Біоплівки - це складні мікробні спільноти, які бактерії формують на різних поверхнях, включаючи тканини організму, медичні імпланти та катетери. Вони складаються з бактеріальних клітин, занурених у щільну матрицю, що складається з екзополісахаридів, білків та ДНК. Ця матриця не тільки скріплює колонію, а й захищає її від зовнішніх впливів, таких як антибіотики та імунна система організму.

Бактерії утворюють біоплівки як захисний механізм у відповідь на стресові умови: нестачу поживних речовин або наявність антимікробних агентів. Усередині біоплівки бактерії можуть обмінюватися генетичним матеріалом, що сприяє поширенню генів стійкості до антибіотиків.

Чому антимікробні препарати неефективні проти біоплівок

Традиційні антибіотики часто виявляються неефективними проти бактерій, що входять до складу біоплівок з кількох причин:

• Фізичний бар'єр: матриця біоплівки перешкоджає проникненню антибіотиків, знижуючи їхню концентрацію до рівня, недостатнього для знищення бактерій.

• Персистентні клітини: усередині біоплівки існують звані «персистентні» клітини — бактерії у стані спокою, менш чутливі до антибіотиків.

• Генетична адаптація: бактерії в біоплівках мають підвищену здатність до мутацій та обміну генами, що сприяє розвитку стійкості до антибіотиків.

Ці фактори ускладнюють лікування інфекцій, пов'язаних із біоплівками, і часто призводять до хронічних захворювань.

Як бактеріофаги руйнують біоплівки

Бактеріофаги – це віруси, які специфічно інфікують бактерії. Вони мають кілька механізмів дії, що роблять їх ефективними проти біоплівок:

• Проникнення в матрицю: фаги здатні проникати через матрицю біоплівки та інфікувати бактерії усередині.

• Вироблення ферментів: деякі бактеріофаги виробляють ферменти, що розщеплюють компоненти біоплівки, полегшуючи доступ до бактерій.

• Розмноження всередині бактерій: після інфікування бактеріофаги розмножуються всередині бактерій, що призводить до їх руйнування та подальшого поширення фагів на інші патогени.

Дослідження показали, що використання коктейлів з кількох бактеріофагів може бути особливо ефективним у руйнуванні біоплівок, оскільки різні фаги можуть атакувати різні штами бактерій одночасно.

Синергія бактеріофагів та антибіотиків у боротьбі з біоплівками

Хоча антибіотики часто виявляються безсилими перед біоплівками, їх слід повністю відкидати. Сучасні дослідження показують, що найкращі результати дає комбіноване застосування бактеріофагів та антибіотиків. Така стратегія дозволяє використовувати сильні сторони обох підходів: фаги здатні проникати в біоплівки, руйнувати їх матрицю та знищувати частину бактерій, відкриваючи шлях для антибіотиків, які потім дістаються вразливих мікроорганізмів.

Ця синергія особливо корисна при лікуванні хронічних або внутрішньолікарняних інфекцій, де біоплівки відіграють ключову роль. Наприклад, дослідження, проведене командою з Копенгагенського університету (2021), показало, що при застосуванні бактеріофагів до інфікованих біоплівками імплантів ефективність подальшого курсу антибіотикотерапії збільшувалася в кілька разів.

Цікаво, деякі віруси бактерій можуть змінювати фізіологічний стан патогенів, роблячи їх більш чутливими до антибіотиків, навіть тим, яких вони раніше були стійкими. У той же час антимікробні препарати, знижуючи бактеріальну щільність, можуть полегшити роботу фагів, які розповсюджуються краще у розріджених середовищах. Таким чином, обидва агенти – антибіотики та бактеріофаги – можуть діяти у взаємному посиленні.

Потенціал такої фаготерапії у комбінації з антибіотиками вже досліджується у низці клінічних проектів, і перші результати обнадіюють. Це відкриває нові горизонти у лікуванні стійких інфекцій, де біоплівки є основною перешкодою для одужання пацієнтів. Особливо перспективний такий підхід в урології, ортопедії та при лікуванні хронічних ран.