Journal of microbiology, epidemiology and immunobiologyJournal of microbiology, epidemiology and immunobiologyЖурнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии0372-93112686-7613Central Research Institute for Epidemiology39110.36233/0372-9311-2019-2-55-61ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯUnknownPossibility of using exometabolites Bifidobacterium bifidum № 791 in traumatology and orthopedicsВозможность применения экзометаболитов Bifidobacterium bifidum № 791 в травматологии и ортопедииMarkovA. A.МарковА. А.
Russian Federation

Tyumen.

625023, Тюмень,  ул. Одесская,  54; р.т. (3452)20-21-97.

TimokhinaT. H.ТимохинаТ. Х.
Russian Federation

Tyumen.

Тюмень.

PerunovaN. B.ПеруноваН. Б.
Russian Federation

Orenburg.

Оренбург.

ParomovaYa. I.ПаромоваЯ. И.
Russian Federation

Tyumen.

Тюмень.

IvanovaE. V.ИвановаЕ. В.
Russian Federation

Orenburg.

Оренбург.

Tyumen State Medical UniversityТюменский государственный медицинский университетLimited Liability Company Scientific-Production Innovative Association «Multifunctional Medical Laboratory»ООО Научно-производственное инновационное объединение «Мультифункциональная медицинская лаборатория»Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute for Cellular and Intracellular SymbiosisОренбургский научный центр, Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза,Orenburg Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute for Cellular and Intracellular SymbiosisОренбургский научный центр, Институт клеточного и внутриклеточного симбиозаOrenburg State Medical UniversityОренбургский государственный медицинский университет2207201996255612208201922082019Copyright ©; 2019, Markov A.A., Timokhina T.H., Perunova N.B., Paromova Y.I., Ivanova E.V.Copyright ©; 2019, Марков А.А., Тимохина Т.Х., Перунова Н.Б., Паромова Я.И., Иванова Е.В.2019Markov A.A., Timokhina T.H., Perunova N.B., Paromova Y.I., Ivanova E.V.Марков А.А., Тимохина Т.Х., Перунова Н.Б., Паромова Я.И., Иванова Е.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/391

Aim. To study the effect of exometabolites of Bifidobacterium bifidum on the biological properties of causative agents of purulent-septic complications in trauma and orthopedic practice and to evaluate their effect on reparative bone tissue regeneration in the peri-implant zone in the postoperative period. Materials and methods. Using the museum cultures of B. bifidum 791, S. aureus 25923 ATCC, P. aeruginosa 27853 ATCC and antibiotic-resistant hospital strains, isolated from patients with periprosthetic infection and osteomyelitis (S.aureus 889, S. epidermidis 2041, P. aeruginosa 9672). The supernatant (exometabolites) of B. bifidum 791 was obtained from a broth culture, which was centrifuged and passed through a membrane filter. In studying the effect of exometabolites of bifidobacteria on the proliferative activity of bacteria, the two-day supernatant of B. bifidum was co-incubated for 24 cultures of museum and hospital strains. The biofilm formation in vitro experiment was studied after 24 and 96 hours. Treatment of implants with exometabolites of bifidobacteria was carried out for 30 minutes. Experimental research was carried out on rabbits of breed «Flandr». Titanium implants without coating (control) and with porous SBKFM coating treated with exometabolites of B. bifidum (experiment) were screwed into the tibial bones of animals. Histological examination and computed microtomography were performed using a SkyScan 1172 instrument (BRUKER). Result. Depending on the time of cultivation of bifidobacteria, the supernatant B. bifidum 791 had a bacteriostatic and bactericidal effect to varying degrees, and also inhibited the biofilm formation of the studied microorganism cultures, including antibiotic-resistant strains. In in vivo experiments, the use of porous SBKFM coatings on titanium implants treated with the supernatant of bifidobacteria made it possible to maintain the mineral density indices of the peri-implantation zone at a high level in comparison with the use of control titanium implants without coating. Conclusion. Positive results of preclinical experiments are promising for further clinical research in trauma and orthopedic practice, which ultimately will reduce the risk of developing septic complications and prevent the migration of metal structures and instability of endoprostheses in the postoperative period.

