Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) - это распространенные бактериальные инфекции, 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 подвержены ИМП гораздо больше, 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 включают 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 ББУ E. coli к уротелию, обусловленная мутациями в фимбриальных генах, является критическим фактором в ослаблении этих штаммов.
Длительная колонизация ББУ E. coli, в частности штамма ABU 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. ABU 83972 стал безопасным и эффективным профилактическим средством против ИМП. Предыдущие исследования показали, что этот штамм может конкурировать с UPEC в моче человека. Однако природа этой конкуренции между ABU 83972 и уропатогенами изучена недостаточно хорошо, что и являлось предметом исследования ученых Техасского университета, результаты которого были опубликованы в журнале Infection and Immunity.
Инженерные живые материалы (ИЖМ), интегрирующие живые микроорганизмы в матрицу биоматериала, могут быть использованы для точной доставки микроорганизмов. Живыми компонентами обычно являются бактерии или дрожжи, а неживые компоненты состоят из натуральных или синтетических гидрогелей. Гидрогель поддерживает выживание и рост живых клеток, способствуя диффузии воды, питательных веществ, газов и биомолекул. По этим параметрам ИЖМ напоминают сконструированную биопленку. Исследователи наблюдали, что ИЖM выделяют живые клетки в течение длительных периодов времени из-за пролиферации клеток внутри материала. В данном исследовании авторы проверили, сможет ли ABU 83972, встроенный в ИЖМ, конкурировать с UPEC. В работе были рассмотрены важнейшие вопросы конкурентоспособности ABU 83972 против уропатогенов, изучены роль среды, плотность клеток, непрерывное пополнение питательных веществ, колонизация и относительная пригодность для мочевыводящих путей мышей, а также выделение из ИЖМ.
Ученые охарактеризовали кинетику роста ABU 83972 и уропатогенов в моче человека и лабораторных средах. Затем они провели серию конкурентных экспериментов по совместному культивированию, в которых ABU 83972 и уропатогены инокулировались в соотношении 1:1 в моче человека и в различных средах, и определяли их относительную численность. В моче человека ABU 83972 превосходил UPEC и другие уропатогены, достигая 90% общей популяции после 24 часов инкубации. В отличие от этого, UPEC превосходили ABU 83972 в минимальных средах LB и M9 и демонстрировали более высокую колонизацию, чем ABU 83972, в мочевом пузыре мыши.
Поскольку ИЖМ могут быть использованы для удержания интересующего организма в определенном месте, авторы разработали ИЖМ, содержащие ABU 83972, которые эффективно побеждали UPEC в моче человека. В целом, данная работа показала, что ABU 83972 конкурирует с UPEC в зависимости от среды и плотности клеток, подчеркивая важность метаболитов и питательных веществ, содержащихся в моче человека, как факторов, определяющих конкурентную пригодность ABU 83972.
Необходимы дальнейшие исследования для определения механизмов, включая роль метаболитов в моче человека и систем поглощения бактериями питательных веществ, которые позволяют ABU 83972 успешно конкурировать с уропатогенами. Для разработки новых стратегий борьбы с ИМП крайне важно понять механизмы, связанные с подавлением уропатогенов с помощью ABU 83972. Более того, оценка инкапсулированных в ИЖМ ABU 83972 для профилактики ИМП является важным следующим шагом для использования конкурентных преимуществ этого штамма E. coli, полученного из мочевыводящих путей человека и обладающего пробиотикоподобными свойствами.
