Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Аграрный вестник Урала» (прим. – Пресс-служба РНФ).
Ученые из Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина (Омск) и Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра УрО РАН (Екатеринбург) выяснили, какие гены-маркеры и свойства самих бактерий определяют формирование устойчивых биопленок у болезнетворных микроорганизмов, поражающих крупный рогатый скот и свиней.
Для лечения сельскохозяйственных животных ветеринарные специалисты часто используют антибиотики. Бесконтрольное применение таких препаратов приводит к тому, что бактерии теряют к ним чувствительность. Более того, многие бактерии способны объединяться в сложные сообщества — биопленки, в которых они покрыты защитной слизью. Они часто формируются на поверхностях доильных аппаратов, поилок и другого оборудования, и это приводит к постоянному распространению инфекций среди сельскохозяйственных животных, рассказали ученые.
Елизавета Фрик проводит микробиологические исследования проб биологического материала. Источник: Игорь Антоневский / Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина
До сих пор оставалось не до конца понятно, какие именно генетические механизмы лежат в основе формирования нечувствительных к антибиотикам бактериальных сообществ и насколько толщина и прочность биопленок связаны с лекарственной устойчивостью.
Авторы исследовали бактерии кишечной палочки и стафилококка — широко распространенные виды, вызывающие у сельскохозяйственных животных воспаление молочных желез и кишечника, а также другие болезни. Специалисты собрали образцы микроорганизмов со слизистых крупного рогатого скота и свиней, а также с поверхностей технологического оборудования в животноводческих хозяйствах.
Руководитель проекта Надежда Лещёва проводит оценку роста микроорганизмов на питательных средах. Источник: Игорь Антоневский / Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина
В первую очередь ученые оценили, как быстро бактерии образуют биопленки, находясь в питательной среде, а также исследовали свойства — толщину и прочность — формируемых сообществ. Кроме того, авторы провели молекулярно-генетический анализ ключевых генов, связанных с образованием внеклеточного матрикса — «каркаса» для построения биопленок. Параллельно они проверили чувствительность микроорганизмов к четырем популярным антибиотикам. Это позволило установить, какие именно гены определяют способность бактерий активно образовывать сообщества и благодаря этому терять чувствительность к антибактериальным препаратам.
Динамика резистентности бактерий при различных уровнях биопленкообразования. Источник: Игорь Антоневский / Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина
Эксперименты показали: бактерии, обладающие определенными генами и образующими более плотные и прочные биопленки, имели повышенную устойчивость к действию антибактериальных препаратов. Так, например, стафилококки, формирующие толстые и прочные скопления, оказались на 37–53% менее чувствительны ко всем тестируемым противомикробным средствам.
— Полученные данные будут полезны для сотрудников ветеринарных служб и сельскохозяйственных предприятий, поскольку они позволят разрабатывать эффективные стратегии контроля инфекций, не поддающихся лечению с помощью существующих антибиотиков. Такой контроль поможет уменьшить риск распространения устойчивых бактерий среди животных и людей и повысить безопасность продуктов животного происхождения, эффективно развивать сельское хозяйство,— рассказал кандидат ветеринарных наук, ассистент кафедры ветеринарной микробиологии, инфекционных и инвазионных болезней факультета ветеринарной медицины ИВМиБ Омского ГАУ Игорь Антоневский.
В дальнейшем специалисты планируют расширить исследования в области разработки новых подходов к диагностике и профилактике инфекций в животноводстве, ассоциированных с образованием биопленок.
Устойчивые штаммы стафилококков и кишечной палочки представляют значительную угрозу для скота, рассказала эксперт НТИ по растениеводству и животноводству Юлия Баранкина. Они чаще приводят к хроническим или повторяющимся инфекциям, дольше циркулируют в стаде и с большей вероятностью требуют смены терапии или более агрессивных мер. Это повышает потери в молочной и мясной продуктивности, увеличивает затраты на лечение и риск передачи устойчивых бактерий по цепочке «животное – человек» через прямой контакт или продукты питания.
— Конкретная степень риска зависит от разных факторов: условий содержания, уровня гигиены, частоты и спектра использования антибиотиков, а также от наличия программ мониторинга и контроля в хозяйстве, — отметила она.
По ее словам, исследование указывает направления для разработки новых стратегий борьбы с инфекциями: тестов быстрой идентификации штаммов, препаратов, разрушающих внеклеточный матрикс, соединений, соединений, улучшающих проникновение антибиотиков в биопленку, и разработку других профилактических мер.
Валентина Плешакова осуществляет микроскопическое исследование биологических образцов. Источник: Игорь Антоневский / Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина
В животноводстве традиционно выявляются трудно поддающиеся лечению инфекции, в том числе отмечается неэффективность антибактериальной терапии, что обусловлено рядом факторов, предположительно, образованием биопленок, сказал «Известиям» руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet («Фуднет») НТИ Сергей Косогор.
— Исследований бактериальных биопленок, связанных со скотом, крайне мало. Глубокое понимание возможной их роли при заболеваниях и устойчивости к препаратам может помочь в профилактике и лечении заболеваний у крупного рогатого скота, — подчеркнул он.
Эксперт отметил, что результаты исследования могут способствовать разработке новых методов лечения, сохранению продуктивности животных и снижению негативного влияния заболеваний, в развитии которых важную роль играют бактериальные биопленки, в частности мастита и респираторных заболеваний крупного рогатого скота.
С экономической точки зрения это поможет укрепить продовольственную безопасность, а также повысить качество и безопасность пищевой продукции. Кроме того, новые подходы позволят эффективнее контролировать и оценивать жизнеспособность бактерий на всех этапах продовольственной цепочки, что снизит риски для здоровья потребителей.
