RU2457254C1 - Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm - Google Patents

Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm Download PDF

Info

Publication number
RU2457254C1
RU2457254C1 RU2011106708/10A RU2011106708A RU2457254C1 RU 2457254 C1 RU2457254 C1 RU 2457254C1 RU 2011106708/10 A RU2011106708/10 A RU 2011106708/10A RU 2011106708 A RU2011106708 A RU 2011106708A RU 2457254 C1 RU2457254 C1 RU 2457254C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasound
biofilm
luminescence
bacteria
antibiotics
Prior art date
Application number
RU2011106708/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Сергеевич Сазыкин (RU)
Иван Сергеевич Сазыкин
Марина Александровна Сазыкина (RU)
Марина Александровна Сазыкина
Владимир Анатольевич Чистяков (RU)
Владимир Анатольевич Чистяков
Владимир Сергеевич Лысенко (RU)
Владимир Сергеевич Лысенко
Original Assignee
Российская Федерация, в лице которой выступает Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, в лице которой выступает Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" filed Critical Российская Федерация, в лице которой выступает Министерство образования и науки Российской Федерации
Priority to RU2011106708/10A priority Critical patent/RU2457254C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2457254C1 publication Critical patent/RU2457254C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: clinical effectiveness is estimated on an simulation model and provides creating a model of bacterial biofilm grown on biolumenescent bacteria Vibrio fischeri. The biofilm is exposed to antibiotics and ultrasound to estimate an antimicrobial effect. The bacterial viability variation may be controlled by varying luminous intensity of the biolumenescent bacteria with using devices, e.g. lumen meters. The antimicrobial effect is estimated by a degree of luminous intensity inhibition as compared to the reference.
EFFECT: method may be applicable in pre-clinical experiments to specify the effective method of treating chronic bacterial infections complicated by bacterial biofilm formation, reduced costs and labour inputs of experiments.
25 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к экспериментальной медицине и биотехнологии и может быть использовано при определении эффективных мер лечения хронических инфекционных заболеваний человека в условиях моделирования в доклинических экспериментах.The invention relates to experimental medicine and biotechnology and can be used to determine effective measures for the treatment of chronic infectious diseases in humans under modeling conditions in preclinical experiments.

Микробные биопленки ответственны за этиологию и патогенез многих острых и, особенно, хронических бактериальных инфекций человека. К этим инфекциям относятся хронический риносинусит, пародонтит, кариес, воспаление среднего уха, муковисцидоз, бактериальный простатит, инфекционный эндокардит, инфекции мочевыводящих путей, минингококковая болезнь. Подобные инфекционные заболевания могут быть вызваны не одним видом бактерий, а целым их сообществом. Биопленки представляют собой трехмерные упорядоченные структуры, которые проявляют высокую устойчивость к физическим и химическим воздействиям, в том числе к антибиотикам, сульфаниламидным препаратам, нитрофуранам и другим современным лекарствам. Очень часто бактериальные биопленки развиваются на медицинских имплантатах. По мнению многих исследователей, свыше 60% всех внутрибольничных инфекций происходит в результате деятельности микроорганизмов, находящихся в биопленках. Например, инфекции, связанные с катетеризацией сосудов, чаще всего вызываются Staphylococcus aureus и другими грамположительными микроорганизмами.Microbial biofilms are responsible for the etiology and pathogenesis of many acute and especially chronic bacterial infections of humans. These infections include chronic rhinosinusitis, periodontitis, tooth decay, middle ear inflammation, cystic fibrosis, bacterial prostatitis, infectious endocarditis, urinary tract infections, and miningococcal disease. Such infectious diseases can be caused not by one type of bacteria, but by their entire community. Biofilms are three-dimensional ordered structures that exhibit high resistance to physical and chemical influences, including antibiotics, sulfa drugs, nitrofurans, and other modern drugs. Very often, bacterial biofilms develop on medical implants. According to many researchers, over 60% of all nosocomial infections occur as a result of the activity of microorganisms in biofilms. For example, infections associated with vascular catheterization are most often caused by Staphylococcus aureus and other gram-positive microorganisms.

Эксперименты и клинические исследования показали, что достаточно эффективным средством сенсибилизации биопленок к антимикробным агентам может быть обработка ультразвуком.Experiments and clinical studies have shown that sonication can be a fairly effective means of sensitizing biofilms to antimicrobial agents.

Известен способ воздействия низкочастотным ультразвуком, который применяется в сочетании с различными антимикробными препаратами для лечения бактериальных инфекций, связанных с образованием биопленок. (Bartley, J. Ultrasound as a treatment for chronic rhinosinusitis. [Текст] / J.Bartley, D.Young // Med. Hypotheses. - 2009. - V.73. №1. - P.15-17.) [1]. Биоакустический эффект проявляется в уменьшении жизнеспособности бактерий в биопленках в результате одновременного воздействия низкочастотного ультразвука и антимикробных препаратов.A known method of exposure to low-frequency ultrasound, which is used in combination with various antimicrobial agents for the treatment of bacterial infections associated with the formation of biofilms. (Bartley, J. Ultrasound as a treatment for chronic rhinosinusitis. [Text] / J. Bartley, D. Young // Med. Hypotheses. - 2009. - V.73. No. 1. - P.15-17.) [ one]. The bioacoustic effect is manifested in a decrease in the viability of bacteria in biofilms as a result of simultaneous exposure to low-frequency ultrasound and antimicrobial agents.

Серьезной проблемой в хирургии являются инфекции, связанные с протезированием. Для борьбы с ними используются костные цемента, обработанные антибиотиками.Serious problems in surgery are infections associated with prosthetics. To combat them, bone cement treated with antibiotics is used.

Известен способ воздействия комбинации низкочастотного ультразвука и антибиотиков для снижения жизнеспособности планктонных форм бактерий и бактериальных биопленок в костном цементе, применяемом для постоянной фиксации суставов. (Ensing, G.T. The combination of ultrasound with antibiotics released from bone cement decreases the viability of planktonic and biofilm bacteria: an in vitro study with clinical strains [Текст] / G.T. Ensing, D. Neut, J.R. van Horn, H.C. van der Met, H.J. Busscher // J. Antimicrob. Chemother. - 2006. - V.58. - №6. P.1287-1290.) [2]. В результате обработки бактерий Escherichia coli ATCC 10798, Staphylococcus aureus 7323, стафилококков (CoNS 7368 и CoNS 7391), Pseudomonas aeruginosa 5148 (планктонных форм и в виде биопленок) пульсирующим ультразвуком в комбинации с антибиотиками в костном цементе (время обработки пульсирующим ультразвуком составило 40 часов) был сделан вывод о том, что сам по себе низкочастотный ультразвук не затрагивает жизнеспособность бактерий. Однако в комбинации с антибиотиками он существенно снижает жизнеспособность как планктонных форм бактерий, так и бактериальных биопленок.A known method of exposure to a combination of low-frequency ultrasound and antibiotics to reduce the viability of planktonic forms of bacteria and bacterial biofilms in bone cement, used for permanent fixation of joints. (Ensing, GT The combination of ultrasound with antibiotics released from bone cement decreases the viability of planktonic and biofilm bacteria: an in vitro study with clinical strains [Text] / GT Ensing, D. Neut, JR van Horn, HC van der Met, HJ Busscher // J. Antimicrob. Chemother. - 2006. - V. 58. - No. 6. P.1287-1290.) [2]. As a result of treatment of bacteria Escherichia coli ATCC 10798, Staphylococcus aureus 7323, staphylococci (CoNS 7368 and CoNS 7391), Pseudomonas aeruginosa 5148 (planktonic and biofilm forms) with pulsating ultrasound in combination with antibiotics in bone cement for 40 hours ) it was concluded that low frequency ultrasound alone does not affect bacterial viability. However, in combination with antibiotics, it significantly reduces the viability of both planktonic forms of bacteria and bacterial biofilms.

Известен способ эндопротезирования крупных суставов (RU 2218886, МПК7 A61B 17/56, A61N 7/00; опубл. 2003.12.20) [3], заключающийся в том, что на этапе рассечения тканей, резекции частей сустава и обработки вертлужной впадины осуществляют контактный гемостаз с помощью ультразвука. После обработки вертлужной впадины в ней формируют отверстия ультразвуком. Затем вертлужную впадину заполняют раствором антисептика или антибиотика, погружают рабочий торец инструмента в раствор и осуществляют очистку поверхности и кавитационный гемостаз. После удаления жидкости осуществляют ультразвуковую фрагментарную сушку поверхности костного ложа для цементирования и установки тазового компонента эндопротеза. Перед установкой бедренной части эндопротеза и ее цементированием костномозговой канал заполняют антисептиком или антибиотиком. Погружают рабочий торец инструмента в раствор и осуществляют очистку канала и кавитационный гемостаз.A known method of arthroplasty of large joints (RU 2218886, IPC 7 A61B 17/56, A61N 7/00; publ. 2003.12.20) [3], which consists in the fact that at the stage of dissection of tissues, resection of parts of the joint and processing of the acetabulum carry out contact ultrasound hemostasis. After processing the acetabulum, holes are formed in it with ultrasound. Then the acetabulum is filled with a solution of an antiseptic or antibiotic, the working end of the instrument is immersed in the solution and the surface is cleaned and cavitation hemostasis is performed. After fluid removal, ultrasonic fragmentary drying of the bone bed surface is carried out for cementing and installing the pelvic component of the endoprosthesis. Before installing the femoral part of the endoprosthesis and its cementing, the bone marrow canal is filled with an antiseptic or antibiotic. The working end of the instrument is immersed in the solution and the channel is cleaned and cavitation hemostasis is performed.

В известном способе установлена перспективность использования комбинации антибиотиков и пульсирующего ультразвука в клинической практике для предотвращения или лечения инфекций, связанных с протезированием.The known method has established the promise of using a combination of antibiotics and pulsating ultrasound in clinical practice to prevent or treat infections associated with prosthetics.

