Стресс-индуцированное биопленкообразование полирезистентных Escherichia coli, выделенных от животных
Аннотация
Обоснование. Микробиота животных подвергается постоянному воздействию стресс-факторов, включая антибиотики, внешние условия, ограничение питательных веществ. Учитывая распространенность и выраженный адаптационный потенциал Escherichia coli, особую актуальность приобретает способность этих бактерий к биопленкообразованию, которое существенно затрудняет эффективность терапии при инфекционных болезнях, снижая доступность антимикробных средств и повышая устойчивость бактерий к дезинфекционным мерам.
Цель – оценить способность к стресс-индуцированному биопленкообразованию полирезистентных штаммов Escherichia coli, выделенных из различных биотопов сельскохозяйственных животных и диких птиц в условиях моделируемого нутриентного стресса.
Материалы и методы. В работе изучено 77 штаммов Escherichia coli, которые были выделены из образцов, отобранных от крупного рогатого скота (КРС) (n=52), свиней (n=11), диких птиц (n=11) и индеек (n=3). Выделение и идентификацию культур до вида Escherichia coli проводили стандартными микробиологическими методами. Определение биопленкообразующей способности микроорганизмов проводили в модифицированном микропланшетном формате, предложенном Stepanović et al. (2000).
Результаты. Исследование выявило вариабельность в способности к биопленкообразованию у полирезистентных штаммов Escherichia coli, выделенных от животных. Штаммы от КРС и свиней демонстрировали наиболее высокий потенциал: 34,6 % и 27,3 % культур соответственно относились к интенсивным продуцентам биопленки. Культуры, выделенные из смывов со слизистых, формировали биопленки интенсивнее, чем штаммы, выделенные из объектов инфраструктуры. Более 60 % культур были резистентны к аминогликозидам, 70 % к тетрациклинам, 80 % к фторхинолонам. Ключевым результатом явилось стресс-индуцированное усиление биопленкообразования при умеренном нутриентном стрессе (разведение питательной среды 1:2-1:64): у 24 штаммов среднее значение оптической плотности (OD) возросло на 15-20 % по сравнению с исходным значением, достигнув максимума 0,372±0,033 при разведении 1:32. Однако при сильном обеднении среды (≥1:128) способность к биопленкообразованию резко подавлялась (OD<0,070). Отдельные штаммы сохраняли высокую биопленкообразующую активность даже в экстремальных условиях. Статистический анализ подтвердил значимое влияние степени разведения среды на уровень биопленкообразования (p<0,001), что визуализировано на тепловой карте.
Скачивания
Литература
Антоневский, И. В., Плешакова, В. И., & Лещева, Н. А. (2025). Биопленкообразующая микрофлора в структуре микроорганизмов, выделенных от сельскохозяйственных и домашних животных. Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана, 261(1), 16–24. https://doi.org/10.31588/2413_4201_1883_1_261_16. EDN: https://elibrary.ru/NFFJAC
Артюх, Т. В., Соколова, Т. Н., & Островская, О. Б. (2021). Особенности резистентности клинических изолятов E. coli и C. albicans, образующих биопленку. Вестник Витебского государственного медицинского университета, 20(1), 46–54. https://doi.org/10.22263/2312-4156.2021.1.46. EDN: https://elibrary.ru/HODBXP
Зубарева, В. Д., Иванова, Л. В., Петрова, О. А., & Сидоренко, С. В. (2022). Молекулярные механизмы и генетические детерминанты устойчивости к антибактериальным препаратам у микроорганизмов (обзор). Сельскохозяйственная биология, 57(2), 237–256. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.2.237rus. EDN: https://elibrary.ru/KVCBZO
