Визуализация стадий роста биопленки с помощью программного комплекса ImageJ
Вы здесь
Авторы статьи, не зарегистрировавшиеся:
Е.М. Закубанская, В.С. Кропотов
Аннотация:
В статье приведены результаты исследования биопленок культуры Staphylococcus aureus выделенной от пациентов с хронической ЛОР-инфекцией. Для изучения биопленок применялись люминесцентная микроскопия в сочетании с компьютерным 3D-моделированием. Последовательная визуализация с помощью 3D моделей выявила стадийную организацию при формировании биопленок. Люминесцентная микроскопиия с компьютерным 3D моделированием расширяет представление о развитии микробной популяции внутри биопленки, а также роли матрикса в поддержании структуры биопленки. Использование комбинации нескольких методов позволяет оценить различные способы регулирования процесса биопленкообразования у бактерий при некоторых инфекциях.
Ключевые слова:
бактериальная биопленка, биопленкообразование, матрикс, люминесцентная микроскопия, 3D-моделирование
обновлено: 30.10.2023
Комментарии - 6
Глубокоуважаемый Дмитрий Валерьевич! В чем научное и прикладное значение наблюдаемых Вами этапов и стадийности образования биопленки? Насколько наблюдаемый Вами процесс соответствовал традиционной теории и механизму формирования биопленки? Насколько полученные результаты могут помочь практическому врачу в определении тактики лечения (например, необходимость антибиотикотерапии)? Спасибо!
Глубокоуважаемый Олег Владимирович! В настоящее время в определении тактики антибиотикотерапии недостаточно учитывается процесс биопленкообразования, хотя он напрямую может влиять на процесс проникновения антибиотика к мишени. Во множестве работ описаны не только механические, но и биохимические механизмы блокировки или разрушения антибиотика на этапе проникновения в матрикс биопленки. Кроме этого на сегодняшний день все больше сторонников приобретает точка зрения, что форма существования микроорганизмов в виде биопленок – это эволюционно выгодный способ надклеточной организации прокариот при паразитировании в макроорганизме. Способность формировать биопленки рассматривается как дополнительный фактор патогенности бактерий. Многочисленные исследования подтверждают ключевую роль биопленкообразователей в развитии хронических бактериальных инфекций, которые характеризуются стойким воспалением и существенным повреждением тканей.
Классический бактериологический метод в изучении биопленок не может обеспечить желаемого результата по следующим причинам:
1. Ключевую роль в поддержании структуры биопленки и обеспечении ее свойств играет полисахаридный матрикс, присутствие которого невозможно оценить культуральными или тинкториальными методами, обычно применяемыми в практике рутинного микробиологического анализа.
2. В составе биопленки бактериальные клетки дифференцируются и приобретают другие фенотипические характеристики. Появляются субпопуляции т.н. клеток-персистеров со сниженной метаболической активностью или полностью неактивных. Это не позволяет полноценно использовать методы, требующие пересева на питательные среды.
3. Развиваясь в условиях постоянного прессинга иммунной системы и антибактериальных препаратов, биопленка не накапливает биомассу, необходимую для эффективного анализа стандартными методами, а высокая степень адгезии к cубстрату затрудняет ее снятие с поверхности обычными механическими способами для того, чтобы произвести пересев и культивирование микроорганизмов.
Наши результаты, полностью соответствуют теории образования биопленки и дают возможность наблюдать развитие и формирование биопленки в динамике с возможностью регистрации степени и меры воздействия на нее различных условий и препаратов.
Добрый день, очень интересные результаты! Спасибо за материалы.
Появились вопросы для улучшения понимания. Поясните, пожалуйста, в чем заключается процедура 3D-моделирования? Снимки получены на 1,2,4, 7-ой день. А на рисунке в статье есть модель 3--ого дня. В программном продукте моделируется процесс размножения? Что обозначает цвет на рисунках?
Уважаемые коллеги!
У меня возник такой же вопрос - что обозначает шкала от 0 до 240? Что это за единицы измерения?
Глубокоуважаемый Станислав Юрьевич! Для общей характеристики рассчитанного профиля поверхности программа использует условную цвето-хроматическую шкалу. Конкретных единиц здесь не применяется, но условно 0 это начало отсчета, самая низкая точка, фон, соответственно – 240 самая выкая точка. По такому же принципу распределен цвет – от красного к фиолетовому.
Глубокоуважаемый Марат Решидович! Процесс 3D моделирования реализуется через создание т.н. «стека», т.е. группы последовательных изображений снятых с различным фокусным расстоянием, либо через специализированный программный алгоритм формирующий картину из 2D изображения с помощью анализа светотеней на объекте наблюденеия. Мы использовали второй метод. Наш эксперимент не предполагал наблюдение за процессом размножения, мы фиксировали только стадийность развития биопленки.
Прошу прощения за досадную ошибку в наименовании рисунков — мы наблюдали процесс биопленкообразования на 1,2,4 и 7-ой день.
Для общей характеристики рассчитанного профиля поверхности программа использует условную цвето-хроматическую шкалу. Конкретных единиц здесь не применяется, но условно 0 это начало отсчета, самая низкая точка, фон; 240 самая высокая точка. По такому же принципу распределен цвет – от красного к фиолетовому.