Известен способ исследования влияния низкочастотного ультразвука на повышение эффективности антибиотического воздействия гентамицина на грамотрицательные бактерии. (Pitt, W.G. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram-negative bacteria [Текст] / W.G.Pitt, M.O.McBride, J.K.Lunceford, R.J.Roper, R.D.Sagers // Antimicrob. Agents Chemother. - 1994. - V.38. - №11. - P.2577-2582.) [4]. Результаты исследований были рекомендованы для использования в клинической практике при лечении инфекций, устойчивых к антибиотикам на медицинских имплантатах.A known method of studying the effect of low-frequency ultrasound on increasing the effectiveness of the antibiotic effects of gentamicin on gram-negative bacteria. (Pitt, WG Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram-negative bacteria [Text] / WGPitt, MOMcBride, JK Lunceford, RJRoper, RDSagers // Antimicrob. Agents Chemother. - 1994. - V.38. - No. 11 . - P.2577-2582.) [4]. The research results were recommended for use in clinical practice in the treatment of antibiotic-resistant infections on medical implants.

Известен способ лечения острого панкреатита (RU 2119769, МПК6 A61B 17/00, A61N 7/00, A61K 31/505, A61K 38/55; опубл. 1998.10.10) [5], заключающийся в том, что после вскрытия брюшной полости из сальниковой сумки формируют изолированную полость. Заполняют полость раствором ингибиторов протеаз. Через раствор обрабатывают поджелудочную железу и забрюшинную клетчатку низкочастотным ультразвуком. Обработанную жидкость заменяют раствором 5-фторурацила с антибиотиками. Повторно воздействуют ультразвуком. Процедуру повторяют 1 раз в сутки в течение 3-5 дней. Способ позволяет сократить сроки лечения острого панкреатита за счет интенсификации лекарственного и физического воздействия.A known method of treating acute pancreatitis (RU 2119769, IPC 6 A61B 17/00, A61N 7/00, A61K 31/505, A61K 38/55; publ. 1998.10.10) [5], which consists in the fact that after opening the abdominal cavity an insulated cavity is formed from the stuffing bag. Fill the cavity with a solution of protease inhibitors. Through the solution, the pancreas and retroperitoneal tissue are treated with low-frequency ultrasound. The treated liquid is replaced with a solution of 5-fluorouracil with antibiotics. Repeatedly exposure to ultrasound. The procedure is repeated 1 time per day for 3-5 days. The method allows to reduce the treatment time for acute pancreatitis due to the intensification of drug and physical effects.

Известен способ лечения аденоидита у детей (RU 2087166, МПК A61N 7/00; опубл. 1997.08.20) [6] путем нанесения на область верхнего шейного бокового лимфатического узла I порядка для носоглоточной миндалины, расположенного позади наружного слухового прохода, 3-5% мази, содержащей антибиотик, и воздействия на эту область ультразвуком поочередно с обеих сторон.A known method of treating adenoiditis in children (RU 2087166, IPC A61N 7/00; publ. 1997.08.20) [6] by applying to the region of the upper cervical lateral lymph node of the first order for the nasopharyngeal tonsil located behind the external auditory canal, 3-5% ointments containing an antibiotic, and exposure to this area with ultrasound alternately on both sides.

Ученые отмечают, что воздействие ультразвуком усиливает эффективность антибиотического воздействия, однако механизмы этого процесса все еще не выяснены окончательно. Предполагается, что воздействие ультразвуком увеличивает норму антибиотического транспорта к бактериальным клеткам, улучшает проницаемость бактериальных мембран. Пульсирующий ультразвук столь же эффективен, как и непрерывный. Слабая изученность действия ультразвука на бактериальную клетку не позволяет более точно указать механизмы наблюдаемых явлений. Очевидно, что их исследование является одной из актуальных задач современной микробиологии.Scientists note that exposure to ultrasound enhances the effectiveness of antibiotic exposure, however, the mechanisms of this process are still not fully understood. It is assumed that exposure to ultrasound increases the rate of antibiotic transport to bacterial cells, improves the permeability of bacterial membranes. Pulsating ultrasound is as effective as continuous. Poor knowledge of the effect of ultrasound on a bacterial cell does not allow us to more accurately indicate the mechanisms of the observed phenomena. Obviously, their study is one of the urgent tasks of modern microbiology.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изучения на кролике комплексного воздействия аминогликозидных антибиотиков и низкочастотного ультразвука (Rediske. A.M. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on Escherichia coli biofilms: an in vivo model [Текст] / A.M.Rediske, B.L.Roeder, M.K.Brown, J.L.Nelson, R.L.Robison, D.O.Draper, G.B.Schaalje, R.A.Robison, W.G. Pitt // Antimicrob Agents Chemother. - 1999. - V.43. - №5. - P.1211-1214) [7], принимаемый за прототип. В известном способе биопленку из патогенных микроорганизмов помещают на полиэтиленовый диск и хирургическим путем внедряют в организм белого кролика. Совместное воздействие на кролика низкочастотного ультразвука и антибиотика (гентамицина) по показателям его самочувствия позволило определить некоторые закономерности. Было показано, что воздействие ультразвука вызывает снижение жизнеспособности бактериальных биопленок (Escherichia coli ATCC 10798) только в случае наличия антибиотика. Способ подтвердил возможности совместного действия ультразвука и гентамицина в клинической практике. Недостатками способа являются манипуляции с животным, хирургическое вмешательство в его организм с использованием хирургических инструментов и нанесением ему операционных травм. Это сложно, дорого, трудоемко, а также может вызвать побочные эффекты (например, образование гнойных абсцессов), ослабление организма животного и даже его гибель.Closest to the claimed invention is a method for studying on a rabbit the complex effects of aminoglycoside antibiotics and low-frequency ultrasound (Rediske. AM Ultrasonic enhancement of antibiotic action on Escherichia coli biofilms: an in vivo model [Text] / AMRediske, BLRoeder, MKBrown, JLNelson , RLRobison, DODraper, GBSchaalje, RARobison, WG Pitt // Antimicrob Agents Chemother. - 1999. - V.43. - No. 5. - P.1211-1214) [7], taken as a prototype. In the known method, a biofilm of pathogenic microorganisms is placed on a polyethylene disk and surgically introduced into the body of a white rabbit. The combined effect on the rabbit of low-frequency ultrasound and an antibiotic (gentamicin) by indicators of his well-being made it possible to determine some patterns. It was shown that exposure to ultrasound causes a decrease in the viability of bacterial biofilms (Escherichia coli ATCC 10798) only in the presence of an antibiotic. The method confirmed the possibility of the combined action of ultrasound and gentamicin in clinical practice. The disadvantages of the method are manipulation of the animal, surgical intervention in his body using surgical instruments and causing him surgical injuries. It is difficult, expensive, time-consuming, and can also cause side effects (for example, the formation of purulent abscesses), weakening of the animal's body and even its death.

Задачей заявляемого изобретения является замена экспериментов на животных для определения эффективных мер лечения хронических инфекционных заболеваний, экспериментами на модели бактериальной биопленки, выращенной из биолюминесцентных бактерий, патогенные свойства которых идентичны для микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания.The objective of the invention is the replacement of animal experiments to determine effective treatment of chronic infectious diseases, experiments on a model of bacterial biofilm grown from bioluminescent bacteria, the pathogenic properties of which are identical for microorganisms that cause infectious diseases.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение затрат, трудоемкости, повышение безопасности за счет проведения оценки эффективности мер лечения хронических инфекционных заболеваний не над животными, а на модели бактериальной биопленки, выращенной из биолюминесцентных бактерий, патогенные свойства которых идентичны для микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания. В этом случае снижение жизнеспособности бактерий под воздействием физических и химических факторов, например, ультразвука и антибиотиков, можно контролировать по снижению интенсивности их свечения с помощью приборов, например, люминометров.The technical result of the claimed invention is to reduce costs, complexity, increase safety by assessing the effectiveness of treatment of chronic infectious diseases not on animals, but on a model of a bacterial biofilm grown from bioluminescent bacteria, the pathogenic properties of which are identical for microorganisms that cause infectious diseases. In this case, a decrease in the viability of bacteria under the influence of physical and chemical factors, for example, ultrasound and antibiotics, can be controlled by reducing the intensity of their glow with the help of devices, for example, luminometers.

Поставленный результат достигается тем, что в известном способе оценки эффективности антимикробного воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на патогенные бактерии, существующие в форме биопленки, заключающемся в создании модели бактериальной биопленки, подборе доз воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на бактериальную биопленку, регистрации и оценке антимикробного эффекта, согласно изобретению в качестве модели бактериальной биопленки используют биопленку биолюминесцентных бактерий, которую выращивают из биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, имитирующих морфологические, физиологические и биохимические свойства, аналогичные патогенным бактериям, при этом регистрацию воздействия антибиотиков и ультразвука на биопленку проводят путем измерения интенсивности свечения биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, а антимикробный эффект оценивают по степени подавления интенсивности свечения по сравнению с контролем.The stated result is achieved by the fact that in the known method for evaluating the effectiveness of the antimicrobial effect of antibiotics and ultrasonic radiation on pathogenic bacteria existing in the form of a biofilm, which consists in creating a model of a bacterial biofilm, selecting doses of the effect of antibiotics and ultrasonic radiation on a bacterial biofilm, recording and evaluating the antimicrobial effect, according to the invention, as a model of a bacterial biofilm, a biofilm of bioluminescent bacteria is used, which is grown they are removed from Vibrio fischeri bioluminescent bacteria that mimic morphological, physiological and biochemical properties similar to pathogenic bacteria, and the effect of antibiotics and ultrasound on the biofilm is recorded by measuring the luminescence intensity of Vibrio fischeri bioluminescent bacteria, and the antimicrobial effect is estimated by the degree of suppression of luminescence control.

