Биопленки Staphylococcus aureus плохо реагируют на антибиотики.
В основе этого лежит эффект матрицы, препятствующий доступу препаратов к внедрившимся бактериям, или наличие "спящих" бактерий с пониженной скоростью роста. Используя 18 клинических изолятов, ранее охарактеризованных как резистентные к моксифлоксацину и моксифлоксацин-персистирующие в стационарно-фазовой культуре, мы изучили производство ими биопленок, состав матрикса и антибиопленочную активность моксифлоксацина. Биопленки выращивали в микротитровальных планшетах, их численность определяли с помощью окрашивания кристаллическим фиолетовым и подсчета колоний; измеряли содержание полисахаридов, внеклеточной ДНК и белков.
Активность моксифлоксацина оценивалась после 24 ч инкубации с широким диапазоном концентраций для построения полных кривых "концентрация-ответ". Все клинические изоляты продуцировали больше биомассы биопленки, чем эталонный штамм ATCC 25923, причем разница была более существенной для изолятов с высокой относительной фракцией персистеров к моксифлоксацину, большинство из которых также были резистентны. Высокопродуктивные биопленки экспрессировали icaA на более высоких уровнях, обогащая матрицу полисахаридами. Моксифлоксацин был менее эффективен против биопленок из клинических изолятов, чем из ATCC 25923, особенно против резистентных к моксифлоксацину изолятов с высокой фракцией персистеров, что объясняется более низкой концентрацией моксифлоксацина в этих биопленках. Кривые "time-kill" в биопленках показали наличие субпопуляции, резистентной к моксифлоксацину, с низкой способностью к размножению, независимо от персистирующего характера изолята.
Таким образом, активность моксифлоксацина зависит от его локальной концентрации в биопленке, которая снижена у большинства изолятов с высокой относительной фракцией персистеров из-за матричных эффектов и недостаточна для уничтожения резистентных изолятов из-за их высокой МИК. Наши данные подтверждают концепцию о том, что плохая реакция бактерий на моксифлоксацин в биопленках является результатом комбинации матричных эффектов и замедления скорости размножения, что само по себе связано со стрессом и приводит к резистентности.
С более клинической точки зрения, наши результаты показывают, что при клинически достижимых концентрациях моксифлоксацин неактивен в отношении биопленок, образованных клиническими изолятами, хотя фторхинолоны являются одним из наиболее активных классов антибиотиков в отношении стафилококковых биопленок. Поэтому стратегии, направленные на нарушение целостности матрицы, с одной стороны, и на оживление дремлющих бактерий - с другой, представляются не только перспективными, но и, вероятно, должны разрабатываться вместе для достижения оптимальной эффективности.
Таким образом, наши результаты свидетельствуют о преобладающей роли матрикса в снижении активности моксифлоксацина против биопленок. Его наличие зависит от персистирующего характера штамма (не связанного с резистентностью у большинства изолятов) и препятствует достижению локально активных концентраций препарата при повышенных МИК.
