Influence of disinfectants on growth of biofilm formed by К. pneumoniae strains

Introduction. Currently, the problem of biofilm-associated infections is of great importance, since the classical methods of antibiotic therapy for purulent-inflammatory diseases become ineffective due to the high resistance of pathogens. An urgent task is to find ways to suppress adhesion processes or destroy an already formed biofilm using various disinfectants, enzymes, a combination of antibacterial and other drugs.

Materials and methods. The object of the study is the bacteria Klebsiella pneumoniae isolated from wounds and fistulas of patients with chronic osteomyelitis. Biofilms were cultured for two days in the wells of polystyrene plates and on coverslips. In the control series of the experiment, the biofilm-forming ability of K. pneumoniae strains was studied after 48 hours. In the second series, after 24 hours, the emerging biofilm was exposed to a solution of 3 % hydrogen peroxide, in the third series, with a skin antiseptic, and after 48 hours, the intensity of biofilm formation was assessed. For statistical processing of the obtained data, the Gnumeric 1.12.17 spreadsheet program was used.

Results and its discussion. K. pneumoniae strains had a high biofilm-forming ability. The impact of disinfectants on the emerging biofilm led to a decrease in the optical density in the wells of the plates and the intensity of biofilm formation. On cover slips in the second and third series of the experiment, a decrease in the total proportion of microcolonies and individual adherent cells was observed. Disinfectants (hydrogen peroxide and skin antiseptic) had a bacteriostatic effect on biofilms formed by K. pneumoniae strains. In addition, a bactericidal effect of skin antiseptic on planktonic bacterial cells was found.

Conclusions. The data obtained must be taken into account for the selection of effective disinfectants used in the clinic to prevent the emergence of resistant strains of microbes.

1. Бурнашов С. И., Шипицына И. В., Осипова Е. В. Микрофлора операционных ран и свищей у пациентов с хроническим остеомиелитом большеберцовой кости до реконструктивного лечения, при рецидиве инфекции. Клиническая лабораторная диагностика. 2019. 64 (10): 627–631.

2. Терехова Р. П., Митиш В. А., Пасхалова Ю. С., Складан Г. Е., Прудникова С. А., Блатун Л. А. Возбудители остеомиелита длинных костей и их резистентность. Раны и раневые инфекции. 2016; 3 (2): 24–30.

3. Шипицына И. В., Осипова Е. В., Асташова О. А., Леончук Д. С. Мониторинг ведущих возбудителей остеомиелита и их антибиотикорезистентности. Клиническая лабораторная диагностика. 2020. 65 (9): 562–566.

4. Jerzy K., Francis H. Chronic osteomyelitis – bacterial flora, antibiotic sensitivity and treatment challenges. Open Orthop J. 2018; 12: 153–63. DOI: 10.2174/1874325001812010153.

5. Wyres K. L., Holt K. E. Klebsiella pneumoniae as a key trafficker of drug resistance genes from environmental to clinically important bacteria. Curr. Opin. Microbiol. 2018; 45: 131–9. DOI: 10.1016/j.mib.2018.04.004.

6. Partridge S. R., Kwong S. M., Firth N., Jensen S. O. Mobile genetic elements associated with antimicrobial resistance. Clin. Microbiol.Rev. 2018; 31 (4): e00088–17. DOI: 10.1128/CMR.00088–17.

7. Митрофанов В. Н., Гординская Н. А., Сабирова Е. В., Абрамова Н. В., Карасева Г. Н. Значение микробиологического мониторинга и определения молекулярно-генетических характеристик госпитальной микрофлоры в отделении гнойной остеологии. Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2016; 24 (3): 44–52.

8. Шипицына И. В., Осипова Е. В., Леончук Д. С., Судницын А. С. Мониторинг ведущей грамотрицательной микрофлоры и антибиотикорезистентности при остеомиелите. Гений ортопедии. 2020; 26 (4): 544–547.

9. Чеботарь И. В., Маянский А. Н., Кончакова Е. Д., Лазарева А. В., Чистякова В. П. Антибиотикорезистентность биопленочных бактерий. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012. 14 (1): 51–58.

10. Савилов Е. Д., Анганова Е. В., Носкова О. А., Духанина А. В. Бактериальные биопленки при гнойно-септических инфекциях. Acta Biomedica Scientifica. 2019; 4 (5): 38–42. DOI: 10.29413/ABS.2019–4.5.6. DOI: 10.29413/ABS.2019–4.5.6.

11. Смирнова Т. А., Диденко Л. В., Азизбекян Р. Р., Романова Ю. М. Структурно-функциональная характеристика бактериальных биопленок. Микробиология. 2010. 79 (4): 435–436.

12. Романова Ю. М., Диденко Л. В., Толордава Э. Р. и др. Биопленки патогенных бактерий и их роль в хронизации инфекционного процесса. Поиск средств борьбы с биопленками. Вестник РАМН. 2011. 10: 31–39.

13. Кузнецова М. В. Формирование биопленок нозокомиальными штаммами Pseudomonas aeruginosa. Журн. микробиол. 2011. 4: 8–14.

14. Гренкова Т. А., Селькова Е. П., Гусарова М. П. и др. Контроль за устойчивостью микроорганизмов к антибиотикам, антисептикам и дезинфицирующим средствам. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2014. 1 (74). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kontrol-za-ustoychivostyu-mikroorganizmov-k-antibiotikam-antiseptikam-i-dezinfitsiruyuschim-sredstvam (дата обращения: 13.12.2021).

15. Осипова Е. В., Шипицына И. В. Информационная характеристика микробных биопленок, формируемых in vitro на поверхности покровного стекла клиническими штаммами Klebsiella pneumoniae. Гений ортопедии. 2018. 24 (4): 478–81. DOI: 10.18019/1028–4427–2018–24–4–478–481. (in Russian)

16. Алешукина А. В., Голошова Е. В., Твердохлебова Т. И. Исследование влияния дезинфицирующих средств на биопленкообразующие неферментирующие бактерии. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2020; 1 (205). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-dezinfitsiruyuschih-sredstv-na-bioplenkoobrazuyuschie-nefermentiruyuschie-bakterii (дата обращения: 13.12.2021).

17. Ковалишена О.В., Алебашина Л.А., Саперкин Н. В. Устойчивость Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus к дезинфектантам: систематический обзор. Журнал МедиАль. 2014; 3 (13). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ustoychivost-pseudomonas-aeruginosa-i-staphylococcus-aureus-k-dezinfektantam-sistematicheskiy-obzor (дата обращения: 13.12.2021).

18. Дятлов И. А., Детушева Е. В., Мицевич И. П., Детушев К. В., Подкопаев Я. В., Фурсова Н. К. Чувствительность и формирование устойчивости к антисептикам и дезинфектантам у возбудителей внутрибольничных инфекций. Бактериология. 2017; (2), 2, 48–58.

19. Горовиц Э. С., Гордина Е. М., Поспелова С. В., Алиева Л. О., Щукина В. П. Влияние ципрофлоксацина на 24-часовые биопленки Staphylococcus aureus. Проблемы мед. микологии. 2016; 18 (2): 57.