Образование биопленок характерно для многих микроорганизмов. В ходе исследований было установлено, что основные механизмы формирования биопленок, а также системы регуляции этого процесса, существующие у патогенных микроорганизмов, сходны с таковыми у морской люминесцентной бактерии Vibrio fischeri. Бактерии рода Vibrio способны образовывать биопленки, имеющие типичные морфологические, физиологические и биохимические параметры, аналогичные патогенным микроорганизмам, что объединяет Vibrio fischeri с патогенными вибрионами. Это позволяет использовать выращенную из клеток микроорганизма Vibrio fischeri биопленку в качестве имитационной модели для изучения воздействия физических и химических факторов на патогенные виды бактерий. Существенное преимущество Vibrio fisheri состоит в том, что образование биопленки сопровождается у него резким усилением свечения, а воздействие физических и химических факторов, например ультразвукового излучения и антибиотиков, фиксируется изменением свечения, что позволяет регистрировать соответствующие процессы в режиме реального времени. Таким образом, на модели биопленки, выращенной из бактерии Vibrio fischeri, можно регистрировать и оценивать антибактериальное действие физических и химических факторов, например ультразвукового излучения и антибиотиков на патогенные виды бактерий, что значительно упростит и ускорит процесс выбора оптимального лечения.The formation of biofilms is characteristic of many microorganisms. In the course of studies, it was found that the main mechanisms of biofilm formation, as well as the regulatory systems of this process that exist in pathogenic microorganisms, are similar to those in the marine luminescent bacteria Vibrio fischeri. Bacteria of the genus Vibrio are able to form biofilms with typical morphological, physiological and biochemical parameters similar to pathogenic microorganisms, which combines Vibrio fischeri with pathogenic vibrios. This allows the use of biofilm grown from the cells of the microorganism Vibrio fischeri as a simulation model to study the effects of physical and chemical factors on pathogenic bacterial species. A significant advantage of Vibrio fisheri is that the formation of a biofilm is accompanied by a sharp increase in luminescence, and the influence of physical and chemical factors, such as ultrasound radiation and antibiotics, is recorded by a change in luminescence, which allows recording the corresponding processes in real time. Thus, on the model of a biofilm grown from the Vibrio fischeri bacterium, it is possible to record and evaluate the antibacterial effect of physical and chemical factors, for example, ultrasonic radiation and antibiotics on pathogenic bacteria, which will greatly simplify and speed up the process of choosing the optimal treatment.

Способ оценки эффективности антимикробного воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на патогенные бактерии, существующие в форме биопленки, иллюстрируется чертежами.A method for evaluating the effectiveness of the antimicrobial effects of antibiotics and ultrasonic radiation on pathogenic bacteria existing in the form of biofilms is illustrated by the drawings.

На фиг.1 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление тетрациклина (конечная концентрация в среде 1,62 мкг/мл).Figure 1 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of tetracycline (final concentration in the medium of 1.62 μg / ml).

На фиг.2 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление тетрациклина (конечная концентрация в среде 0,44 мкг/мл).Figure 2 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of tetracycline (final concentration in the medium of 0.44 μg / ml).

На фиг.3 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление тетрациклина (конечная концентрация в среде 0,032 мкг/мл).Figure 3 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of tetracycline (final concentration in the medium of 0.032 μg / ml).

На фиг.4 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление тетрациклина (конечная концентрация в среде 0,0012 мкг/мл).Figure 4 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of tetracycline (final concentration in the medium of 0.0012 μg / ml).

На фиг.5 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 1,62 мкг/мл).Figure 5 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 1.62 μg / ml).

На фиг.6 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,44 мкг/мл).Figure 6 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.44 μg / ml).

На фиг.7 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,032 мкг/мл).Figure 7 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.032 μg / ml).

На фиг.8 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,0012 мкг/мл).On Fig shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.0012 μg / ml).

На фиг.9 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 1,0 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.Figure 9 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 1.0 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.10 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,5 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.Figure 10 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.5 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.11 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,25 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.Figure 11 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.25 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.12 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,1 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.12 is a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.1 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.13 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri(начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,05 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.Figure 13 shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.05 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.14 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) на добавление хлорамфеникола (конечная концентрация в среде 0,025 мкг/мл) и обработку ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.On Fig shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) to the addition of chloramphenicol (final concentration in the medium of 0.025 μg / ml) and sonication after 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.15 приведен график биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri (начальное количество клеток в 1 мл среды составляет 105) без добавление хлорамфеникола без- и с обработкой ультразвуком через 5,5 часов после начала культивирования.On Fig shows a graph of the bioluminescent response of Vibrio fischeri (the initial number of cells in 1 ml of medium is 10 5 ) without adding chloramphenicol without and with ultrasound treatment 5.5 hours after the start of cultivation.

На фиг.16 приведен кадр люминесценции образцов культуры светящихся бактерий, полученных на начальном (15 час после посева) этапе формирования биопленки.Figure 16 shows the luminescence frame of the culture samples of luminous bacteria obtained at the initial (15 hours after seeding) stage of biofilm formation.

Негативное изображение.Negative image.

На фиг.17 приведен кадр люминесценции образцов культуры светящихся бактерий, наблюдаемая на 19 ч культивации. Негативное изображение.On Fig shows the luminescence frame of the samples of the culture of luminous bacteria, observed at 19 hours of cultivation. Negative image.

На фиг.18 приведен кадр люминесценции образцов культуры светящихся бактерий, наблюдаемая к 22 ч культивации. Негативное изображение.On Fig shows a luminescence frame of samples of a culture of luminous bacteria, observed at 22 hours of cultivation. Negative image.

На фиг.19 приведен кадр люминесценции образцов культуры светящихся бактерий, наблюдаемая к 26 ч культивации. Негативное изображение.Figure 19 shows a luminescence frame of a culture sample of luminous bacteria observed at 26 hours of cultivation. Negative image.

На фиг.20 приведен график кинетической кривой люминесценции бактериальных культур, подвергшихся 60-минутной обработке ультразвуком непосредственно в установке видеорегистрации. Проба 1 - суспензионная культура бактерий в жидкой среде (в фазе спада люминесценции), проба 2 - влажная бактериальная биопленка на поверхности стекла (фаза роста люминесценции).Figure 20 shows a graph of the kinetic curve of the luminescence of bacterial cultures that underwent a 60-minute ultrasound treatment directly in the installation of video recording. Sample 1 - suspension culture of bacteria in a liquid medium (in the luminescence decay phase), sample 2 - wet bacterial biofilm on the glass surface (luminescence growth phase).

↑УЗ, ↓УЗ - включение и выключение генератора ультразвука.↑ Ultrasound, ↓ Ultrasound - turning on and off the ultrasound generator.

На фиг.21 приведен график кинетической кривой люминесценции бактериальных культур, подвергшихся 60-минутной обработке ультразвуком пониженной мощности непосредственно в установке видеорегистрации. Проба 1 - суспензионная культура бактерий в жидкой среде, проба 2 - влажная бактериальная биопленка на поверхности стекла.On Fig shows a graph of the kinetic curve of the luminescence of bacterial cultures subjected to a 60-minute treatment with ultrasound reduced power directly in the installation of video recording. Sample 1 - suspension culture of bacteria in a liquid medium, sample 2 - wet bacterial biofilm on the glass surface.

↑УЗ, ↓УЗ - включение и выключение генератора ультразвука.↑ Ultrasound, ↓ Ultrasound - turning on and off the ultrasound generator.

На фиг.22 приведен график динамики люминесценции проб, подвергшихся комбинированному воздействию ультразвука (длительное воздействие) и подпороговых доз антибиотика. Полная временная шкала. Проба a - без антибиотика, проба b - 0,25 мкг/мл хлорамфеникола.On Fig is a graph of the dynamics of the luminescence of samples subjected to the combined effects of ultrasound (prolonged exposure) and subthreshold doses of the antibiotic. Full timeline. Sample a - without antibiotic, sample b - 0.25 μg / ml chloramphenicol.

На фиг.23 приведен график динамики люминесценции проб, подвергшихся комбинированному воздействию ультразвука (длительное воздействие) и подпороговых доз антибиотика. Проба a - без антибиотика, проба b - 0,25 мкг/мл хлорамфеникола. Период индукции свечения. Кинетику люминесценции в полной временной шкале см. фиг.11.On Fig shows a graph of the dynamics of the luminescence of samples subjected to the combined effects of ultrasound (prolonged exposure) and subthreshold doses of the antibiotic. Sample a - without antibiotic, sample b - 0.25 μg / ml chloramphenicol. Glow induction period. The luminescence kinetics in the full time scale, see Fig.11.

На фиг.24 приведен график влияния 60-минутной обработки ультразвуком на кинетику люминесценции бактерий, обработанных и необработанных подпороговыми дозами антибиотика. 1 - влажная бактериальная биопленка на стекле, обработанная антибиотиком (0,25 мкг/мл хлорамфеникол); 2 - проба в жидкой питательной среде без антибиотика; 3 - проба в жидкой питательной среде с антибиотиком. Показана полная временная шкала эксперимента.24 is a graph of the effect of a 60-minute sonication on the kinetics of the luminescence of bacteria treated and untreated with subthreshold doses of the antibiotic. 1 - wet bacterial biofilm on glass treated with an antibiotic (0.25 μg / ml chloramphenicol); 2 - sample in a liquid nutrient medium without antibiotic; 3 - sample in a liquid nutrient medium with an antibiotic. The full timeline of the experiment is shown.

