CC BY
35
D4-14 b.qxd 02.12.2014 18:24 Page 42
INFLUENCE OF NANOSELENIUM ON THE FORMATION OF BIOFILM E. FAECALIS
AND C. ALBICANS IN ASSOCIATION
Sinetar E.A., Pokas E.V., Avdeeva L.V.
ВПЛИВ НАНОСЕЛЕНУ НА БІОПЛІВКОУТВОРЕННЯ E. FAECALIS
ТА С. ALBICANS В АСОЦІАЦІЇ
1СИНЕТАР Е.О., 1ПОКАС О.В., АВДЄЄВА Л.В.
1ДУ "Інститут епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л.В. Громашевського НАМН України", м. Київ
Институт мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, м. Київ
УДК 544.182/.546.23:5 79.262+579.86/.87
Ключові слова: Enterococcus faecalis, Candida albicans, силіконові катетери, селен, біоплівка.
ідомо, що інфекційні захворювання викликають різні види мікроорганізмів або їхні асоціації, що здатні утворювати біоплівки. Найчастіше в етіо-патогенезі запальних процесів різної локалізації провідну роль відіграють представники родів Staphylococcus, Enterococcus, родини Enterobacteria-ceae, Pseudomonas aeruginosa, дріжджоподібні гриби роду Сandida, які можуть міститись у складі біоплів-кок у моно- та мікст-культурах. Бактерії у складі біоплівок у 1000 разів стійкіші до антибактеріальних препаратів та інших факторів зовнішнього середовища порівняно з тими ж бактеріями у планктонній формі [1].
Велика увага приділяється ролі біоплівок у розвиткові катетер-асоційо-ваних інфекцій сечовивідних шляхів (КАІСВШ). Особливість патогенезу катетер-асоційованих інфекцій полягає у тому, що, з одного боку, штами бактерій — потенційних збудників запального процесу — мають здатність до адгезії, з іншого боку, сама установка катетера та його анатомічне розташування створюють умови для контамінації катетерів мікроорганізмами з подальшим утворенням біоплівки. Процес утворення біоплівки складний і залежить від багатьох факторів: матеріалу, з якого виготовлено катетер, гідродинамічних умов, фізичних і хімічних властивостей рідин, що контактують з катетером, біологічних властивостей мікроорганізмів [2]. Поширення біоплів-коутворюючих штамів обумовлює необхідність їх всебічного вивчення, а також розробки напрямів боротьби
з біоплівками, зокрема підходів до запобігання їх утворення.
Раніше нами було встановлено, що утворення біоплівки in vitro на поверхнях катетерів, що найчастіше використовують у медичній практиці, залежить від матеріалу катетера, а також від експозиції у суспензії мікроорганізмів. Також показано, що за умов катетеризації 48 годин і більше підвищується ризик колонізації сечовивідних шляхів С. аlbicans та розвитку інфекційних ускладнень. Це стало підставою вважати, що силіконові катетери непридатні для тривалої катетеризації, оскільки на їхніх фрагментах спостерігався більший рівень адгезії клітин С. аlbicans порівняно з латексними катетерами [3].
У літературних джерелах описують різні заходи профілактики катетер-асоціованих інфекцій сечовивідних шляхів (КАІСВШ) для запобігання розвитку біоплівок на катетерах. Останніми роками широко використовують препарати з наночастинок різних металів. На думку авторів, протимікробне селенове покриття на катетерах уповільнює формування біоплівок S. aureus [4, 5].
Мета роботи: дослідити вплив наноаквахелату селену на біоплівкоу-творення Е. faecalis і C. albicans в асоціації на силіконовому катетері.
Матеріали та методи. Біоплівкоу-творення на силіконовому катетері вивчали з використанням асоціації штамів Е. faecalis 48 і C. albicans 48, виділеної у пацієнта ВРІТ.
У роботі використовували препарат наноаквахелату селену (карбок-
ВЛИЯНИЕНАНОСЕЛЕНА НА БИОПЛЕНКООБРАЗОВАНИЕ E. FAECALIS И C. ALBICANS В АССОЦИАЦИИ Синетар Э.А., Покас Е.В., Авдеева Л.В.
Цель: изучение действия наноаквахелата селена на биопленкообразование Е. faecalis и
C. albicans в ассоциации на силиконовом катетере. Методы. Исследование проводили с применением бактериологических и электронно-микроскопических методов. Результаты. На наружной и внутренней поверхностях фрагмента катетера, не обработанного наноселеном, нами было выявлено объединение клеток C. аlbicans с последующей их группировкой (агломератов) и меньшее количество прикрепленных клеток E. faecalis. Тогда как на внешней и внутренней поверхностях фрагментов катетера, обработанного наноселеном в концентрации
0,01 мг/мл, наблюдали меньшее количество прикрепленных клеток E. faecalis и C. albicans по сравнению с контролем.
