Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) - это распространенная бактериальная инфекция, которой ежегодно страдают около 150 миллионов человек во всем мире.
ИМП начинается с попадания бактерий в уретру, откуда они могут подняться в мочевой пузырь, вызывая инфекцию мочевого пузыря (цистит). Однако, попав в мочевой пузырь, уропатогены могут проникать в почки, вызывая пиелонефрит, что в конечном итоге приводит к повреждению почек и/или распространению инфекции в кровь (бактериемия/сепсис). Женщины гораздо больше подвержены ИМП, чем мужчины, и у 40% женщин клиническая ИМП развивается хотя бы раз в жизни. Клинически ИМП классифицируются как неосложненные или осложненные ИМП. Осложненные ИМП возникают у людей с такими заболеваниями, как анатомические аномалии мочевыводящих путей, ослабленная иммунная система, трансплантация почек, беременность или рецидивирующие ИМП в анамнезе. Рецидивирующие ИМП являются серьезной клинической проблемой, которая часто приводит к повторному и длительному применению антибиотиков, которые не всегда предотвращают рецидивы.
Основным возбудителем ИМП является уропатогенная кишечная палочка (UPEC), которая ответственна за 65-70% всех ИМП. Другие клинически значимые уропатогены это Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus saprophyticus, Enterococcus faecalis, Streptococcus группы B, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumannii и Candida spp.. В зависимости от генетического состава штамма E. coli и факторов хозяина, колонизация мочевыводящих путей может привести к ИМП или бессимптомной бактериурии (ББУ). Геномы штаммов UPEC кодируют основные факторы вирулентности, такие как адгезины (фимбрии типа 1 и P) и токсины (гемолизин). Однако наличие ББУ со штаммами E. coli в мочевыводящих путях не вызывает никаких клинических симптомов или воспалительной реакции. Сообщалось, что дефектная адгезия штаммов E. coli при ББУ к уротелию, обусловленная мутациями в фимбриальных генах, является критическим фактором в ослаблении этих штаммов.
При ББУ длительная колонизация E. coli, в частности штамма 83972, может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет без проявления симптомов и, как сообщается, предотвращает колонизацию уропатогенами мочевыводящих путей. Преднамеренная колонизация этим штаммом снижала частоту развития ИМП у пациентов с нейрогенным мочевым пузырем, связанным с травмой спинного мозга. Штамм 83972 стал безопасным и эффективным профилактическим средством против ИМП.
Предыдущие исследования показали, что этот штамм может конкурировать с UPEC, однако природа этой конкуренции между штаммом 83972 и уропатогенами изучена недостаточно хорошо, что и является предметом исследования специалистов из Техасского колледжа ветеринарной медицины и биомедицинских наук, работа которых опубликована в журнале Infection and Immunity. «Ученые знают об этом безвредном штамме кишечной палочки уже несколько десятилетий, но мы не понимали, как помочь ему оставаться в мочевыводящих путях достаточно долго, чтобы принести пользу пациентам», - рассказал руководитель исследования Саргуру Субаш. «Мы разрабатываем новое средство, которое решит эту проблему и поможет пациентам с частыми ИМП избежать приема антибиотиков. Разработанный нами метод представляет собой так называемый инженерный живой материал (ИЖМ). Он представляет собой гидрогель, как мягкая контактная линза, но внутри этого геля находятся живые бактерии. При этом устройство свободно плавает в мочевом пузыре и медленно высвобождает бактерии в мочевыводящие пути».
ИЖМ, интегрирующие живые микроорганизмы в матрицы биоматериалов, могут быть использованы для точной доставки микробов. Живые компоненты обычно представляют собой бактерии или дрожжи, а неживые - натуральные или синтетические гидрогели. Гидрогель поддерживает выживание и рост живых клеток, способствуя диффузии воды, питательных веществ, газов и биомолекул. По этим параметрам ИЖМ напоминают сконструированную биопленку.
В данном исследовании авторы оценили, может ли штамм 83972, встроенный в ИЖМ, конкурировать с UPEC и рассмотрели важнейшие вопросы конкурентоспособности штамма 83972 против уропатогенов, изучив роль среды, плотность клеток, непрерывное пополнение питательных веществ, колонизацию и относительную жизнеспособность в мочевыводящих путях мышей, а также высвобождение из ИЖМ. «Удивительно то, что штамм 83972 был также очень эффективен против других типов бактерий, включая стафилококк - еще одну причину ИМП», - говорит Субаш. «Поэтому использование «хороших» бактерий для борьбы с «плохими» открывает новые возможности лечения и профилактики и не только ИМП».