На фиг.25 приведен график влияния 60-минутной обработки ультразвуком на кинетику люминесценции бактерий, обработанных и необработанных подпороговыми дозами антибиотика. 1 - влажная бактериальная биопленка на стекле, обработанная антибиотиком (0,25 мкг/мл хлорамфеникола); 2 - проба в жидкой питательной среде без антибиотика; 3 - проба в жидкой питательной среде с антибиотиком. Показана ограниченная временная шкала на участке воздействия ультразвуком.On Fig shows a graph of the effect of a 60-minute treatment with ultrasound on the kinetics of the luminescence of bacteria, treated and untreated subthreshold doses of the antibiotic. 1 - wet bacterial biofilm on glass treated with an antibiotic (0.25 μg / ml chloramphenicol); 2 - sample in a liquid nutrient medium without antibiotic; 3 - sample in a liquid nutrient medium with an antibiotic. A limited timeline is shown at the ultrasound exposure site.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В качестве имитационной модели для изучения воздействия антибиотиков и ультразвука на патогенные микроорганизмы, существующие в форме биопленки, можно использовать биопленки любых биолюминесцирующих бактерий рода Vibrio. В данном случае была использована биопленка, формируемая клетками люминесцирующей бактерии Vibrio fisheri, выделенной из воды Черного моря. Для исследования чувствительности биопленок к воздействиям антибиотиков были использованы тетрациклин и хлорамфеникол. Механизм действия этих препаратов на бактерии детально изучен. Они неспецифически подавляют синтез белка, взаимодействуя с рибосомами. Подобный механизм действия характерен для большинства антибиотиков, в том числе и для более современных. Микроорганизм Vibrio fischeri чувствителен к обоим препаратам, что позволяет использовать его в качестве экспериментальной имитационной модели. Для усиления воздействия антибиотиков использовался ультразвук. В качестве источника ультразвукового излучения был использован ультразвуковой генератор, дающий колебания с частотой 44,5 кГц. Такими частотными характеристиками обладает большинство современных устройств для разрушения биопленок. Для исследования люминесценции бактерий использовался микропланшетный люминометр LM-01T (Immunotech).As a simulation model for studying the effects of antibiotics and ultrasound on pathogenic microorganisms existing in the form of biofilms, one can use biofilms of any bioluminescent bacteria of the genus Vibrio. In this case, a biofilm formed by the cells of the luminescent bacterium Vibrio fisheri isolated from the Black Sea water was used. To study the sensitivity of biofilms to the effects of antibiotics, tetracycline and chloramphenicol were used. The mechanism of action of these drugs on bacteria has been studied in detail. They non-specifically inhibit protein synthesis by interacting with ribosomes. A similar mechanism of action is characteristic of most antibiotics, including more modern ones. The microorganism Vibrio fischeri is sensitive to both drugs, which allows it to be used as an experimental simulation model. Ultrasound was used to enhance the effect of antibiotics. An ultrasonic generator was used as a source of ultrasonic radiation, giving oscillations with a frequency of 44.5 kHz. These frequency characteristics have the majority of modern devices for the destruction of biofilms. To study the luminescence of bacteria, an LM-01T microplate luminometer (Immunotech) was used.

Штамм Vibrio fischeri выращивали на жидкой среде Луриа-Бертани (LB) (пептон - 10 г, дрожжевой экстракт - 5 г, хлористый натрий - 10 г на 1 л раствора; рН 7.0) в присутствии 3% NaCl. В случае использования агаризованной среды LB в ее состав добавлялся микробиологический агар в количестве 20 г/л. Выращивание бактерий проводили при температуре 25°C.The Vibrio fischeri strain was grown in Luria-Bertani (LB) liquid medium (peptone - 10 g, yeast extract - 5 g, sodium chloride - 10 g per 1 liter of solution; pH 7.0) in the presence of 3% NaCl. In the case of using LB agar medium, microbiological agar in the amount of 20 g / l was added to its composition. Bacteria were grown at a temperature of 25 ° C.

Для изучения биолюминесцентного ответа Vibrio fischeri при воздействии антибиотиков были приготовлены растворы хлорамфеникола и тетрациклина различных концентраций в этаноле.To study the bioluminescent response of Vibrio fischeri when exposed to antibiotics, solutions of chloramphenicol and tetracycline in various concentrations in ethanol were prepared.

Пример 1. Измерение биолюминесцентного «ответа» штамма Vibrio fischeri при различной концентрации антибиотиковExample 1. Measurement of the bioluminescent "response" of the strain Vibrio fischeri at different concentrations of antibiotics

Выращивали ночную культуру Vibrio fischeri на жидкой питательной среде LB с 3% NaCl при температуре 25°C.Vibrio fischeri night culture was grown on LB liquid medium with 3% NaCl at 25 ° C.

Готовили суспензию штамма Vibrio fischeri с использованием стандарта мутности в 10 единиц (концентрация микробных клеток в 1 млрд) и десятикратные серийные разведения (по 4 разведения включительно) в жидкой питательной среде LB с 3% NaCl. В дальнейшей работе использовали 4 разведение (105 КОЕ/мл). В лунки планшета для люминометра вносили по 195 мкл суспензии Vibrio fischeri и подращивали в течение 13-17 часов при температуре 25°C. В часть лунок, которая служила контролем, добавляли 5 мкл этанола, а в другие лунки (в трехкратной повторности) вносили по 1,62 мкг/мл, 0,44 мкг/мл, 0,032 мкг/мл, 0,0012 мкг/мл растворов антибиотиков в этаноле. Сразу же после внесения антибиотиков, пробы с клетками Vibrio fischeri помещали в люминометр и каждые 20 минут измеряли интенсивность биолюминесценции клеточной суспензии. Инкубацию проб проводили при комнатной температуре. После окончания внесения антибиотиков (26 ч) измерения продолжали еще 16 ч. Единицы измерения интенсивности биолюминесценции - условные единицы.A suspension of the Vibrio fischeri strain was prepared using a turbidity standard of 10 units (microbial cell concentration of 1 billion) and ten-fold serial dilutions (4 dilutions inclusive) in LB liquid medium with 3% NaCl. In further work, 4 dilutions (10 5 CFU / ml) were used. 195 μl of Vibrio fischeri suspension was added to the wells of the luminometer plate and grown for 13-17 hours at 25 ° C. 5 μl of ethanol was added to the part of the wells that served as a control, and 1.62 μg / ml, 0.44 μg / ml, 0.032 μg / ml, 0.0012 μg / ml solutions were added to the other wells (in triplicate) antibiotics in ethanol. Immediately after antibiotic administration, Vibrio fischeri cells were placed in a luminometer and the bioluminescence intensity of the cell suspension was measured every 20 minutes. Samples were incubated at room temperature. After the completion of antibiotic administration (26 hours), the measurements continued for another 16 hours. The units for measuring the intensity of bioluminescence are arbitrary units.

На фиг.1-4 представлены результаты интенсивности биолюминесценции клеток штамма Vibrio fischeri после его обработки штамма различными концентрациями антибиотика тетрациклина.Figure 1-4 presents the results of the intensity of the bioluminescence of the cells of the strain Vibrio fischeri after processing the strain with various concentrations of the tetracycline antibiotic.

Концентрация тетрациклина 1,62 мкг/мл, максимальная из всех исследованных, вызвала полное подавление биолюминесценции клеток штамма Vibrio fischeri. Концентрация тетрациклина 0,44 мкг/мл привела к более ранней «вспышке» свечения клеток на 5 ч по сравнению с контролем. При концентрации тетрациклина 0,032 мкг/мл наблюдается аналогичный эффект, но разница между началом роста биолюминесценции в опыте и контроле составила меньшую величину времени - 1 ч 20 мин. Концентрация тетрациклина 0,0012 мкг/мл, минимальная из всех исследованных, не вызвала изменений в интенсивности биолюминесценции штамма Vibrio fischeri.The concentration of tetracycline 1.62 μg / ml, the highest of all studied, caused a complete suppression of the bioluminescence of cells of the strain Vibrio fischeri. A tetracycline concentration of 0.44 μg / ml led to an earlier “outbreak” of cell luminescence for 5 hours compared to the control. At a tetracycline concentration of 0.032 μg / ml, a similar effect is observed, but the difference between the onset of bioluminescence growth in the experiment and control was a shorter time — 1 h 20 min. The concentration of tetracycline 0.0012 μg / ml, the lowest of all studied, did not cause changes in the intensity of bioluminescence of the strain Vibrio fischeri.

На фиг.5-8 представлены результаты интенсивности биолюминесценции клеток штамма Vibrio fischeri после его обработки штамма различными концентрациями антибиотика хлорамфеникола.Figure 5-8 presents the results of the intensity of the bioluminescence of the cells of the strain Vibrio fischeri after processing the strain with different concentrations of the antibiotic chloramphenicol.

Как видно из полученных данных, концентрация хлорамфеникола 1,62 мкг/мл, максимальная из всех исследованных, вызвала, как и в случае с тетрациклином, полное подавление биолюминесценции клеток штамма Vibrio fischeri NB 15. Концентрация тетрациклина в среде 0,44 мкг/мл также вызвала подавление биолюминесценции клеток штамма Vibrio fischeri, но не 100%. При концентрации хлорамфеникола 0,032 мкг/мл была зафиксирована более поздняя «вспышка» свечения клеток - примерно на 2 ч 40 мин по сравнению с контролем. Концентрация хлорамфеникола 0,0012 мкг/мл минимальная из всех исследованных, напротив, вызвала более ранний рост интенсивности биолюминесценции штамма Vibrio fischeri в опыте (на 1 ч 20 мин) по сравнению с контролем.As can be seen from the data obtained, the concentration of chloramphenicol 1.62 μg / ml, the highest of all studied, caused, as in the case of tetracycline, a complete suppression of the bioluminescence of cells of the strain Vibrio fischeri NB 15. The concentration of tetracycline in the medium of 0.44 μg / ml also caused a suppression of the bioluminescence of the cells of the strain Vibrio fischeri, but not 100%. At a concentration of chloramphenicol of 0.032 μg / ml, a later “outbreak” of cell luminescence was recorded — approximately 2 hours and 40 minutes compared with the control. The concentration of chloramphenicol 0.0012 μg / ml, the lowest of all studied, on the contrary, caused an earlier increase in the bioluminescence intensity of the Vibrio fischeri strain in the experiment (for 1 h 20 min) compared with the control.

