Влияние электромагнитного излучения на формирование биопленок

Учебные материалы по биологии / Влияние физических факторов на фенотипические свойства микроорганизмов / Влияние электромагнитного излучения на формирование биопленок

Страница 1

Важность исследований биологического действия электромагнитного излучения в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. С каждым годом растет число публикаций в этом научном направлении, и появляются все новые и новые идеи использования электромагнитного излучения в медицинских и биотехнологических приложениях.

Одним из актуальных направлений современной электромагнитобиологии является исследование физико-химических механизмов действия электромагнитного излучения на биологические системы различного уровня организации. Некоторые электромагнитные излучения (ЭМИ) хорошо известны и давно используются, например, ультравысокочастотное (УВЧ), сверхвысокочастотное (СВЧ), инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ) излучения. ЭМИ других частотных диапазонов, например, крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ), исследуются и применяются сравнительно недавно.

Менее всего оказался изучен в этом плане терагерцовый диапазон. Освоение так называемой «терагерцовой щели» в спектре электромагнитных волн, расположенной между инфракрасным и микроволновым диапазонами, привлекает к себе большое внимание исследователей, что связано с перспективами широкого применения терагерцового излучения в фундаментальных и прикладных исследованиях.[11]

Терагерцовый диапазон частот интересен, прежде всего тем, что именно в нем находятся молекулярные спектры излучения и поглощения (МСПИ) различных клеточных метаболитов (NO, CO, активные формы кислорода и др.).

Одной из проблем в освоении терагерцового диапазона является создание достаточно интенсивных и компактных источников когерентного излучения в этом диапазоне. Создание генераторов, работающих на частоте спектров поглощения и излучения биологически активных молекул, открывает новые перспективы в практическом использовании электромагнитных волн. Изучение биологических эффектов ТГЧ-излучения представляет значительный интерес как для теоретической, так и для практической медицины. Наибольший интерес вызывает электромагнитное излучение на частотах МСПИ оксида азота и атмосферного кислорода.

Открытие и изучение биопленок является одним из наиболее важных достижений медицинской и клинической микробиологии последних 20 лет. Все представители нормальной микрофлоры в организме человека существуют в составе биопленок. С их образования также начинается развитие любой инфекции [9].

Существование бактерий внутри биопленок обеспечивает им много преимуществ по сравнению с изолированными клетками. Для практической медицины особенно важно, что бактерии в биопленках обладают повышенной выживаемостью в присутствии агрессивных веществ, факторов иммунной защиты и антибиотиков. Бактерии и грибы в биопленках выживают в присутствии антибиотиков в количествах в 500-1000 раз больших, чем их минимальная подавляющая концентрация invitro [11].

В настоящее время идет интенсивное изучение причин такой удивительной устойчивости бактерий к антибиотикам в биопленках. Установлено, что в основе повышенной выживаемости лежат свойства клеток и внеклеточного матрикса. Устойчивость, обусловленную свойствами клеток биопленок, связывают с уменьшением их свободной поверхности за счет контактов друг с другом и формированием в популяции особых клеток, получивших название «персистеры». Персистеры находятся в состоянии полной устойчивости практически ко всем препаратам.

В последнее время установлено, что более чем в 80 % случаев инфекционные поражения организма проходят в форме биопленочной инфекции.