Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology120310.36233/0372-9311-268eibqqiORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleAntibiotic sensitivity of cholera vibrions in biofilms formed on various substratesАнтибиотикочувствительность холерных вибрионов в сложных биоплёнках, сформированных на различных субстратахhttps://orcid.org/0000-0002-0008-4705SelyanskayaNadezhda A.СелянскаяНадежда Александровна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), senior researcher, Department of microbiology of cholera and other acute intestinal infections

к.м.н., с.н.с. отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

ppdn@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7831-841XTitovaSvetlana V.ТитоваСветлана Викторовна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), leading researcher, Department of natural focal infections

к.м.н., в.н.с. отдела природно-очаговых инфекций

svetatitova@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6003-4283MenshikovaElena A.МеньшиковаЕлена Аркадьевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), senior researcher, Department of microbiology of cholera and other acute intestinal infections

к.б.н., с.н.с. отдела микробиологии холеры и других острых кишечных инфекций

super.monika2007@yandex.ruRostov-on-Don Anti-Plague InstituteРостовский-на-Дону противочумный институт Роспотребнадзора22052023100218819515042022Copyright ©; 2023, Selyanskaya N.A., Titova S.V., Menshikova E.A.Copyright ©; 2023, Селянская Н.А., Титова С.В., Меньшикова Е.А.2023Selyanskaya N.A., Titova S.V., Menshikova E.A.Селянская Н.А., Титова С.В., Меньшикова Е.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/1203

Introduction. Evaluation of antibiotic sensitivity of biofilms formed by Vibrio cholerae can help in the search for effective drugs to combat cholera.

The aim of the work is to evaluate the effectiveness of antibacterial drugs against V. cholerae cells being a part of a polymicrobial biofilm formed on various substrates.

Materials and methods. Mono- and polymicrobial biofilms were simulated in vitro on chitin and plastic in flasks containing tap autoclaved water contaminated with a suspension of 104 microbial cells of three strains of V. cholerae O1 El Tor separately or in combination with Escherichia coli QD 5003.

Results. When being a part of mono- or polymicrobial bacterial communities formed by the studied strains on chitin or plastic, the V. cholerae and E. coli cells were less susceptible to the action of antibacterial drugs.

Conclusion. The increased antibiotic resistance of V. cholerae biofilms formed on biotic and abiotic surfaces highlights the danger of their spread and preservation in the environment, creates additional problems regarding the use of antibiotics and requires the development of alternative strategies to reduce resistance.

Введение. Изучение антибиотикочувствительности биоплёнок холерных вибрионов может помочь в поиске эффективных препаратов для борьбы с холерой.

Цель работы — оценить эффективность антибактериальных препаратов в отношении клеток Vibrio cholerae в составе полимикробной биоплёнки, образованной на различных субстратах.

Материалы и методы. Проводили моделирование моно- и полимикробных биоплёнок in vitro на хитине и пластике во флаконах с водопроводной автоклавированной водой, контаминированных взвесью 104 микробных клеток трёх штаммов V. cholerae О1 El Tor отдельно и в сочетании с Escherichia coli QD 5003.

Результаты. В составе моно- и полимикробных бактериальных сообществ, образованных изучаемыми штаммами на хитине или на пластике, клетки холерных вибрионов и кишечной палочки оказались менее восприимчивы к действию антибактериальных препаратов.

Заключение. Повышенная антибиотикоустойчивость биоплёнок холерных вибрионов, образованных на биотических и абиотических поверхностях, подчёркивает опасность их распространения и сохранения в окружающей среде, создаёт дополнительные проблемы в отношении использования антибиотиков и требует разработки альтернативных стратегий снижения резистентности.