Выводы. Препарат наноаквахелата селена в концентрации 0,01 мг/мл приводит к уменьшению количества прикрепленных клеток исследуемых штаммов, влияя при этом на изменение морфологических признаков (сморщивание) клеток C. albicans, что может свидетельствовать о действии селена на клеточную стенку исследуемого штамма. Концентрация наноселена 0,0025 мг/мл приводила к формированию биопленки исследуемых штаммов в течение 24 часов, поэтому препарат не рекомендуется использовать в низких концентрациях. Ключевые слова: Enterococcus faecalis, Candida albicans, силиконовые катетеры, селен, биопленка.
© Синетар Е.О., Покас О.В., Авдєєва Л.В. СТАТТЯ, 2014.
№ 4 2014 Environment & Health 42
D4-14 b.qxd 02.12.2014 18:24 Page 43
INFLUENCE OF NANOSELENIUM ON THE FORMATION OF BIOFILM E. FAECALIS AND C. ALBICANS IN ASSOCIATION Sinetar E.A., Pokas E.V., Avdeeva L.V.
State Institution "The L.V. GromashevskyInstitute of Epidemiology and Infectious Diseases of NAMS of Ukraine", Kviv
Zabolotny Institute of Microbiology and Virology National Academy of Sciences of Ukraine, Kviv
The Objective. To determine the action of selenium on nanoaquahelate biofilm formation of E. faecalis and C. albicans in association on the silicone catheter.
Methods. The study was performed using bacteriological and electron microscopic techniques. Results. We found C. albicans cells association with subsequent groupings (agglomerates) and a smaller number of attached cells of E. faecalis on the outer
and inner surfaces of the unprocessed nanoselenium catheter fragment. At the same time, the internal and external surfaces of the catheter fragments treated nanoselenium at a concentration of 0.01 mg/ml was observed lower number of attached cells of E. faecalis and C. albicans compared to controls. Conclusions. The drug nanoaquahelate selenium concentration of 0.01 mg/ml reduces the number of attached cells of the test strains, affecting the change in morphological traits (shrivelling) cells of C. albicans which may indicate the effect of selenium on the cytoderm of the test strain. Concentration of nanoselenim 0.0025 mg/ml led to the formation of biofilm in the test strains for 24 hours, and the drug is not recommended to be used in low concentrations.
Keywords: Enterococcus faecalis, Candida albicans, silicone catheters, selenium, biofilm
силовані наночастинки Se), люб'язно наданий компанією "Наноматеріали і нанотехноло-гії", у концентрації 0,2 мг/мл [6].
Для дослідження впливу наноаквахелату селену на біоплів-коутворення асоціацій досліджуваних штамів мікроорганізмів фрагменти катетерів занурювали на 1 годину у розчин препарату селену у субінгібуючій концентрації: 0,01 мг/мл — для C. albicans; 0,0025 мг/мл — для E. faecalis. Фрагменти обробленого катетера підсушували при кімнатній температурі й вносили у завись бактеріальної суспензії E. faecalis і C. аlbicans, що містила 107 кл/мл кожного у співвідношенні 1:1. У якості контролю використовували фрагменти катетера без попередньої обробки препаратом. Витримували у термостаті при 37°С протягом 24 годин, фарбували 1% генціанвіоле-том і фіксували 96% етиловим спиртом. Результати оцінювали за кількістю прикріплених клітин на поверхні катетерів з використанням скануючого електронного мікроскопа Tescan Mira 3 LMU виробництва Чехія [3]. Дослідження проводилося триразово.
Результати та їх обговорення. За результатами проведених нами досліджень встановлено, що у пацієнтів, які перебували у відділенні реанімації та інтенсивної терапії (ВРІТ) і підлягали катетеризації, в етіологічній структурі КАІСВШ переважали представники роду Enterococcus як у монокультурі, так і в асоціації з дріжджоподібними грибами роду Candida [7].
Відомо, що початковим етапом утворення мікробної біоплівки є адгезія мікроорганізмів до будь-якої поверхні біогенного та абіогенного походження [2]. Нами показано, що на зовнішній поверхні фрагментів силіконового
катетера без попередньої обробки препаратом селену вже на 24-ту годину відбувалося прикріплення клітин E. faecalis, розташованих поодиноко або зібраних попарно (рис. 1).