Кузнецова, М. В., Иванов, А. Б., Петрова, С. К., & Смирнов, В. Ф. (2022). Биопленкообразование Escherichia coli как триггер катетер ассоциированных инфекций мочевыводящих путей. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, (1), 13–25. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.1.2. EDN: https://elibrary.ru/XRZAYM
Матосова, Е. В., & Дробот, Е. И. (2022). Динамика межвидового взаимодействия энтеробактерий в составе бикультуральной биопленки. В Инфекционные болезни в современном мире: эволюция, текущие и будущие угрозы. Сборник трудов XIV Ежегодного Всероссийского Конгресса по инфекционным болезням имени академика В. И. Покровского, Москва, 28–30 марта 2022 года (стр. 111–112). Москва: Общество с ограниченной ответственностью «Медицинское Маркетинговое Агентство». EDN: https://elibrary.ru/PXYOYY
Пилип, Л. В., Коваленко, И. М., Мельник, О. Г., & Савченко, Я. О. (2023). Колиформные бактерии как компоненты биопленок навозных стоков. Юг России: экология, развитие, 18(3), 118–125. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2023-3-118-125. EDN: https://elibrary.ru/FYUFLY
Табакова, Ю. А. (2021). Особенности формирования биопленок лактобациллами. В Биоразнообразие, биоресурсы, вопросы биотехнологии и здоровье населения Северо Кавказского региона (стр. 238–241). EDN: https://elibrary.ru/GIBPQD
Чердакова, В. О., Бряднов, В. С., & Шкиль, Н. Н. (2025). Влияние наночастиц серебра и Биосиб Ацида на биопленки Staphylococcus aureus. Вестник Алтайского государственного аграрного университета, (1), 69–73. https://doi.org/10.53083/1996-4277-2025-243-1-69-73. EDN: https://elibrary.ru/OTWEXA
Alshaikh, S. A., Elsharawy, N. T., El Sokkary, M. M. A., & Barwa, R. (2024). Correlation between antimicrobial resistance, biofilm formation, and virulence determinants in uropathogenic Escherichia coli from Egyptian hospital. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 23(1), 20. https://doi.org/10.1186/s12941-024-00679-2. EDN: https://elibrary.ru/CTTNTH
Del Mazo Monsalvo, I., & Santiago Martínez, M. G. (2024). Microbes produce biofilms to support their communities in nutrient limited environments. Nature Microbiology, 9(7), 1636–1637. https://doi.org/10.1038/s41564-024-01717-7. EDN: https://elibrary.ru/DAPCED
Donlan, R. M. (2000). Role of biofilms in antimicrobial resistance. ASAIO Journal, 46(6), S47–S52. https://doi.org/10.1097/00002480-200011000-00037
Dufour, D., Leung, V., & Lévesque, C. M. (2010). Bacterial biofilm: structure, function, and antimicrobial resistance. Endodontic Topics, 22(1), 2–16. https://doi.org/10.1111/j.1601-1546.2012.00277.x
Gunathilaka, G. U. D. C., Nugegoda, D. B., & Kottawatta, S. A. (2024). Biofilm forming ability, antibiotic resistance and phylogeny of Escherichia coli isolated from extra intestinal infections of humans, dogs, and chickens. Comparative Immunology, Microbiology and Infectious Diseases, 105, 102. https://doi.org/10.1016/j.cimid.2024.102123
Merchel Piovesan Pereira, B., Wang, X., & Tagkopoulos, I. (2021). Biocide induced emergence of antibiotic resistance in Escherichia coli. Frontiers in Microbiology, 12, 640–653. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.640923. EDN: https://elibrary.ru/HEMTSF
Nasrollahian, S., Graham, J. P., & Halaji, M. (2024). A review of the mechanisms that confer antibiotic resistance in pathotypes of E. coli. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 14, 1387–1397. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1387497. EDN: https://elibrary.ru/GZGYKB
Patel, R. (2005). Biofilms and antimicrobial resistance. Clinical Orthopaedics and Related Research, (437), 41–47. https://doi.org/10.1097/00003086-200508000-00009
