинскими устройствами, вызывают особую озабоченность, поскольку образующиеся биоплёнки обладают повышенной устойчивостью к антибиотикам.

В ходе исследования изучалось, как геометрия поверхности, химия поверхности и поток жидкости влияют на образование потоков. Учёные исследовали четыре штамма Staphylococcus aureus, используя флуоресцентные красители и получая высокоразрешающие изображения при прохождении потока через микрофлюидные структуры.

Результаты показали, что именно поток жидкости через структуры, а не движение самих клеток, является основным фактором, определяющим форму биоплёнчатых потоков. Эти потоки могут формироваться в различных сложных средах, что позволяет предположить их повсеместное распространение в естественных условиях.

По сравнению с другим распространённым патогеном, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus формировал потоки и забивал каналы гораздо быстрее.