Клітини C. albicans розташовувалися поодиноко та у вигляді скупчень (агломератів). При цьому вони були подовженими або перебували у стадії поділу. Загалом фрагмент катетера був покритий не суцільно розташованими клітинами С. albicans, а у вигляді агломератів, що може свідчити про ймовірність подальшого утворення біоплівки. Відзначено, що на фоні утворення агломератів з клітин C. albicans було менше адгезованих клітин E. faecalis (рис. 1).
Раніше нами було визначено мінімальну інгібуючу концентрацію (МІК) наноаквахелату селену, яка становила для C. albicans 0,02 мг/мл, для E. faecalis — 0,005 мг/мл [8]. Для подальшого вивчення впливу наноаквахелату селену на біоплівкоутворення
E. faecalis і C. albicans в асоціації зовнішню поверхню фрагментів силіконового катетера обробляли у субінгібуючих концентраціях 0,01 мг/мл і 0,0025 мг/мл.
На зовнішній поверхні фрагментів катетера, обробленого наноселеном у концентрації 0,01 мг/мл, було виявлено меншу кількість прикріплених клітин E. faecalis і C. albicans порівняно з контролем. При цьому прикріплені клітини C. albicans мали змінені морфологічні ознаки (зморшкування), що, можливо, пов'язане з дією селену на клітинну стінку C. albicans. Змін морфології клітин E. faecalis за концентрації селену 0,01 мг/мл нами не виявлено (рис. 2).
Слід відзначити, що на зовнішній поверхні фрагментів катетерів, оброблених наноселеном, спостерігали більше прикріплених клітин E. faecalis, ніж на внутрішній поверхні катетера (рис. 2, 3).
На внутрішній поверхні фрагмента катетера, не обробленого наноселеном, нами було виявле-
Рисунок 1
Прикріплення (адгезія) клітин C. albicans і E. faecalis на зовнішній поверхні силіконового катетера (24-та година спостереження)
'і - V <
X. г. ,■■ : .<■ . \г" < • '
"Л :• г
< V ’■ -F-. ТЇ :
Примітка: збільшена частина площі фотографії вказує на наявність клітин E. faecalis.
43 Environment & Health № 4 2014
D4-14 b.qxd 02.12.2014 18:24 Page 44
но об'єднання клітин C. albicans з подальшим утворенням угрупу-вань (агломератів) і меншу кількість прикріплених клітин E. faeca-lis (рис. 4). На внутрішній поверхні катетера, обробленого наноселеном, спостерігали поодинокі клітини C. albicans і E. faecalis. Клітини C. albicans морфологічно не були змінені порівняно з клітинами, які були прикріплені до зовнішньої поверхні катетера. Концентрація наноселену 0,01 мг/мл не призводила до утворення агломератів клітин C. albicans (рис. 4).
У літературних джерелах наведено, що наноаквахелати металів мають не тільки бактерицидну та бактеріостатичну активність, але й стимулюючий вплив на популяцію мікроорганізмів [9]. Нами встановлено, що використання субінгібуючої концентрації селену для E. faecalis (0,0025 мг/мл) призводило до швидкого біоплів-коутворення обох досліджуваних штамів у середині силіконового катетера (рис. 5).
Про це свідчить наявність тяжів, каналів та пор, відсутність поодиноких клітин досліджуваних штамів. У контролі (рис. 4) спостерігали лише прикріплені клітини, їх поділ та угрупування (агломерати) в окремих ділянках фрагмента досліджуваного катетера. На зовнішній поверхні катетера, обробленого препаратом селену у концентрації 0,0025 мг/мл, нами виявлено тільки угрупування клітин досліджуваних штамів (рис. 6).
Таким чином, препарат наноаквахелату селену у концентрації 0,01 мг/мл призводить до зменшення кількості прикріплених клітин досліджуваних штамів, впливає на зміну морфологічних оз-
Рисунок3
Адгезія клітин C. albicans і E. faecalis на внутрішній поверхні силіконового катетера, обробленого наноселеном у концентрації 0,01 мг/мл
нак (зморшкування) клітин C. albicans, що можна трактувати як дію селену на клітинну стінку досліджуваного штаму. Наноселен у концентрації 0,0025 мг/мл за 24 години призводив до формування біоплівки досліджуваних штамів мікроорганізмів, тому цей препарат не варто використовувати у низьких концентраціях.
