Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology1903610.36233/0372-9311-731FICDRGORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleThe efficacy of bacteriophages in destroying biofilms on urinary catheters in experimental in vitro and in vivo modelsЭффективность применения бактериофагов для деструкции биоплёнок на мочевых катетерах в экспериментальных моделях in vitro и in vivohttps://orcid.org/0000-0002-6890-8096AslanovBatyrbek I.АслановБатырбек Исмелович
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Professor, Director, Institute of Preventive Medicine, Head, Department of epidemiology, parasitology and disinfection, North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov; leading researcher, Biotechnology depatment, Smorodintsev Research Institute of Influenza

д-р мед. наук, профессор, директор Института профилактической медицины, зав. каф. эпидемиологии, паразитологии и дезинфектологии СЗГМУ им. И.И. Мечникова; в. н. с отдела биотехнологии НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева

batyrbek.aslanov@szgmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1919-4725KonevSergei D.КоневСергей Дмитриевич
Russian Federation

Head, Epidemiology department, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies

начальник отдела эпидемиологии Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

sd-konev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3600-2377MakarovaMaria A.МакароваМария Александровна
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, leading researcher, Head, Laboratory of intestinal infections, Saint Petersburg Pasteur Institute; Professor, Department of medical microbiology, North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

д-р мед. наук, доцент, в. н. с., зав. лаб. кишечных инфекций Санкт-Петербургского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пастера; профессор каф. медицинской микробиологии СЗГМУ им. И.И. Мечникова

makmaria@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6255-0193GadzhievNariman K.ГаджиевНариман Казиханович
Russian Federation

D. Sci. (Med.), urologist, deputy chief physician, Medical department (Urology), N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies; Professor, Urology department, Medical Institute, Saint Petersburg State University

д-р мед. наук, врач-уролог, заместитель главного врача по медицинской части (урология) Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова СПбГУ; профессор каф. урологии Медицинского института СПбГУ

nariman.gadjiev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8514-5510GorgotskyIvan A.ГоргоцкийИван Александрович
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), urologist, deputy chief physician for outpatient clinical care, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies; Associate Professor, Urology department, Medical Institute, Saint Petersburg State University

канд. мед. наук, врач-уролог, зам. главного врача по амбулаторно-поликлинической работе Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова СПбГУ; доцент каф. урологии Медицинского института СПбГУ

igorgotsky@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9916-6232KulyashAlexey G.КуляшАлексей Геннадьевич
Russian Federation

Head, Laboratory of molecular genetic research, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies

зав. лаб. молекулярно-генетических исследований Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

kulyash_patolog@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8403-8342RozhkovanKonstantin V.РожкованКонстантин Васильевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), biologist, Laboratory of molecular genetic research, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies

канд. биол. наук, биолог лаб. молекулярно-генетических исследований Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

tomcat-27@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3295-8411VasyutinaMarina L.ВасютинаМарина Львовна
Russian Federation

researcher, Laboratory of bioprosthetics and cardioprotection, Institute of Experimental Medicine

н. с. НИЛ биопротезирования и кардиопротекции Института экспериментальной медицины

raluwow@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7155-1078MurashovaLada A.МурашоваЛада Александровна
Russian Federation

junior researcher, Research on neurogenesis and neurodegenerative diseases

м. н. с. НИЛ нейрогенеза и нейродегенеративных заболеваний

barbosachka85@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1058-3452LoshachenkoAnton S.ЛошаченкоАнтон Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Phys., Math.), Director, Interdisciplinary Resource Center for Nanotechnology

канд. физ.-мат. наук, директор Междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии»

a.loshachenko@spbu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9862-1387BryukhanovaVera V.БрюхановаВера Владимировна
Russian Federation

engineer, Interdisciplinary Resource Center for Nanotechnology

инженер Междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии»

verabryu@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9758-0053RybalchenkoOksana V.РыбальченкоОксана Владимировна
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Professor, Department of physiology

д-р мед. наук, профессор каф. физиологии

o.rybalchenko@spbu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7707-1710BondarenkoAnton S.БондаренкоАнтон Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Phys., Math.), technical director

канд. физ.-мат. наук, технический директор

bond.anton@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2595-2249KonstantinovaAnastasia M.КонстантиноваАнастасия Михайловна
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Head, Department of pathology, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies

д-р мед. наук, доцент, зав. патологоанатомическим отделением № 2, врач-патологоанатом Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

anastasia.konstantynova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5252-483XGalkovskyBoris E.ГальковскийБорис Эдуардович
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), pathologist, Department of pathology, N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies

канд. мед. наук, врач-патологоанатом патолого-анатомического отделения № 2 Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова

mrc4se@gmail.comNorth-Western State Medical University named after I.I. MechnikovФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Минздрава РоссииSmorodintsev Research Institute of InfluenzaФГБУ «НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева» Минздрава РоссииSaint Petersburg State UniversityФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»Saint Petersburg Pasteur InstituteФБУН «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Пастера» РоспотребнадзораAlmazov National Medical Research CentreФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава РоссииScientific Technologies and Service LLCООО «Научные технологии и сервис»ruen29122025202510267027182301202623012026Received:23012026Accepted:23012026Published:29122025Copyright ©; 2025, Aslanov B.I., Konev S.D., Makarova M.A., Gadzhiev N.K., Gorgotsky I.A., Kulyash A.G., Rozhkovan K.V., Vasyutina M.L., Murashova L.A., Loshachenko A.S., Bryukhanova V.V., Rybalchenko O.V., Bondarenko A.S., Konstantinova A.M., Galkovsky B.E.Copyright ©; 2025, Асланов Б.И., Конев С.Д., Макарова М.А., Гаджиев Н.К., Горгоцкий И.А., Куляш А.Г., Рожкован К.В., Васютина М.Л., Мурашова Л.А., Лошаченко А.С., Брюханова В.В., Рыбальченко О.В., Бондаренко А.С., Константинова А.М., Гальковский Б.Э.2025Aslanov B.I., Konev S.D., Makarova M.A., Gadzhiev N.K., Gorgotsky I.A., Kulyash A.G., Rozhkovan K.V., Vasyutina M.L., Murashova L.A., Loshachenko A.S., Bryukhanova V.V., Rybalchenko O.V., Bondarenko A.S., Konstantinova A.M., Galkovsky B.E.Асланов Б.И., Конев С.Д., Макарова М.А., Гаджиев Н.К., Горгоцкий И.А., Куляш А.Г., Рожкован К.В., Васютина М.Л., Мурашова Л.А., Лошаченко А.С., Брюханова В.В., Рыбальченко О.В., Бондаренко А.С., Константинова А.М., Гальковский Б.Э.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/19036

Introduction. The formation of biofilms by healthcare-associated infection (HAI) pathogens on invasive medical devices is an increasingly urgent problem in clinical practice. Microbial biofilms contribute to persistent infections, complicate treatment, increase healthcare costs, and reduce the quality of patient care. The resistance of biofilm-embedded bacteria to antibiotics is a key factor in chronic and recurrent infections. In this context, bacteriophages may serve as a promising therapeutic agent against bacterial infections, including those caused by biofilm-forming microorganisms.

Objective. To assess the efficacy of lytic bacteriophages in disrupting microbial biofilms on urinary catheters using in vitro and in vivo experimental models.

Materials and methods. The study employed microbiological, morphological, and electron microscopy techniques. In vitro, biofilms were cultured on urinary catheter surfaces and subsequently treated with bacteriophages. For the in vivo model, catheter-associated urinary tract infection (CAUTI) was induced in mice, which were then divided into experimental and control groups. Bacteriophages were administered transurethrally.

Results. In the in vitro model, bacteriophages effectively disrupted biofilms, inducing bacterial cell lysis and degradation of the exopolysaccharide matrix. In the in vivo experiments, mice treated with bacteriophages exhibited regression of CAUTI, as confirmed by morphological and bacteriological analyses. Electron microscopy revealed biofilm destruction on 5 out of 6 catheters. In contrast, the positive control group showed progressive infection, while no biofilm formation was observed in the negative controls.

Conclusions. The findings from both in vitro and in vivo experiments demonstrate that bacteriophages are capable of degrading biofilms and may represent an effective therapeutic strategy against biofilm-associated HAIs.

Введение. Проблема формирования биоплёнок возбудителями инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП), на инвазивных устройствах, применяющихся в медицинской практике, в настоящее время приобретает высокую актуальность. Существование микроорганизмов — возбудителей инфекций в виде биоплёнок создаёт большие проблемы в медицинской практике, наносит экономический ущерб и снижает качество оказания медицинской помощи. Формированием биоплёнок объясняются причины длительно протекающих инфекционных заболеваний, не поддающихся антибиотикотерапии. В сложившихся условиях одним из эффективных компонентов борьбы с бактериальными инфекциями, в том числе вызванными биоплёночными формами микроорганизмов, может явиться использование бактериофагов.

Цель работы — оценить эффективность применения литических бактериофагов для деструкции микробных биоплёнок на мочевых катетерах в экспериментальных моделях in vitro и in vivo.

Материалы и методы. В работе применяли микробиологические, морфологические и электронно-микроскопические методы. In vitro моделировали биоплёнки на поверхности мочевых катетеров с последующим добавлением бактериофагов. In vivo моделировали катетер-ассоциированную инфекцию мочевыводящих путей (КА-ИМП) у мышей, разделённых на опытную и контрольные группы, с последующим трансуретральным введением бактериофагов.