Qian, W., Li, X., Yang, M., Liu, M., Li, J., & Li, Y. (2022). Relationship between antibiotic resistance, biofilm formation, and biofilm specific resistance in Escherichia coli isolates from Ningbo, China. Infection and Drug Resistance, 15, 2865–2878. https://doi.org/10.2147/IDR.S370869. EDN: https://elibrary.ru/EPPJPL
Rather, M. A., Gupta, K., & Mandal, M. (2021). Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Brazilian Journal of Microbiology, 52(4), 1701–1718. https://doi.org/10.1007/s42770-021-00624-x. EDN: https://elibrary.ru/RBERSO
Stanford, K., Zaheer, R., Klima, C., McAllister, T., Peters, D., Niu, Y. D., & Ralston, B. (2021). Biofilm forming capacity of Escherichia coli isolated from cattle and beef packing plants: relation to virulence attributes, stage of processing, antimicrobial interventions, and heat tolerance. Applied and Environmental Microbiology, 87(23), e01126 21. https://doi.org/10.1128/AEM.01126-21. EDN: https://elibrary.ru/UYPGTT
Stepanović, S., Vuković, D., Hola, V., Di Bonaventura, G., Djukić, S., Ćirković, I., & Ruzicka, F. (2000). A modified microtiter plate test for quantification of staphylococcal biofilm formation. Journal of Microbiological Methods, 40(2), 175–179. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00122-6
References
Antonevsky, I. V., Pleshakova, V. I., & Leshcheva, N. A. (2025). Biofilm forming microflora in the structure of microorganisms isolated from agricultural and domestic animals. Proceedings of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N. E. Bauman, 261(1), 16–24. https://doi.org/10.31588/2413_4201_1883_1_261_16. EDN: https://elibrary.ru/NFFJAC
Artyukh, T. V., Sokolova, T. N., & Ostrovskaya, O. B. (2021). Features of the resistance of clinical isolates of E. coli and C. albicans forming a biofilm. Bulletin of the Vitebsk State Medical University, 20(1), 46–54. https://doi.org/10.22263/2312-4156.2021.1.46. EDN: https://elibrary.ru/HODBXP
Zubareva, V. D., Ivanova, L. V., Petrova, O. A., & Sidorenko, S. V. (2022). Molecular mechanisms and genetic determinants of resistance to antibacterial drugs in microorganisms (review). Agricultural Biology, 57(2), 237–256. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.2.237rus. EDN: https://elibrary.ru/KVCBZO
Kuznetsova, M. V., Ivanov, A. B., Petrova, S. K., & Smirnov, V. F. (2022). Biofilm formation by Escherichia coli as a trigger of catheter associated urinary tract infections. Bulletin of the Perm Federal Research Center, (1), 13–25. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2022.1.2. EDN: https://elibrary.ru/XRZAYM
Matosova, E. V., & Drobot, E. I. (2022). Dynamics of interspecies interaction of enterobacteria in a biculture biofilm. In Infectious diseases in the modern world: evolution, current and future threats. Proceedings of the 14th Annual All Russian Congress on Infectious Diseases named after Academician V. I. Pokrovsky, Moscow, March 28–30, 2022 (pp. 111–112). Moscow: Medical Marketing Agency LLC. EDN: https://elibrary.ru/PXYOYY
Pilip, L. V., Kovalenko, I. M., Melnik, O. G., & Savchenko, Y. O. (2023). Coliform bacteria as components of biofilms in manure effluents. South of Russia: Ecology, Development, 18(3), 118–125. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2023-3-118-125. EDN: https://elibrary.ru/FYUFLY
Tabakova, Yu. A. (2021). Features of biofilm formation by lactobacilli. In Biodiversity, bioresources, biotechnology issues and public health in the North Caucasus region (pp. 238–241). EDN: https://elibrary.ru/GIBPQD
Cherdakova, V. O., Bryadnov, V. S., & Shkil, N. N. (2025). Effect of silver nanoparticles and Biosib Acid on Staphylococcus aureus biofilms. Bulletin of the Altai State Agrarian University, (1), 69–73. https://doi.org/10.53083/1996-4277-2025-243-1-69-73. EDN: https://elibrary.ru/OTWEXA