Пример 2. Измерение биолюминесцентного «ответа» штамма Vibrio fischeri при различной концентрации антибиотиков после обработки ультразвукомExample 2. Measurement of the bioluminescent "response" of the strain Vibrio fischeri at different concentrations of antibiotics after treatment with ultrasound

Выращивали ночную культуру Vibrio fischeri на жидкой питательной среде LB с 3% NaCl при температуре 25°C. Готовили суспензию штамма Vibrio fischeri с использованием стандарта мутности в 10 единиц (концентрация микробных клеток в 1 млрд) и десятикратные серийные разведения (по 4 разведения включительно) в жидкой питательной среде LB с 3% NaCl. В дальнейшей работе использовали 4 разведение (105 КОЕ/мл). В лунки планшета для люминометра вносили по 195 мкл суспензии Vibrio fischeri и подращивали в течение 5-6 часов при температуре 25°C. В часть лунок, которая служила контролем, добавляли 5 мкл этанола, а в другие лунки (в трехкратной повторности) вносили растворы антибиотиков в этаноле в концентрации 1,0 мкг/мл; 0,5 мкг/мл; 0,25 мкг/мл; 0,1 мкг/мл; 0,05 мкг/мл; 0,025 мкг/мл. Сразу же после внесения антибиотиков, пробы с клетками Vibrio fischeri обрабатывали ультразвуком (УЗ). Для этого планшет, содержащий объединенные в стрипы лунки с культурами, погружали в ванну (9×5,5×15,6 см) с водой (772 мл). Ультразвуковой (УЗ) генератор помещали на дно ванны. Частота генерируемого звука составляла 44,5 кГц, средняя акустическая мощность - 30 Вт. Время обработки во всех опытах с регистрацией свечения при помощи фотоэлектронного умножителя составляло 60 мин. Затем пробы с клетками Vibrio fischeri помещали в люминометр и каждые 20 минут измеряли интенсивность биолюминесценции клеточной суспензии. Инкубацию проб проводили при комнатной температуре. После внесения антибиотиков и обработки ультразвуком измерения продолжали еще 20-30 часов. Единицы измерения интенсивности биолюминесценции - условные единицы. Измерение люминесценции проводилось на микропланшетном люминометре LM-01T (Immunotech). На фиг.9-15 представлены результаты исследований интенсивности свечения клеток Vibrio fischeri при различной концентрации антибиотиков после обработки ультразвуком.Vibrio fischeri night culture was grown on LB liquid medium with 3% NaCl at 25 ° C. A suspension of the Vibrio fischeri strain was prepared using a turbidity standard of 10 units (microbial cell concentration of 1 billion) and ten-fold serial dilutions (4 dilutions inclusive) in LB liquid medium with 3% NaCl. In further work, 4 dilutions (10 5 CFU / ml) were used. 195 μl of Vibrio fischeri suspension was added to the wells of the luminometer plate and grown for 5-6 hours at 25 ° C. 5 μl of ethanol was added to the part of the wells that served as a control, and antibiotic solutions in ethanol at a concentration of 1.0 μg / ml were added to the other wells (in triplicate); 0.5 μg / ml; 0.25 μg / ml; 0.1 μg / ml; 0.05 μg / ml; 0.025 mcg / ml. Immediately after antibiotic administration, samples with Vibrio fischeri cells were sonicated. For this, the tablet containing the wells combined with the strips with the cultures was immersed in a bath (9 × 5.5 × 15.6 cm) with water (772 ml). An ultrasonic (ultrasound) generator was placed at the bottom of the bath. The frequency of the generated sound was 44.5 kHz, the average acoustic power was 30 watts. The processing time in all experiments with the registration of luminescence using a photoelectron multiplier was 60 min. Then, samples with Vibrio fischeri cells were placed in a luminometer and the bioluminescence intensity of the cell suspension was measured every 20 minutes. Samples were incubated at room temperature. After antibiotic administration and sonication, measurements continued for another 20-30 hours. The units for measuring the intensity of bioluminescence are arbitrary units. The luminescence was measured on a LM-01T microplate luminometer (Immunotech). Figures 9-15 show the results of studies of the intensity of fluorescence of Vibrio fischeri cells at various concentrations of antibiotics after sonication.

Как видно из фиг.15, обработка ультразвуком без дополнительного воздействия антибиотиков лишь в некоторой степени - примерно на 1,5 ч ускоряет возникновение «вспышки» биолюминесценции. При этом уровень свечения как в контроле, так и в опыте практически не различается. Результаты внесения хлорамфеникола в разных концентрациях с последующей обработкой ультразвука можно увидеть на фиг.9-14.As can be seen from FIG. 15, ultrasound treatment without additional antibiotic exposure only to some extent — accelerates the onset of bioluminescence by about 1.5 hours. At the same time, the level of luminescence both in the control and in the experiment practically does not differ. The results of introducing chloramphenicol in different concentrations, followed by ultrasound processing can be seen in Fig.9-14.

На фиг.9 видно, что совместное действие ультразвука и антибиотика в максимальной концентрации 1,0 мкг/мл привело к полному подавлению свечения штамма Vibrio fischeri, в то время как без обработки ультразвуком наблюдалась вспышка биолюминесценции клеток. Т.е. одновременное действие ультразвука и антибиотика препятствует образованию биопленок. При одновременном действии антибиотика в концентрации 0,5 мкг/мл и ультразвука наблюдается задержка «вспышки» биолюминесценции примерно на 6 ч по сравнению с действием одного антибиотика (Фиг.10). При концентрациях хлорамфеникола 0,25-0,1 мкг/мл наблюдается падение интенсивности биолюминесценции штамма примерно на 20-30% в сравнении с контролем (фиг.11, 12). При концентрациях хлорамфеникола 0,05-0,025 мкг/мл кроме снижения уровня свечения клеток на 30-50% штамма Vibrio fischeri (фиг.13, 14) фиксируется и задержка «вспышки» биолюминесценции на 1,5-3 ч.Figure 9 shows that the combined action of ultrasound and an antibiotic at a maximum concentration of 1.0 μg / ml led to a complete suppression of the luminescence of the Vibrio fischeri strain, while an outbreak of cell bioluminescence was observed without sonication. Those. the simultaneous action of ultrasound and antibiotic prevents the formation of biofilms. With the simultaneous action of an antibiotic at a concentration of 0.5 μg / ml and ultrasound, a bioluminescence “flash” delay of about 6 hours is observed compared to the action of a single antibiotic (Figure 10). At concentrations of chloramphenicol 0.25-0.1 μg / ml, a decrease in the intensity of the bioluminescence of the strain is observed by about 20-30% in comparison with the control (11, 12). At concentrations of chloramphenicol 0.05-0.025 μg / ml, in addition to reducing the level of cell luminescence by 30-50% of the Vibrio fischeri strain (Figs. 13, 14), the delay of the “flash” of bioluminescence by 1.5-3 hours is also recorded.

Таким образом, самое значительное антимикробное воздействие ультразвука регистрируется при совместном использовании с антибиотиком хлорамфениколом при его максимальной исследованной концентрации 1,0 мкг/мл. При этом степень снижения интенсивности биолюминесценции штамма Vibrio fischeri при воздействии антибиотика хлорамфеникол зависит от его концентрации и времени внесения в процессе роста культуры. Максимальное уменьшение биолюминесценции регистрируется при внесении антибиотика в питательную среду через 21-26 ч ее роста.Thus, the most significant antimicrobial effect of ultrasound is recorded when combined with the antibiotic chloramphenicol at its maximum investigated concentration of 1.0 μg / ml. Moreover, the degree of decrease in the intensity of bioluminescence of the Vibrio fischeri strain when exposed to the antibiotic chloramphenicol depends on its concentration and time of application during the growth of the culture. The maximum decrease in bioluminescence is recorded when the antibiotic is introduced into the nutrient medium after 21-26 hours of its growth.

Конструкция люминометров не дает возможность наблюдать за морфологией образования биопленок и не позволяет наблюдать за бактериями непосредственно при воздействии ультразвука. Современные CCD-видеокамеры позволяют обеспечивать наблюдение биохемилюминесценции с чувствительностью до 0,0004 люкс, сопоставимой с чувствительностью фотоумножителей. Разработаны также методы количественного анализа такого рода видеоданных, предусматривающие автоматическое покадровое измерение яркости свечения выделенных участков и вывод данных в виде текстовых файлов и графиков.The design of the luminometers does not make it possible to observe the morphology of the formation of biofilms and does not allow to observe the bacteria directly when exposed to ultrasound. Modern CCD-cameras allow the observation of bio-chemiluminescence with a sensitivity of up to 0.0004 lux, comparable with the sensitivity of photomultipliers. Methods have also been developed for the quantitative analysis of this kind of video data, providing for automatic frame-by-frame measurement of the brightness of the highlighted areas and data output in the form of text files and graphs.

Пример 3. Регистрация биолюминесцентного «ответа» при помощи видеокамерыExample 3. Registration bioluminescent "response" using a video camera

Бактериальную суспензию объемом по 2 мл помещали в 20-мл пробирки, установленные наклонно в кассетах по 12 шт., закрепленных перед видеокамерой, или по 2 шт. с погружением в сосуд с 500 мл воды (ультразвуковая ванна), также установленный в поле зрения камеры.A 2 ml bacterial suspension was placed in 20 ml tubes mounted obliquely in 12 cassettes attached in front of the video camera, or 2 pcs. with immersion in a vessel with 500 ml of water (ultrasonic bath), also installed in the field of view of the camera.