Результаты. В экспериментальной модели in vitro бактериофаги разрушали биоплёнки, вызывая лизис клеток и деструкцию экзополисахаридного матрикса. In vivo у мышей опытной группы наблюдался регресс течения КА-ИМП, подтверждённый морфологическими и бактериологическими исследованиями. Электронная микроскопия выявила деструкцию биоплёнок на 5 из 6 катетеров. В группе положительного контроля инфекция прогрессировала, в отрицательном контроле биоплёнки отсутствовали.

Выводы. Результаты проведённых экспериментальных исследований in vitro и in vivo продемонстрировали, что бактериофаги способны разрушать биоплёнки и могут быть эффективным средством для борьбы с ИСМП, вызванными микроорганизмами, формирующими биоплёнки.

bacteriophagesbiofilmsbiofilm forms of microorganismshealthcare-associated infectionscatheter-associated urinary tract infectionsoptical densityscanning electron microscopyбактериофагибиоплёнкибиоплёночные формы микроорганизмовинфекции, связанные с оказанием медицинской помощикатетер-ассоциированные инфекции мочевыводящих путейоптическая плотностьсканирующая электронная микроскопияRussian Science FoundationРоссийский научный фонд24-15-20022St. Petersburg Science FoundationСанкт-Петербургский научный фонд24-15-20022Chinemerem Nwobodo D., Ugwu M.C., Oliseloke Anie C., et al. Antibiotic resistance: The challenges and some emerging strategies for tackling a global menace. J. Clin. Lab. Anal. 2022;36(9):e24655. DOI: https://doi.org/10.1002/jcla.24655Assefa M., Amare A. Biofilm-associated multi-drug resistance in hospital-acquired infections: a review. Infect. Drug. Resist. 2022;15:5061–8. DOI: https://doi.org/10.2147/IDR.S379502Sharma S., Mohler J., Mahajan S.D., et al. Microbial biofilm: a review on formation, infection, antibiotic resistance, control measures, and innovative treatment. Microorganisms. 2023;11(6): 1614. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms11061614Shree P., Singh C.K., Sodhi K.K., et al. Biofilms: understanding the structure and contribution towards bacterial resistance in antibiotics. Med. Microecol. 2023;16(5):100084. DOI: https://doi.org/10.1016/j.medmic.2023.100084Grooters K.E., Ku J.C., Richter D.M., et al. Strategies for combating antibiotic resistance in bacterial biofilms. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;14:1352273. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1352273Конев С.Д., Асланов Б.И., Ширай О.В. и др. Эпидемиологическая характеристика инфекций, вызванных биопленочными формами микроорганизмов, у пациентов с инвазивными медицинскими устройствами. Инфекционные болезни. 2025;23(2):53–60. Konev S.D., Aslanov B.I., Shirai O.V., et al. Epidemiological characterization of infections caused by biofilm-forming microorganisms in patients with invasive medical devices. Infectious Diseases. 2025;23(2):53–60. DOI: https://doi.org/10.20953/1729-9225-2024-4-21-25 EDN: https://elibrary.ru/lafcmsJamal M., Ahmad W., Andleeb S., et al. Bacterial biofilm and associated infections. J. Chin. Med. Assoc. 2018;81(1):7–11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcma.2017.07.012Stewart P.S., Bjarnsholt T. Risk factors for chronic biofilm-related infection associated with implanted medical devices. Clin. Microbiol. Infect. 2020;26(8):1034–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmi.2020.02.027Muteeb G., Rehman M.T., Shahwan M., Aatif M. Origin of antibiotics and antibiotic resistance, and their impacts on drug development: a narrative review. Pharmaceuticals (Basel). 2023;16(11):1615. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16111615Gliźniewicz M., Miłek D., Olszewska P., et al. Advances in bacteriophage-mediated strategies for combating polymicrobial biofilms. Front. Microbiol. 2024;14:1320345. DOI: https://doi.org/11.3389/fmicb.2023.1320345Liu S., Lu H., Zhang S., et al. Phages against pathogenic bacterial biofilms and biofilm-based infections: a review. Pharmaceutics. 2022;14(2):427. DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14020427O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis. Mol. Microbiol. 1998;28(3):449–61. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1998.00797.xКонев С.Д. Адаптированный метод выявления биопленок на инвазивных устройствах, применяемых в урологической практике. Материалы конференции «Эйхвальдские чтения-2023». СПб.;2023. Konev S.D. An adapted method for detecting biofilms on invasive devices used in urological practice. In: Proceedings of the Conference «Eichwald Readings-2023». St. Petersburg;2023. EDN: https://elibrary.ru/cztntvConover M.S., Flores-Mireles A.L., Hibbing M.E., et al. Establishment and characterization of UTI and CAUTI in a mouse model. J. Vis. Exp. 2015;23:(100):e52892. DOI: https://doi.org/10.3791/52892Асланов Б.