Alshaikh, S. A., Elsharawy, N. T., El Sokkary, M. M. A., & Barwa, R. (2024). Correlation between antimicrobial resistance, biofilm formation, and virulence determinants in uropathogenic Escherichia coli from Egyptian hospital. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 23(1), 20. https://doi.org/10.1186/s12941-024-00679-2. EDN: https://elibrary.ru/CTTNTH
Del Mazo Monsalvo, I., & Santiago Martínez, M. G. (2024). Microbes produce biofilms to support their communities in nutrient limited environments. Nature Microbiology, 9(7), 1636–1637. https://doi.org/10.1038/s41564-024-01717-7. EDN: https://elibrary.ru/DAPCED
Donlan, R. M. (2000). Role of biofilms in antimicrobial resistance. ASAIO Journal, 46(6), S47–S52. https://doi.org/10.1097/00002480-200011000-00037
Dufour, D., Leung, V., & Lévesque, C. M. (2010). Bacterial biofilm: structure, function, and antimicrobial resistance. Endodontic Topics, 22(1), 2–16. https://doi.org/10.1111/j.1601-1546.2012.00277.x
Gunathilaka, G. U. D. C., Nugegoda, D. B., & Kottawatta, S. A. (2024). Biofilm forming ability, antibiotic resistance and phylogeny of Escherichia coli isolated from extra intestinal infections of humans, dogs, and chickens. Comparative Immunology, Microbiology and Infectious Diseases, 105, 102. https://doi.org/10.1016/j.cimid.2024.102123
Merchel Piovesan Pereira, B., Wang, X., & Tagkopoulos, I. (2021). Biocide induced emergence of antibiotic resistance in Escherichia coli. Frontiers in Microbiology, 12, 640–653. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.640923. EDN: https://elibrary.ru/HEMTSF
Nasrollahian, S., Graham, J. P., & Halaji, M. (2024). A review of the mechanisms that confer antibiotic resistance in pathotypes of E. coli. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 14, 1387–1397. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1387497. EDN: https://elibrary.ru/GZGYKB
Patel, R. (2005). Biofilms and antimicrobial resistance. Clinical Orthopaedics and Related Research, (437), 41–47. https://doi.org/10.1097/00003086-200508000-00009
Qian, W., Li, X., Yang, M., Liu, M., Li, J., & Li, Y. (2022). Relationship between antibiotic resistance, biofilm formation, and biofilm specific resistance in Escherichia coli isolates from Ningbo, China. Infection and Drug Resistance, 15, 2865–2878. https://doi.org/10.2147/IDR.S370869. EDN: https://elibrary.ru/EPPJPL
Rather, M. A., Gupta, K., & Mandal, M. (2021). Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Brazilian Journal of Microbiology, 52(4), 1701–1718. https://doi.org/10.1007/s42770-021-00624-x. EDN: https://elibrary.ru/RBERSO
Stanford, K., Zaheer, R., Klima, C., McAllister, T., Peters, D., Niu, Y. D., & Ralston, B. (2021). Biofilm forming capacity of Escherichia coli isolated from cattle and beef packing plants: relation to virulence attributes, stage of processing, antimicrobial interventions, and heat tolerance. Applied and Environmental Microbiology, 87(23), e01126 21. https://doi.org/10.1128/AEM.01126-21. EDN: https://elibrary.ru/UYPGTT
Stepanović, S., Vuković, D., Hola, V., Di Bonaventura, G., Djukić, S., Ćirković, I., & Ruzicka, F. (2000). A modified microtiter plate test for quantification of staphylococcal biofilm formation. Journal of Microbiological Methods, 40(2), 175–179. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00122-6
Copyright (c) 2026 Igor V. Antonevskiy, Valentina I. Pleshakova, Nadezhda A. Lescheva, Elizaveta V. Frick, Olga V. Minenkova
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