ЛІТЕРАТУРА
1. Микробные биопленки в хирургии: механизмы образования, лекарственная устойчивость, пути решения проблемы / Ю.С. Винник, О.В. Перьянова, Е.В. Онзуль, О.В. Теплякова // Новости хирургии. — 2010. — Т 8, № 6. — С. 115-125.
2. Госпитальная микрофлора и биопленки / Н.И. Габриэлян, Е.М. Горская, Н.И. Романова, О.М. Цирульникова // Вестник
Рисунок 2
Адгезія клітин C. albicans і E. faecalis на зовнішній поверхні силіконового катетера, обробленого наноселеном у концентрації 0,01 мг/мл
/
/
1 ’ /
/
иыммднлг WD: !-,70 ігп | Vk4l1iU:)).]|iri [HI:SC ja |>Гі lRUMiliiJU.il | МИАЗТСІСЙН HiCLibbndTKh LLC
Примітка: стрілками показано клітини E. faecalis.
Рисунок 4
Утворення агломератів С. albicans і E. faecalis in vitro всередині силіконового катетера через 24 години
трансплантологии и искусственных органов. — 2012. — Т XIV, № 3. — С. 83-91.
3. Формування біоплівки Candida albicans на поверхні медичних катетерів: дослідження in vitro / Е.О. Синетар, Л.В. Авдєєва, М.А. Скорик, О.І. Брич // Довкілля та здоров'я. — 2014. — № 1 (68) — С. 28-32.
4. Нанотехнології у педіатричній практиці: стан, перспективи досліджень / І.С. Чекман, Н.О. Горчакова, О.М. Охотнікова, Н.Ю. Яковлєва // Український медичний часопис. — 2010. — № 6 (80). — С. 47-50.
5. Nanotechnology pediatric application / M.C. Machado, D. Chend, K.M. Targuinio, TJ. Webster // Pe-diatr. Res. — 2010. — Vol. 67 (5). — P. 500-504.
6. Патент України на корисну модель № 29280 Аквахелат нано-металу; Косінов М.В., Каплунен-ко В.Г.; МПК (2006): ^7F 19/00, C12N 1/20; Опубл. 10.01.2008, бюл. № 1/2008.
7. Антибіотикостійкість та адге-зивні властивості збудників кате-тер-асоційованих інфекцій сечовивідних шляхів / Е.О. Синетар, О.І. Брич, М.М. Лоскутова, І.П. Ткачик // Мікробіологічний журнал. — 2014. — Т 76, № 3. — С. 41-46.
8. Визначення чутливості мікроорганізмів до антибактеріальних препаратів: методичні вказівки МВ 9.9.5-143-2007. Офіційне вид. — К.: МОЗ України, 2007. — 79 с.
9. Наномодифіковане живильне середовище для культивування мікобактерій / В.Б. Борисович, В.Г. Каплуненко, М.В. Косінов та ін. // Наноматеріали у біології. Основи нановетеринарії. — Київ, 2010. — С. 336-342.
Рисунок 5
Формування біоплівки C. albicans і E. faecalis in vitro під дією селену у концентрації 0,0025 мг/мл всередині силіконового катетера протягом 24 годин
№ 4 2014 Environment & Health 44
D4-14 b.qxd 02.12.2014 18:24 Page 45
REFERENCES
1. Vinnik Yu.S., Perianova O.V., On-zul E.V., Tepliakova O.V. Novosti khi-rurgii. 2010; 8 (6) : 115-125 (in Russian).
2. Gabrielian N.I., Gorskaia E.M., Romanova N.I., Tsirulnikova O.M. Vestnik transplantologii i iskusstven-nykh organov. 2012; XIV ( 3) : 83-91 (in Russian).
3. Synetar E.O., Avdieieva L.V., Skoryk M.A., Brych O.I. Dovkillia ta zdorovia. 2014; 1 (68) : 28-32 (in Ukrainian).
4. Chekman I.S., Horchakova N.O., Okhotnikova O.M., Yakovlieva N.Yu. Ukrainskyi medychnyi chasopys. 2010; 6 (80) : 47-50 (in Ukrainian).
5. Machado M.C., Chend D., Tar-guinio K. M., Webster T.J. Pediatr. Res. 2010; 67 (5) : 500-504.
6. Kosinov M.V., Kaplunenko V.H. Akvakhelat nanometalu [Aquahelats of Nanometals]. Patent UA N 29280; IPC (2006): S07F 19/00, C12N 1/20. Publ. 10.01.2008, Bul. 1/2008 (in Ukrainian).
7. Synetar E.O., Brych O.I., Loskutova M.M., Tkachyk I.P. Mikrobio-lohichnyi zhurnal. 2014; 76 (3) : 4146 (in Ukrainian).