Исследование действия ультразвука осуществлялось двумя способами:The study of the action of ultrasound was carried out in two ways:

1) наблюдали люминесценцию бактерий (пробирки в кассетах) на начальном этапе, извлекали интересующие пробирки с культурой, обрабатывали их ультразвуком в ультразвуковой ванне (500-мл сосуд) и вновь помещали в кассету для видеонаблюдения. Кадры, соответствующие извлечению и обратной установке пробирок, вырезали;1) observed the luminescence of bacteria (tubes in cassettes) at the initial stage, the culture tubes of interest were removed, they were sonicated in an ultrasonic bath (500 ml vessel) and re-placed in the cassette for video surveillance. Frames corresponding to the extraction and reinstallation of the tubes were cut out;

2) пробирки по 2 шт. помещали непосредственно в 500-мл ультразвуковую ванну установки, наблюдали люминесценцию на начальном этапе (источник ультразвука выключен), далее включали источник ультразвука на фиксированное время (без выключения камеры), после чего вновь наблюдали люминесценцию при выключенном источнике.2) tubes of 2 pcs. they were placed directly in a 500-ml ultrasonic bath of the apparatus, luminescence was observed at the initial stage (the ultrasound source was turned off), then the ultrasound source was turned on for a fixed time (without turning off the camera), after which luminescence was again observed with the source turned off.

В качестве источника ультразвукового излучения был использован ультразвуковой генератор, дающий колебания с частотой 44,5 кГц.; средней акустической мощностью 30 Вт.An ultrasonic generator was used as a source of ultrasonic radiation, giving oscillations with a frequency of 44.5 kHz .; average acoustic power of 30 watts.

Для исследований люминесценции бактерий применяли черно-белую CCD-видеокамеру VNC-748-H3 ("ЭВС", Россия, Санкт-Петербург), имеющую чувствительность до 0,0004 лк на объекте и функции ручного управления. На камере устанавливали объектив Avenir (относительное отверстие 1,2, фокусное расстояние 6 мм). Видеосъемку длительностью до 4-х суток производили с частотой 1 кадр/сек. Видеозахват осуществлялся программой VDub 1.8.1. С помощью этой же программы *.avi-файл преобразовывали в последовательность изображений (серия файлов *.bmp). Последовательность открывали в программе ImageJ. На одном из кадров выделяли интересующие области изображения - поверхность жидкой среды с суспензией светящихся бактерий в отдельно взятых пробирках. Для каждого такого участка получали численный временной ряд - зависимость средней яркости от номера кадра инструментами Analyse→Tools→ROI manager→More→MultiMeasure, преобразуемый стандартными программными средствами Exel или Origin в кинетическую кривую. Видеокадр образцов культуры светящихся бактерий, полученных на начальном этапе (15 ч после посева) формирования биопленки (до обработки ультразвуком) показан на фиг.16. Из 12 проб, наблюдавшихся в эксперименте, ультразвуком (10 мин экспозиции) были обработаны две - №8 (на 16-м ч) и 11 (на 18-м ч).To study the luminescence of bacteria, we used a VNC-748-H3 black-and-white CCD video camera (EVS, Russia, St. Petersburg) with a sensitivity of up to 0.0004 lux at the facility and manual control functions. An Avenir lens was installed on the camera (relative aperture 1.2, focal length 6 mm). Video recording lasting up to 4 days was carried out with a frequency of 1 frame / sec. Video capture was carried out by the program VDub 1.8.1. Using the same program, a * .avi file was converted into a sequence of images (a series of * .bmp files). The sequence was opened in ImageJ. On one of the frames, the image regions of interest were highlighted - the surface of a liquid medium with a suspension of luminous bacteria in individual test tubes. For each such section, a numerical time series was obtained — the dependence of the average brightness on the frame number by the tools Analyse → Tools → ROI manager → More → MultiMeasure, which is converted by the standard software Exel or Origin into a kinetic curve. A video frame of samples of a culture of luminous bacteria obtained at the initial stage (15 h after sowing) of the formation of a biofilm (before sonication) is shown in Fig. 16. Of the 12 samples observed in the experiment, two were processed with ultrasound (10 min exposure) - No. 8 (at the 16th hour) and 11 (at the 18th hour).

Пробы 1, 3, 5 и 12 были подготовлены с использованием пониженной начальной концентрации бактерий в суспензии. Люминесценция этих проб к 15 ч инкубации не наблюдалась. Характер люминесценции проб, начавших свечение, - пристеночно-периферический (по краям менисков жидкости) с образованием светящихся кольцевых структур. Зонам люминесценции визуально соответствовали участки формирования биопленки. К 19 ч после посева (фиг.17-19) наблюдали рост люминесценции всех проб как необработанных, так и обработанных ультразвуком (проба №7-10 мин обработки на 16-м ч после посева). Характер люминесценции всех люминесцирующих проб менялся с пристеночно-периферического на сплошной по всей открытой поверхности жидкой среды, чему соответствовали также визуально наблюдаемые биопленки. В то же время пробы 1, 3, 5 на данный момент времени в фазу начала свечения и формирования биопленки не вступали. К 22 ч после посева наблюдается резкий рост свечения культур с задержкой формирования биопленки, начальная концентрация бактерий в которых была снижена (№1, 3, 5 и 12). Остальные культуры с нормальной скоростью развития снижали уровень свечения по сравнению с 19 ч инкубации, причем проба №11 снижала яркость свечения более быстро. На завершающем этапе эксперимента, к 26 ч после посева максимальная яркость сохранялась у проб №1, 3, 5 и 12. Культуры в пробах №2, 4, 6, 7, 9, 10, 11 проявляли небольшое свечение, проба 11 - свечение минимальной яркости. Наблюдался рост свечения пробы №8.Samples 1, 3, 5, and 12 were prepared using a reduced initial concentration of bacteria in suspension. Luminescence of these samples by 15 hours of incubation was not observed. The nature of the luminescence of the samples that started the glow is parietal-peripheral (along the edges of the meniscus of the fluid) with the formation of luminous ring structures. The luminescence zones visually corresponded to the areas of biofilm formation. By 19 h after sowing (Fig.17-19), an increase in the luminescence of all samples, both untreated and sonicated, was observed (sample No. 7-10 min of treatment at the 16th hour after sowing). The nature of the luminescence of all luminescent samples changed from parietal-peripheral to continuous throughout the entire open surface of the liquid medium, which also corresponded to visually observed biofilms. At the same time, samples 1, 3, 5 at a given time did not enter the phase of the onset of luminescence and the formation of a biofilm. By 22 h after sowing, there was a sharp increase in the luminescence of cultures with a delay in the formation of biofilms, the initial concentration of bacteria in which was reduced (No. 1, 3, 5, and 12). Other cultures with a normal developmental rate reduced the level of luminescence compared to 19 h of incubation, and sample No. 11 decreased the luminosity more rapidly. At the final stage of the experiment, by 26 h after sowing, the maximum brightness remained in samples No. 1, 3, 5, and 12. The cultures in samples No. 2, 4, 6, 7, 9, 10, 11 showed a slight glow, sample 11 showed a minimum glow brightness. There was an increase in the glow of sample No. 8.

Таким образом, визуальная (по выбранным видеокадрам) качественная оценка уровня свечения в проведенном эксперименте свидетельствует о том, что проба, обработанная ультразвуком на начальной стадии формирования биопленки, при последующей длительной инкубации развивает более мощный максимум люминесценции, тогда как проба, обработанная на более поздней стадии формирования биопленки (на спаде люминесценции), имеет более низкий конечный уровень люминесценции по сравнению с необработанными ультразвуком образцами. Следовательно, в условиях эксперимента для достижения более эффективного подавления пленкообразования обработку бактериальных культур ультразвуком необходимо производить на стадии сформировавшейся биопленки.Thus, a visual (from the selected video frames) qualitative assessment of the level of luminescence in the experiment indicates that the sample treated with ultrasound at the initial stage of biofilm formation, during subsequent long-term incubation, develops a more powerful luminescence maximum, while the sample processed at a later stage biofilm formation (on the decline of luminescence), has a lower final level of luminescence in comparison with untreated samples. Therefore, under experimental conditions, in order to achieve more effective suppression of film formation, ultrasound treatment of bacterial cultures must be performed at the stage of the formed biofilm.

Полученные данные подтверждают вывод, сделанный по результатам предыдущего эксперимента о том, что более предпочтительным периодом воздействия ультразвука на бактериальную биопленку является фаза спада люминесценции (зрелая биопленка).The data obtained confirm the conclusion drawn from the results of the previous experiment that the luminescence decay phase (mature biofilm) is the more preferable period of ultrasound exposure to the bacterial biofilm.