antibiotic resistancebiofilmV. choleraeантибиотикорезистентностьбиоплёнкахолерный вибрионSilva A.J., Benitez J.A. Vibrio cholerae biofilms and cholera pathogenesis. PLoS Negl. Trop. Dis. 2016;10(2):e0004330. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004330Laverty A.L., Primpke S., Lorenz C., et al. Bacterial biofilms colonizing plastics in estuarine waters, with an emphasis on Vibrio spp. and their antibacterial resistance. PLoS One. 2020;15(8):e0237704. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004330Марков Е.Ю., Куликалова Е.С., Урбанович Л.Я. и др. Хитин и продукты его гидролиза в экологии Vibrio cholerae. Обзор. Биохимия. 2015;80(9):1334–43. Markov E.Yu., Kulikalova E.S., Urbanovich L.Yа., et al. Chitin and products of its hydrolysis in Vibrio cholerae ecology. Biochemistry (Moscow). 2015;80(9):1109–16. DOI: https://doi.org/10.1134/S0006297915090023 EDN: https://www.elibrary.ru/uzzknbTamayo R., Patimalla B., Camilli A. Growth in a biofilm induces a hyperinfectious phenotype in Vibrio cholerae. Infect. Immun. 2010;78(8):3560–9. DOI: https://doi.org/10.1128/IAI.00048-10Sun S., Tay Q.X.M., Kjelleberg S., et al. Quorum sensing-regulated chitin metabolism provides grazing resistance to Vibrio cholerae biofilms. ISME J. 2015;9(8):1812–20. DOI: https://doi.org/10.1038/ismej.2014.265Rao H., Choo S., Mahalingam S.R.R., et al. Approaches for mitigating microbial biofilm-related drug resistance: a focus on micro- and nanotechnologies. Molecules. 2021;26(7):1870. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules 26071870Chavez-Doza A., Gorman C., Erken M., Steinberg P.D., McDougald D., Nishiguchi M.K. Predation response of Vibrio fischeri biofilms to bacterivorus protists. Appl. Environ. Microbiol. 2013;79(2):553–58. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.02710-12Chen P., Wang J., Hong B., et al. Characterization of mixed-species biofilm formed by Vibrio parahaemolyticus and Listeria monocytogenes. Front. Microbiol. 2019;10:2543. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02543Титова С.В., Веркина Л.М. Моделирование биопленок холерных вибрионов на твердых поверхностях (стекле и пластике) и их визуализация в световом и люминесцентном микроскопах. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 61(4):238–41. Titova S.V., Verkina L.M. The modeling of biofilms of comma bacillus on solid surfaces (glass and plastic) and their visualization in light and luminescent microscopes. Clinical Laboratory Diagnostics. 2016; 61(4):238–41. DOI: https://doi.org/10.18821/0869-2084-2016-61-4-238-241 EDN: https://www.elibrary.ru/vzgykdСпособ моделирования биоплёнок, формируемых V. cholerae О1 серогрупп на поверхности хитина. Патент РФ 2018103604; 2019. A method for modeling biofilms formed by V. cholerae O1 serogroup on the chitin surface. Patent RF 2018103604; 2019.Методические указания МУК 4.2.2495–09. Определение чувствительности возбудителей опасных бактериальных инфекций (чума, сибирская язва, холера, туляремия, бруцеллёз, сап, мелиоидоз) к антибактериальным препаратам. М.; 2009. Methodological guidelines of MUC 4.2.2495–09. Determination of the sensitivity of pathogens of dangerous bacterial infections (plague, anthrax, cholera, tularemia, brucellosis, sap, melioidosis) to antibacterial drugs. Moscow; 2009.Методические указания МУК 4.2.3745-22. Методы лабораторной диагностики холеры. М.; 2022. Methodical instructions of the FLOUR 4.2.3745-22. Methods of laboratory diagnosis of cholera. Moscow; 2022.EUCAST «Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам. Версия 2021–01». EUCAST «Determination of the sensitivity of microorganisms to antimicrobial drugs. Version 2021–01».Водопьянов С.О., Веркина Л.М., Водопьянов А.С. и др. Анализ внутривидовой конкуренции в биопленке Vibrio cholerae классического и эльтор биоваров с помощью Indel-маркеров. В кн.: Молекулярная диагностика – 2017. Сборник трудов IХ Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. М.;2017;1:300–1. Vodop'yanov S.O., Verkina L.M., Vodop'yanov A.S., et al. Analysis of intraspecific competition in the biofilm of Vibrio cholerae of classical and eltor biovars using Indel markers. In: Molecular Diagnostics – 2017. Proceedings of the IV All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation. Moscow; 2017;1:300–1.Меньшикова Е.А., Курбатова Е.М., Водопьянов С.О. и др. Межродовая конкуренция при формировании сложной биоплёнки Vibrio cholerae и аутохтонной микрофлоры водоемов на хитиновом панцире речного рака. Бактериология. 