8. Vyznachennia chutlyvosti mikro-orhanizmiv do antybakterialnykh pre-parativ : metodychni vkazivky MV
9.9.5- 143-2007. Ofitsiine vydannia [Determination of Antibiotic Sensitivity of Microorganisms. Guidelines
9.9.5- 143-2007. Official Publication]. Kyiv : MOZ Ukrainy; 2007 : 79 p. (in Ukrainian)
9. Borysovych V.B., Kaplunenko V.H., Kosinov M.V., Boryso-
vych B.V., Borysovych V.B. Nanomo-dyfikovane zhyvylne seredovyshche dlia kultyvuvannia mikobakterii [Nano-modified Growth Medium for the Cultivation of Mycobacteria]. In: Nanoma-terialy v biolohii. Osnovy nanovetery-narii [Nanomaterials in Biology. Fundamentals of Nanoveterinary]. Kyiv: Avit-sena; 2010 : 336-342 (in Ukrainian).
Надійшла до редакції 28.04.2014
Рисунок 6
Угрупування клітин C. albicans і E. faecalis in vitro під дією селену у концентрації 0,0025 мг/мл на поверхні силіконового катетера протягом 24 годин
CHARACTERISTICS OF NATURAL NANOOBJECTS - KAOLIN
Korchak G.I.
ВЛАСТИВОСТІ ПРИРОДНОГО НАНООБ'ЄКТА ~ КАОЛІНУ
КОРЧАК Г.І.
ДУ "Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва НАМН України", м. Київ
УДК 613:678.046.3
урхливий розвиток науки з вивчення властивостей наноматеріалів та нанотехнологій залучає у цей процес все більшу кількість різновидів сполук. Серед них відомий з давніх часів каолін (китайська глина), або біла глина (Bolus alba) справедливо розглядається як природний нанооб'єкт, і саме такий підхід дозволив надзвичайно поширити його застосування на новій науковій основі. З фізичної точки зору це передусім використання високодисперсних фракцій глини, а також розробка методів для отримання якомога більшої кількості нанорозмірних частинок в її гранулометричному складі. Звідси походять перспективи використання каоліну у різних галузях нанотехнології з перевагою його як природної сполуки, хімічний склад якої та біоенергетична властивість споріднені з організмом людини. Крім того, глинисті мінерали мають високу адсорбційну та іонообмінну активність, що відповідає вимо-
СВОЙСТВА ПРИРОДНОГО НАНООБЪЕКТА - КАОЛИНА Корчак Г.И.
Каолин (белая глина, или китайская глина) рассматривается исследователями как природный нанообъект, и именно такой подход позволил расширить его использование на новой научной основе. С физической точки зрения это прежде всего использование высокодисперсных фракций глины, а также разработка методов для получения как можно большего количества наноразмерных частиц в ее гранулометрическом составе. При этом возможна очистка глин от таких минералов, как кварц и гидрослюда. Это позволит расширить возможности ее применения. Глинистые минералы обладают высокой адсорбционной и ионообменной активностью, что отвечает требованиям к энтеросорбентам. В современной медицине большое внимание уделяют энтеросорбции как естественному связыванию и выведению из организма экзо-, эндотоксинов и других соединений. Среди многих разновидностей глин только белые каолинитовые глины безопасны по своей структуре и энергетике для слизистой желудочно-кишечного тракта, кожи и раневых поверхностей. Фармакологическим комитетом Украины и многих других стран белая глина разрешена для внутреннего применения. Кроме указанного, каолин является прекрасным поставщиком в организм кремния, магния, кальция, фосфора, железа, цинка, лития, меди, бериллия, кобальта и некоторых других микроэлементов, необходимых живому организму. Именно это выгодно отличает белую глину как энтеросорбент от многих других сорбентов, полученных искусственным путем. В наше время глину используют как составную нанокомпозитов с серебром, медью, кобальтом и др. Глины как прекрасные адсорбенты проявляют физическое и химическое взаимодействие с микроорганизмами. При этом глины разделяются на бактерицидные и небактерицидные (происходит адсорбция, но микроорганизмы сохраняют жизнеспособность). Бактерицидный механизм глин является химическим. Такие глины действуют губительно на широкий спектр микроорганизмов, в том числе и на антибиотикорезистентные штаммы. Перспективным является использование их при инфекциях, для которых нет эффективных антибиотиков.
© Корчак Г.І. СТАТТЯ, 2014.
45 Environment & Health № 4 2014