Пример 4. Динамика люминесценции проб, подвергшихся 60-минутной обработке ультразвуком вне установки в условиях непрерывной регистрации люминесценцииExample 4. The dynamics of the luminescence of samples subjected to a 60-minute treatment with ultrasound outside the installation under conditions of continuous registration of luminescence

Кинетическая кривая люминесценции бактериальных культур, подвергшихся 60-минутной обработке ультразвуком непосредственно в установке видеорегистрации, представлена на фиг.20. Проба 1 - суспензионная культура бактерий в жидкой среде (в фазе спада люминесценции), проба 2 - влажная бактериальная биопленка на поверхности стекла (фаза роста люминесценции). Включение генератора ультразвука приводило к быстрому (1-2 мин) снижению люминесценции в обеих пробах. Однако проба в жидкой среде (№1) снижала люминесценцию на 9%, тогда как проба №2 - на 92%. Для обеих проб за периодом быстрого спада люминесценции следовал период медленного ее роста с максимумом через 20 мин после включения ультразвука, причем проба 2 обнаруживала более выраженную стимуляцию. Преобладание стимулирующего эффекта над ингибирующим для пробы 2 определяется, по-видимому, с меньшей интенсивностью воздействия на нее ультразвука, связанной с тем, что эта проба погружена в жидкость, тогда как проба 1 иммобилизована на поверхности стекла. Аналогичные результаты получены для проб, обработанных при меньшей интенсивности ультразвука (фиг.20). С целью ее снижения при той же мощности ультразвукового генератора использовали ванну большего объема - 1 л. Проба 1 соответствует бактериальной суспензии в жидкости - биопленка формируется на поверхности жидкой среды. Проба 2 - влажная биопленка на поверхности стекла. Обработка ультразвуком меньшей мощности в проведенном эксперименте (по сравнению с предыдущим) показала практически полное отсутствие первоначального быстрого спада светимости и более мощный ее медленный рост с 20-минутным максимумом. В условиях эксперимента проба в жидкой среде и проба, иммобилизованная на поверхности стекла, обнаруживали сходную кинетику (фиг.21).The kinetic luminescence curve of bacterial cultures subjected to a 60-minute sonication directly in the video recording apparatus is shown in FIG. Sample 1 - suspension culture of bacteria in a liquid medium (in the luminescence decay phase), sample 2 - wet bacterial biofilm on the glass surface (luminescence growth phase). The inclusion of the ultrasound generator led to a rapid (1-2 min) decrease in luminescence in both samples. However, the sample in a liquid medium (No. 1) reduced luminescence by 9%, while the sample No. 2 - by 92%. For both samples, a period of rapid decay of luminescence was followed by a period of its slow growth with a maximum 20 minutes after the inclusion of ultrasound, and sample 2 showed more pronounced stimulation. The predominance of the stimulating effect over the inhibitory effect for sample 2 is apparently determined with a lower intensity of exposure to ultrasound due to the fact that this sample is immersed in liquid, while sample 1 is immobilized on the glass surface. Similar results were obtained for samples processed at lower ultrasound intensity (Fig. 20). In order to reduce it at the same power of the ultrasonic generator, a larger bath was used - 1 l. Sample 1 corresponds to a bacterial suspension in a liquid - a biofilm is formed on the surface of a liquid medium. Sample 2 - wet biofilm on the glass surface. Ultrasonic treatment of lower power in the experiment (compared with the previous one) showed an almost complete absence of the initial rapid decline in luminosity and a more powerful slow growth with a 20-minute maximum. Under experimental conditions, a sample in a liquid medium and a sample immobilized on a glass surface showed similar kinetics (Fig. 21).

Пример 5. Динамика люминесценции проб, подвергшихся комбинированному воздействию ультразвука и подпороговых доз антибиотикаExample 5. The dynamics of the luminescence of samples subjected to the combined effects of ultrasound and subthreshold doses of antibiotic

Доза антибиотика, использованная в эксперименте, предварительно подбиралась как подпороговая по воздействию на кинетику люминесценции таким образом, чтобы его воздействие не влияло на уровень люминесценции ни на одном из этапов контрольного опыта без ультразвука. Антибиотик (хлорамфеникол, 0,25 мкг/мл) добавляли за 1-2 ч до воздействия ультразвуком в пробирки с пробами бактериальной суспензии, свечение которых предварительно регистрировали видеокамерой. Пробирку с пробой извлекали из экспериментальной установки, добавляли раствор антибиотика, перемешивали и возвращали в установку для наблюдения кинетики люминесценции. Воздействие ультразвуком производилось при включенной камере. Эксперимент, результаты которого представлены на фиг.22 и 23, проводился при делительном включении ультразвука - с 18 ч после начала инкубации и до конца наблюдения - более 8 ч. Наблюдение начинали через 15 ч инкубации, после обнаружения начальной фазы формирования биопленки по слабому росту люминесценции. Проба а - без антибиотика, проба b - 0,25 мкг/мл хлорамфеникола. До включения ультразвука исследованные пробы обнаруживали резкий рост люминесценции, восстанавливающей свой уровень после перемешивания пробы в момент введения антибиотика. После включения ультразвука свечение исследуемых образцов усиливалось в течение 30 мин, причем в пробе с антибиотиком это увеличение было выражено более слабо. Дальнейшая кинетика люминесценции проб обнаруживала спад до фоновых значений без последующего восстановления. Таким образом, введение антибиотика в пробы позволяет снизить индуцируемую ультразвуком стимуляцию люминесценции.The dose of the antibiotic used in the experiment was preliminarily selected as a subthreshold one for the effect on the kinetics of luminescence so that its effect did not affect the level of luminescence at any stage of the control experiment without ultrasound. An antibiotic (chloramphenicol, 0.25 μg / ml) was added 1-2 hours before exposure to ultrasound in test tubes with samples of bacterial suspensions, the glow of which was previously recorded with a video camera. The sample tube was removed from the experimental setup, an antibiotic solution was added, mixed and returned to the setup to observe the luminescence kinetics. Ultrasound exposure was carried out with the camera turned on. The experiment, the results of which are shown in Figs. 22 and 23, was carried out with the ultrasound dividing in - from 18 hours after the start of incubation and until the end of observation - more than 8 hours. Observation began after 15 hours of incubation, after the initial phase of biofilm formation was detected by a weak increase in luminescence . Sample a - without antibiotic, sample b - 0.25 μg / ml chloramphenicol. Before the inclusion of ultrasound, the studied samples showed a sharp increase in luminescence, which regains its level after mixing the sample at the time of administration of the antibiotic. After the inclusion of ultrasound, the luminescence of the studied samples increased for 30 min, and in the sample with antibiotic this increase was more weakly expressed. Further kinetics of the luminescence of the samples showed a decline to the background values without subsequent recovery. Thus, the introduction of an antibiotic into the samples reduces the stimulation of luminescence induced by ultrasound.

Пример 6. Динамика люминесценции проб, подвергшихся комбинированному воздействию ультразвука (60-минутное воздействие) и подпороговых доз антибиотикаExample 6. The dynamics of the luminescence of samples subjected to the combined effects of ultrasound (60-minute exposure) and subthreshold doses of the antibiotic

На фиг.24 и 25 представлены данные исследования влияния 60-минутной обработки ультразвуком на кинетику люминесценции трех проб:On Fig and 25 presents data from a study of the effect of a 60-minute sonication on the luminescence kinetics of three samples:

1) влажная бактериальная пленка, иммобилизованная на поверхности стеклянной стенки пробирки и обработанная антибиотиком; 2) бактериальная суспензия в жидкой питательной среде без антибиотика, и 3) бактериальная суспензия в жидкой питательной среде с антибиотиком. Проба 1 наиболее быстро восстанавливается после падения интенсивности люминесценции, вызванного ультразвуком, до исходного уровня. Пробы бактериальных суспензий в жидкой питательной среде проявляют медленное и неполное восстановление уровня свечения, причем это восстановление происходит быстрее в пробе с антибиотиком (№3). В процессе исследований было установлено, что совместное действие подпороговых доз антибиотиков и ультразвукового излучения приводит к развитию антимикробного эффекта.1) a wet bacterial film immobilized on the surface of the glass wall of the tube and treated with an antibiotic; 2) a bacterial suspension in a liquid nutrient medium without an antibiotic, and 3) a bacterial suspension in a liquid nutrient medium with an antibiotic. Sample 1 is most rapidly restored after a decrease in the luminescence intensity caused by ultrasound to the initial level. Samples of bacterial suspensions in a liquid nutrient medium exhibit a slow and incomplete restoration of the level of luminescence, and this recovery occurs faster in the sample with an antibiotic (No. 3). In the process of research, it was found that the combined action of subthreshold doses of antibiotics and ultrasound leads to the development of an antimicrobial effect.

Из примера 1 видно, что в результате обработки биопленки, выращенной из биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, различными концентрациями антибиотиков произошли изменения интенсивности свечения бактериальной биопленки, в зависимости от доз антибиотиков, что совпадает с данными прототипа. Кроме того, динамика люминесценции проб, подвергшихся комбинированному воздействию антибиотика и ультразвука, как и в прототипе, показала улучшение антимикробного эффекта (примеры 2-4). Это подтверждает возможность использования в доклинических экспериментах биопленки, выращенной из биолюминесцентных бактерий Vibrio fischer.As can be seen from example 1, as a result of processing a biofilm grown from Vibrio fischeri bioluminescent bacteria with different concentrations of antibiotics, the luminescence intensity of the bacterial biofilm changed depending on the doses of antibiotics, which coincides with the prototype data. In addition, the luminescence dynamics of samples subjected to the combined effects of antibiotic and ultrasound, as in the prototype, showed an improvement in the antimicrobial effect (examples 2-4). This confirms the possibility of using biofilm grown from bioluminescent bacteria Vibrio fischer in preclinical experiments.

Способ позволит отрабатывать лечение хронических бактериальных инфекций, осложненных образованием бактериальных биопленок, на имитационной модели биопленки, выращенной из биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, имитирующих морфологические, физиологические и биохимические свойства, аналогичные патогенным микроорганизмам. Причем для регистрации эффектов воздействия физических и химических факторов на бактериальные биопленки используется эффект подавления и индукции люминесценции, которые могут быть зарегистрированы как люминометрами, так и сверхчувствительными видеокамерами. При этом отсутствуют манипуляции с животными с нанесением им операционных травм.The method will allow to work out the treatment of chronic bacterial infections complicated by the formation of bacterial biofilms on a simulation model of a biofilm grown from bioluminescent bacteria Vibrio fischeri that mimic morphological, physiological and biochemical properties similar to pathogenic microorganisms. Moreover, to record the effects of physical and chemical factors on bacterial biofilms, the effect of suppression and induction of luminescence is used, which can be detected by both luminometers and ultra-sensitive cameras. At the same time, there are no manipulations with animals causing them surgical injuries.