И., Конев С.Д., Куляш А.Г. и др. Метод быстрой идентификации биопленок на инвазивных устройствах, применяемых в урологической практике. В кн.: Профилактическая медицина — 2022: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. СПб.;2022:22–6. Aslanov B.I., Konev S.D., Kulyash A.G., et al. Method fast identification of biofilms on invasive devices used in urological practice. In: Preventive Medicine — 2022: Collection of Scientific Papers of the All-Russian Scientific and Practical Conference with the Participation. St. Petersburg; 2022:22–6. EDN: https://elibrary.ru/zdwtqcDagnaes-Hansen F., Kilian M., Fuursted K. Septicaemia associated with an Aerococcus viridans infection in immunodeficient mice. Lab. Anim. 2004;38(3):321–5. DOI: https://doi.org/10.1258/002367704323133718Gryaznova M., Smirnova Y., Burakova I., et al. Effect of probiotic bacteria on the gut microbiome of mice with lipopolysaccharide-induced inflammation. Microorganisms. 2024;12(7):1341. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms12071341Zalewska-Piątek B. Phage therapy — challenges, opportunities and future prospects. Pharmaceuticals (Basel). 2023; 16(12):1638. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16121638Li X., He Y., Wang Z., et al. A combination therapy of phages and antibiotics: two is better than one. Int. J. Biol. Sci. 2021;17(13):3573–82. DOI: https://doi.org/10.7150/ijbs.60551Gomes Dallepiane F., Alejandro Coimbra Nogueira M., Menezes Dos Anjos L., et al. Bacteriophages as potential therapeutic agents in the control of bacterial infections. EXCLI J. 2025;24:524–6. DOI: https://doi.org/10.17179/excli2025-8145Tian F., Li J., Nazir A., et al. Bacteriophage — a promising alternative measure for bacterial biofilm control. Infect. Drug Resist. 2021;14:205–17. DOI: https://doi.org/10.2147/IDR.S290093Kovacs C.J., Rapp E.M., McKenzie S.M., et al. Disruption of biofilm by bacteriophages in clinically relevant settings. Mil. Med. 2024;189(5-6):e1294–302. DOI: https://doi.org/10.1093/milmed/usad385Mayorga-Ramos A., Carrera-Pacheco S.E., Barba-Ostria C., et al. Bacteriophage-mediated approaches for biofilm control. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;14:1428637. DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1428637Zurabov F., Glazunov E., Kochetova T., et al. Bacteriophages with depolymerase activity in the control of antibiotic resistant Klebsiella pneumoniae biofilms. Sci. Rep. 2023;13:15188. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-42505-3Pallavali R.R., Degati V.L., Narala V.R., et al. Lytic bacteriophages against bacterial biofilms formed by multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, and Staphylococcus aureus isolated from burn wounds. Phage (New Rochelle). 2021;2(3):120–30. DOI: https://doi.org/10.1089/phage.2021.0004Chen W., Han L.M., Chen X.Z., et al. Engineered endolysin of Klebsiella pneumoniae phage is a potent and broad-spectrum bactericidal agent against "ESKAPEE" pathogens. Front. Microbiol. 2024;15:1397830. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1397830Shahed-Al-Mahmud M., Roy R., Sugiokto F.G., et al. Phage φAB6-borne depolymerase combats Acinetobacter baumannii biofilm formation and infection. Antibiotics (Basel). 2021;10(3):279. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics10030279Fu W., Forster T., Mayer O., et al. Bacteriophage cocktail for the prevention of biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa on catheters in an in vitro model system. Antimicrob. Agents Chemother. 2010;54(1):397–404. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.00669-09Curtin J.J., Donlan R.M. Using bacteriophages to reduce formation of catheter-associated biofilms by Staphylococcus epidermidis. Antimicrob. Agents Chemother. 2006;50(4):1268–75. DOI: https://doi.org/10.1128/AAC.50.4.1268-1275.2006Cieślik M., Bagińska N., Górski A., et al. Animal models in the evaluation of the effectiveness of phage therapy for infections caused by gram-negative bacteria from the ESKAPE group and the reliability of its use in humans. Microorganisms. 2021;9(2):206. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms9020206Mehmood Khan F., Manohar P., Singh Gondil V., et al. The applications of animal models in phage therapy: an update. Hum. Vaccin. Immunother. 2023;19(1):2175519. DOI: https://doi.org/10.1080/21645515.2023.2175519Singh A.N., Singh A., Nath G. Evaluation of bacteriophage cocktail on urinary tract infection caused by colistin-resistant Klebsiella pneumoniae in mice model. J. Glob. Antimicrob. Resist. 2024;39:41–53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jgar.2024.07.019