Цель. Изучить влияние экзометаболитов Bifidobacterium bifidum на биологические свойства возбудителей гнойно-септических осложнений в травматолого-ортопедической практике и оценить их воздействие на репаративную регенерацию костной ткани периимплантационной зоны в послеоперационном периоде. Материалы и методы. В работе использованы музейные культуры B. bifidum 791, S. aureus 25923 АТСС, P. aeruginosa 27853 АТСС и антибиотикорезистентные госпитальные изоляты, выделенные от пациентов с перипротезной инфекцией и остеомиелитом (S.aureus 889, S. epidermidis 2041, P. aeruginosa 9672). Супернатант (экзометаболиты) B. bifidum 791 получали из бульонной культуры, которую центрифугировали и пропускали через мембранный фильтр. При исследовании влияния экзометаболитов бифидобактерий на пролиферативную активность бактерий двухсуточный супернатант B. bifidum соинкубировали в течении 24 c культурами музейных и госпитальных штаммов. Формирование биопленки в эксперименте in vitro изучали через 24 и 96 часов. Обработку имплантатов экзометаболитами бифидобактерий осуществляли в течение 30 минут. Экспериментальное исследование проводили на кроликах породы «Фландр». В большеберцовые кости животных вкручивались титановые имплантаты без покрытия (контроль) и с пористым СБКФМ покрытием, обработанным экзометаболитами B. bifidum (опыт). Гистологическое исследование и компьютерная микротомография проводились с использованием прибора SkyScan 1172 (BRUKER). Результаты. Супернатант B. bifidum 791 в зависимости от сроков культивирования бифидобактерий в разной степени оказывал бактериостатическое и бактерицидное действие, а также ингибировал биопленкообразование исследуемых культур микроорганизмов, включая антибиотикорезистентные штаммы. В экспериментах in vivo применение пористого СБКФМ покрытия на титановых имплантатах, обработанного супернатантом бифидобактерий, позволяло сохранять показатели минеральной плотности периимплантационной зоны на высоком уровне в сравнении с использованием контрольных титановых имплантатов без покрытия. Заключение. Положительные результаты доклинических экспериментов перспективны для проведения дальнейших клинических исследований в травматолого-ортопедической практике, что в конечном итоге позволит снизить риск развития гнойно-септических осложнений и предотвратить миграцию металлоконструкций и нестабильность эндопротезов в послеоперационном периоде.

B. bifidum 791biofilms of microorganismsantibiotic-resistant strainstraumatologic-orthopedic practicetitanium implantsB. bifidum 791биопленки микроорганизмовантибиотикорезистентные штаммытравматолого-ортопедическая практикатитановые имплантаты1. Божкова С.А., Тихилов Р.М., Разоренов В.Л. и др. Микробиологические аспекты антибактериальной терапии парапротезной инфекции, вызванной грамположительными возбудителями. Инфекции в хирургии. 2011, 9 (3):31-36.2. Бондаренко В.М., Рыбальченко О.В. Анализ профилактического и лечебного действия пробиотических препаратов с позиций новых научных технологий. Журнал микробиологии. 2015, 2:90-104.3. Бухарин О.В., Перунова Н.Б., Иванова Е.В. Бифидофлора при ассоциативном симбиозе человека: монография. О. В. Бухарин, Н. Б. Перунова, Е.В. Иванова. Екатеринбург, УрО РАН, 2014.4. Бухарин О.В., Лобакова Е.С., Немцева Н.В., Черкасов С.В. Ассоциативный симбиоз. Екатеринбург, УрО РАН, 2007.5. Вахитов Т.Я. Регуляторные функции бактериальных экзометаболитов на внутрипопуляционном и межвидовых уровнях. Дисс. д-ра биол. наук. СПб, 2007.6. Льюис К. Персистирующие клетки и загадка выживания биопленок. Биохимия. 2005, 70(2):327-336.7. Лещишин Я. М. Инфекции области хирургического вмешательства (ИОХВ) в экстренном хирургическом стационаре: распространенность и структура. Многопрофильная больница: проблемы и решения. Ленинск-Кузнецкий, 2011.8. Малков И.С., Шакиров М.И., Пизамутдинов Е.З. и др. Интраоперационная профилактика раневых гнойно-воспалительных осложнений. Казанский медицинский журнал. 2006, 2:108-110.9. Молохова Е.И., Сорокина Ю.В. Разработки отечественных метаболических пробиотиков и их стандартизация. Сибирский медицинский журнал (г. Томск). 2011, 26(1):29-33.10. Постникова Е.А., Ефимов Б.А., Володин Н.Н., Кафарская Л.И. Поиск перспективных штаммов бифидобактерий и лактобацилл для разработки новых биопрепаратов. Журн. микробиол. 2004, 2:64-69.11. Смирнова Т.А., Диденко Л.В., Андреев А.Л., Алексеева Н.В. и др. Электронно-микроскопическое изучение биоплёнок, образуемых бактериями Burkholderia cepacia. Микробиология. 2008, 77(1):63-70.12. Марков А.А., Соколюк А.А. Способ нанесения синтетического биоактивного кальций-фосфатного минерального комплекса на имплантаты медицинского назначения. Патент РФ № 2606366 от 10.01.2017. Бюл. № 1.13. Тарасенко В.С., Никитенко В.И., Стадников А.А. Экспериментально-клиническое обоснование применения споробактерина в комплексном лечении панкреонекроза. Вестн. хирургии им. И.И. Грекова. 2002, 161(1):110-114.14. Тец Г.В. Роль внеклеточной ДНК и липидов матрикса во взаимодействии бактерий биоплёнок с антибиотиками. Дисс. канд. мед. наук. Санкт-Петербург, 2007.15. Toole G.A., Kaplan H.B., Kolter R. Biofilm formation as microbial development. Annu. Rev. Microbiol. 2000, 54:49-79.16. Wald D.S. Wound healing under pathological conditions. Inf. Medicina propraxi. 2002, 10:6-10.