2019;4(1):50–3. Men'shikova E.A., Kurbatova E.M., Vodop'yanov S.O., et al. Intergenus competition in the formation of a complex biofilm of Vibrio cholerae and autokhtonic microflora of waters on the chitin panzer of crayfish. Bacteriology. 2019;4(1):50–3. DOI: https://doi.org/10.20953/2500-1027-2019-1-50-53 EDN: https://www.elibrary.ru/rwdhvgМеньшикова Е.А., Курбатова Е.М., Водопьянов С.О. и др. Оценка способности холерных вибрионов формировать биоплёнку на поверхности хитинового панциря речного рака. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021;98(4):434–9. Men'shikova E.A., Kurbatova E.M., Vodop'yanov S.O., et al. Evaluation of the ability of cholera vibrios to form a biofilm on the surface of the chitinous shell of a crayfish by real-time PCR. Journal of Microbiology Epidemiology and Immunobiology. 2021;98(4):434–9. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-99 EDN: https://www.elibrary.ru/rvujzpLutz C., Erken M., Noorian P., et al. Environmental reservoirs and mechanisms of persistence of Vibrio cholerae. Front. Microbiol. 2013;4:375. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00375Gupta P., Mankere B., Keloth S.C., et al. Increased antibiotic resistance exhibited by the biofilm of Vibrio cholerae O139. J. Antimicrob. Chemother. 2018;73(7):1841–7. DOI: https://doi.org/10.1093/jac/dky127Abriat C., Enriquez K., Virgilio N., et al. Mechanical and microstructural insights of Vibrio cholerae and Escherichia coli dual-species biofilm at the air-liquid interface. Colloids Surf. B Biointerfaces. 2020;188:110786. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.110786Chavez-Dozal A., Gorman C., Erken M., et al. Predation response of Vibrio fischeri biofilms to bacterivorus protists. Appl. Environ. Microbiol. 2013;79(2):553–8. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.02710-12Giacomucci S., Cros C.D., Perron X., et al. Flagella-dependent inhibition of biofilm formation by sub-inhibitory concentration of polymyxin B in Vibrio choleraе. PLoS One. 2019;14(8):e0221431. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221431Zhang K., Li X., Yu C., Wang Y. Promising therapeutic strategies against microbial biofilm challenges. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020;10:359. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00359Kean R., Delaney C., Sherry L., et al. Transcriptome assembly and profiling of Candida auris reveals novel insights into biofilm-mediated resistance. mSphere. 2018;3(4):00334-18. DOI: https://doi.org/10.1128/mSphere.00334-18Laverty A.L., Primpke S., Lorenz C., et al. Bacterial biofilms colonizing plastics in estuarine waters, with an emphasis on Vibrio spp. and their antibacterial resistance. PLoS One. 2020;5(8):e0237704. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0237704Virolle C., Goldlust K., Djermoun S., et al. Plasmid transfer by conjugation in gram-negative bacteria: from the cellular to the community level. Genes (Basel). 2020;11(11):1239. DOI: https://doi.org/10.3390/genes11111239Penesyan A., Paulsen I.T., Gillings M.R., et al. Secondary effects of antibiotics on microbial biofilms. Front. Microbiol. 2020;11:2109. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.02109Sanchez-Vizuete P., Orgaz B., Aymerich S., et al. Pathogens protection against the action of disinfectants in multispecies biofilms. Front. Microbiol. 2015;6:705. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00705Giaouris E., Heir E., Desvaux M., et al. Intra- and inter-species interactions within biofilms of important foodborne bacterial pathogens. Front. Microbiol. 2015;6:841. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00841Liu W. Z., Russel J., Burmolle M., et al. Micro-scale intermixing: a requisite for stable and synergistic co-establishment in a four-species biofilm. ISME J. 2018;12(8):1940–51. DOI: https://doi.org/10.1038/s41396-018-0112-2Ramirez-Mora T., Retana-Lobo C., Valle-Bourrouet G. Biochemical characterization of extracellular polymeric substances from endodontic biofilms. PLoS One. 2018;13(11):e0204081. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204081Wang H., Li F., Xu L., et al. Contributions of Escherichia coli and its motility to the formation of dual-species biofilms with Vibrio cholerae. Appl. Environ. Microbiol. 2021;87(18):e0093821. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.00938-21