Источники информацииInformation sources

1. Bartley, J. Ultrasound as a treatment for chronic rhinosinusitis. [Текст] / J.Bartley, D.Young // Med. Hypotheses. - 2009. - V.73. №1. - P.15-17.1. Bartley, J. Ultrasound as a treatment for chronic rhinosinusitis. [Text] / J.Bartley, D.Young // Med. Hypotheses. - 2009 .-- V.73. No. 1. - P.15-17.

2. Ensing, G.T. The combination of ultrasound with antibiotics released from bone cement decreases the viability of planktonic and biofilm bacteria: an in vitro study with clinical strains [Текст] / G.T.Ensing, D.Neut, J.R.van Horn, H.C.van der Met, H.J.Busscher // J. Antimicrob. Chemother. - 2006. - V.58. - №6. Р.1287-1290.2. Ensing, G.T. The combination of ultrasound with antibiotics released from bone cement decreases the viability of planktonic and biofilm bacteria: an in vitro study with clinical strains [Text] / GTEnsing, D.Neut, JRvan Horn, HCvan der Met, HJBusscher // J. Antimicrob. Chemother. - 2006. - V.58. - No. 6. P.1287-1290.

3. RU 2218886 МПК7 A61B 17/56, A61N 7/00; опубл. 2003.12.203. RU 2218886 IPC 7 A61B 17/56, A61N 7/00; publ. 2003.12.20

4. Pitt, W.G. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram-negative bacteria [Текст] / W.G.Pitt, M.O.McBride, J.K.Lunceford, R.J.Roper, R.D..Sagers // Antimicrob. Agents Chemother. - 1994. - V.38. - №11. - P.2577-2582.4. Pitt, W.G. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on gram-negative bacteria [Text] / W.G. Pitt, M.O. McBride, J.K. Lunceford, R.J. Roper, R.D..Sagers // Antimicrob. Agents Chemother. - 1994. - V.38. - No. 11. - P.2577-2582.

5. RU 2119769, МПК6 A61B 17/00, A61N 7/00, A61K 31/505, A61K 38/55; опубл.1998.10.10.5. RU 2119769, IPC 6 A61B 17/00, A61N 7/00, A61K 31/505, A61K 38/55; publ. 1998.10.10.

6. RU №2087166 МПК6 A61N 7/00; опубл. 1997.08.20.6. RU No. 2087166 IPC 6 A61N 7/00; publ. 08/08/20.

7. Rediske. A.M. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on Escherichia coli biofilms: an in vivo model [Текст] / A.M.Rediske, B.L.Roeder, M.K.Brown, J.L.Nelson, R.L.Robison, D.O.Draper, G.B.Schaalje, R.A.Robison, W.G.Pitt // Antimicrob Agents Chemother. - 1999. - V.43. - №5. - P.1211-1214 (прототип).7. Rediske. A.M. Ultrasonic enhancement of antibiotic action on Escherichia coli biofilms: an in vivo model [Text] / A.M. Rediske, B.L. Roeder, M.K.Brown, J.L. Nelson, R.L. Robison, D.O. Draper, G. B. Schalalje, R.A. Robobison, W.G. Pitt // Antimicrobents. - 1999. - V.43. - No. 5. - P.1211-1214 (prototype).

Claims (1)

Способ оценки эффективности антимикробного воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на патогенные бактерии, существующие в форме биопленки, заключающийся в создании модели бактериальной биопленки, подборе доз воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на бактериальную биопленку, регистрации и оценки антимикробного эффекта, отличающийся тем, что в качестве модели бактериальной биопленки используют биопленку из биолюминесцентных бактерий, которую выращивают из биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, при этом регистрацию воздействия антибиотиков и ультразвукового излучения на биопленку проводят путем измерения интенсивности свечения биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri, a антимикробный эффект оценивают по степени подавления интенсивности свечения по сравнению с контролем. A method for evaluating the effectiveness of the antimicrobial effect of antibiotics and ultrasonic radiation on pathogenic bacteria existing in the form of a biofilm, which consists in creating a model of a bacterial biofilm, selecting doses of the effect of antibiotics and ultrasonic radiation on a bacterial biofilm, recording and evaluating the antimicrobial effect, characterized in that as a model of bacterial biofilms use a biofilm of bioluminescent bacteria, which is grown from bioluminescent bacteria Vibrio fischeri, while istratsiyu effects of antibiotics and the ultrasonic radiation on the biofilm is carried out by measuring the intensity of luminescence of bioluminescent bacteria Vibrio fischeri, a antimicrobial effect is evaluated by the degree compared to control emission intensity suppression.
RU2011106708/10A 2011-02-22 2011-02-22 Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm RU2457254C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106708/10A RU2457254C1 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106708/10A RU2457254C1 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2457254C1 true RU2457254C1 (en) 2012-07-27

Family

ID=46850705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106708/10A RU2457254C1 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457254C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561333C2 (en) * 2014-01-14 2015-08-27 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО ТюмГМУ Минздрава России) Method for removing bacterial dominant pathogens from dental pockets
RU2603100C1 (en) * 2015-10-29 2016-11-20 Светлана Владимировна Андреева Method for assessing effectiveness of antimicrobial action of antiseptic on bacteria in form of biofilm
RU2621306C1 (en) * 2016-06-07 2017-06-01 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method of estimation of antibacterial action of antiseptics on microbial films
RU2624511C1 (en) * 2016-08-03 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) Method of evaluating efficiency of phagotherapy in treatment of infections diseases

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087166C1 (en) * 1994-07-29 1997-08-20 Лоцманов Юрий Александрович Method for treating adenoiditis in children
RU2354705C2 (en) * 2003-12-11 2009-05-10 Вайет Холдингз Корпорэйшн Standardised sensitivity tests for aerobic pathogens

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087166C1 (en) * 1994-07-29 1997-08-20 Лоцманов Юрий Александрович Method for treating adenoiditis in children
RU2354705C2 (en) * 2003-12-11 2009-05-10 Вайет Холдингз Корпорэйшн Standardised sensitivity tests for aerobic pathogens

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Rediske A.M. et al. «Ultrasonic enhancement of antibiotic actin on E.coli biofilms: an vivo model», Antimicrob. Agents Chemother., 1999, v.43, N5, p.1211-1214. МЕСРОБЯНУ Л. и ПЭУНЕСКУ Э. Физиология бактерий. - Бухарест: Меридиане, 1963, с.309-312, 348-360. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561333C2 (en) * 2014-01-14 2015-08-27 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО ТюмГМУ Минздрава России) Method for removing bacterial dominant pathogens from dental pockets
RU2603100C1 (en) * 2015-10-29 2016-11-20 Светлана Владимировна Андреева Method for assessing effectiveness of antimicrobial action of antiseptic on bacteria in form of biofilm
RU2621306C1 (en) * 2016-06-07 2017-06-01 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method of estimation of antibacterial action of antiseptics on microbial films
RU2624511C1 (en) * 2016-08-03 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "ННИИТО им. Я.Л. Цивьяна" Минздрава России) Method of evaluating efficiency of phagotherapy in treatment of infections diseases

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ajdic et al. The relationship of bacterial biofilms and capsular contracture in breast implants
Costerton et al. The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections
Aparna et al. Biofilms: microbes and disease
Macia et al. Antimicrobial susceptibility testing in biofilm-growing bacteria
Gomes et al. SEM analysis of surface impact on biofilm antibiotic treatment
Bjarnsholt et al. The in vivo biofilm
Lindsay et al. Bacterial biofilms within the clinical setting: what healthcare professionals should know
Donlan et al. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms
Jacobsen et al. Proteus mirabilis biofilms and catheter-associated urinary tract infections
Anwar et al. Enhanced activity of combination of tobramycin and piperacillin for eradication of sessile biofilm cells of Pseudomonas aeruginosa
Tollefson et al. Surface biofilm disruption: enhanced recovery of microorganisms from vascular prostheses
Mirghani et al. Biofilms: Formation, drug resistance and alternatives to conventional approaches
Romano et al. Antibiofilm agents and implant-related infections in orthopaedics: where are we?
Bjarnsholt et al. In vitro screens for quorum sensing inhibitors and in vivo confirmation of their effect
Gracia et al. Application of a Rat Osteomyelitis Model to Comparein Vivoandin Vitrothe Antibiotic Efficacy against Bacteria with High Capacity to Form Biofilms
Engelsman et al. Real time noninvasive monitoring of contaminating bacteria in a soft tissue implant infection model
Stoodley et al. Biofilms, biomaterials, and device-related infections
RU2457254C1 (en) Method for estimating effectiveness of antimicrobial action of antibiotics and ultrasound on pathogenic bacteria in form of biofilm
Schoenmakers et al. Image-guided in situ detection of bacterial biofilms in a human prosthetic knee infection model: a feasibility study for clinical diagnosis of prosthetic joint infections
Campos-Silva et al. Alternative method in Galleria mellonella larvae to study biofilm infection and treatment
Černohorská et al. Determination of minimal regrowth concentration (MRC) in clinical isolates of various biofilm-forming bacteria
Basak et al. Biofilms: a challenge to medical fraternity in infection control
Jensen Implant‐associated osteomyelitis: Development, characterisation, and application of a porcine model.
Fadl Antibacterial and antibiofilm effects of bee venom from (Apis mellifera) on multidrug-resistant bacteria (MDRB)
Walton et al. Comparison of 3 real-time, quantitative murine models of staphylococcal biofilm infection by using in vivo bioluminescent imaging

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160223

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170209

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170927

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180223