Фенотипические изменения биопленкообразования Escherichia coli при воздействии антибактериальных препаратов и их сочетаний

В работе изучено влияние субингибирующих концентраций фторхинолонов энрофлоксацина и левофлоксацина, а также их комбинации на формирование бактериальных биопленок Escherichia coli при индукции SOS-ответа. Объектом исследования служили 46 клинических изолятов E. coli, выделенных из различных биотопов сельскохозяйственных животных, а также референтный штамм E. coli JW5503 (ΔtolC), несущий флуоресцентную репортерную систему TurboRFP. Биопленкообразование оценивали количественно методом окрашивания генцианвиолетом с последующим измерением оптической плотности, а активацию SOS-ответа у референтного штамма регистрировали при помощи трансиллюминатора и методом люминесцентной микроскопии. Установлено, что у референтного штамма под действием энрофлоксацина оптическая плотность увеличивалась с 0,26 ± 0,05 до 0,500 ± 0,04 (прирост 92,3 %; p < 0,05), при воздействии левофлоксацина — до 0,462 ± 0,06 (прирост 76,9%; p < 0,05), что соответствовало переходу от низкой к средней степени биопленкообразования. При воздействии на исследуемые клинические изоляты энрофлоксацином (0,125 мкг/мл) отмечался максимальный прирост биомассы биопленки на 40,2% (p < 0,01), тогда как левофлоксацин вызывал дозозависимое снижение показателя на 39,8% при концентрации 0,25 мкг/мл (p < 0,01). При комбинированном применении энрофлоксацина и левофлоксацина в отношении клинических изолятов наблюдалось наиболее выраженное усиление биопленкообразования на 61,2% относительно контрольных значений (p < 0,01). Таким образом, субингибирующие концентрации фторхинолонов оказывают разнонаправленное влияние на биопленкообразование E. coli, при этом их комбинация способствует его усилению за счет активации стресс-индуцированных адаптационных механизмов.

1. Антоневский И.В., Плешакова В.И. Структурно-функциональные особенности бактериальных биопленок у сельскохозяйственных животных и объектов животноводческой инфраструктуры. Вестник Омского государственного аграрного университета. 2023; (1): 74–83. https://doi.org/10.48136/2222-0364_2023_1_74

2. Павлова И.Б., Антонова А.Н., Ленченко Е.М. Исследование формирования биопленок патогенными бактериями. Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2016; (2): 63–70. EDN WFBIDF

3. Плотников Ф.В., Мовсесян Н.А., Лептеева Т.Н., Торосян Т.А., Земко В.Ю., Ильин Е.А. Иммунитет и бактериальные биопленки: современное состояние вопроса (обзор литературы). Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2021; 20(3): 7–15. https://doi.org/10.22263/2312-4156.2021.3.7

4. Dhaouadi S. et al. High Biofilm-Forming Ability and Clonal Dissemination among Colistin-Resistant Escherichia coli Isolates Recovered from Cows with Mastitis, Diarrheic Calves, and Chickens with Colibacillosis in Tunisia. Life. 2023; 13(2): 299. https://doi.org/10.3390/life13020299

5. Stanford K., Tran F., Zhang P., Yang X. Biofilm-Forming Capacity of Escherichia coli Isolated from Cattle and Beef Packing Plants: Relation to Virulence Attributes, Stage of Processing, Antimicrobial Interventions, and Heat Tolerance. Applied and Environmental Microbiology. 2021; 87(23): e01126-21. https://doi.org/10.1128/AEM.01126-21

6. Ушаков В.Ю. SOS-система репарации ДНК у бактерий (обзор). Вестник Пермского университета. Серия Биология. 2010; (2): 19–30. EDN OIOGQB

7. Dawan J., Ahn J. Bacterial Stress Responses as Potential Targets in Overcoming Antibiotic Resistance. Microorganisms. 2022; 10(7): 1385. https://doi.org/10.3390/microorganisms10071385

8. Kaushik V., Tiwari M., Tiwari V. Interaction of RecA mediated SOS response with bacterial persistence, biofilm formation, and host response. International Journal of Biological Macromolecules. 2022; 217: 931–943. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.07.176

9. Recacha E. et al. Suppression of the SOS response modifies spatiotemporal evolution, post-antibiotic effect, bacterial fitness and biofilm formation in quinolone-resistant Escherichia coli. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2019; 74(1): 66–73. https://doi.org/10.1093/jac/dky407

10. Gao P. et al. Subinhibitory Concentrations of Antibiotics Exacerbate Staphylococcal Infection by Inducing Bacterial Virulence. Microbiology Spectrum. 2022; 10(4): e00640-22. https://doi.org/10.1128/spectrum.00640-22

11. Ismail A.S. et al. The tradeoffs between persistence and mutation rates at sub-inhibitory antibiotic concentrations in Staphylococcus aureus. Microbiology Spectrum. 2025; 13(4): e02479-24. https://doi.org/10.1128/spectrum.02479-24

12. Stepanović S., Vuković D., Dakić I., Savić B., Švabić-Vlahović M. A modified microtiter-plate test for quantification of staphylococcal biofilm formation. Journal of Microbiological Methods. 2000; 40(2): 175–179. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00122-6

13. Bernardi S. et al. Subinhibitory Antibiotic Concentrations Enhance Biofilm Formation of Clinical Enterococcus faecalis Isolates. Antibiotics. 2021; 10(7): 874. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070874

14. Teichmann L., Luitwieler S., Bengtsson-Palme J., ter Kuile B. Fluoroquinolone-specific resistance trajectories in E. coli and their dependence on the SOS-response. BMC Microbiology. 2025; 25: 37. https://doi.org/10.1186/s12866-025-03771-5

15. Teichmann L., Pasman R., Luitwieler S., Varriale C., Bengtsson-Palme J., Ter Kuile B. Adaptation of Escherichia coli to ciprofloxacin and enrofloxacin: Differential proteomics of the SOS response and RecA-independent mechanisms. International Journal of Antimicrobial Agents. 2025; 65(2): 107420. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2024.107420

16. Balaji K., Thenmozhi R., Pandian S.K. Effect of subinhibitory concentrations of fluoroquinolones on biofilm production by clinical isolates of Streptococcus pyogenes. The Indian Journal of Medical Research. 2013; 137(5): 963–971.

17. Brothers K.M. et al. Dose optimization in surgical prophylaxis: subinhibitory dosing of vancomycin increases rates of biofilm formation and the rates of surgical site infection. Scientific Reports. 2023; 13: 4593. https://doi.org/10.1038/s41598-023-30951-y

18. Podlesek Z., Žgur Bertok D. The DNA Damage Inducible SOS Response Is a Key Player in the Generation of Bacterial Persister Cells and Population Wide Tolerance. Frontiers in Microbiology. 2020; 11: 1785. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01785

19. Ching C., Orubu E.S.F., Sutradhar I., Wirtz V.J., Boucher H.W., Zaman M.H. Bacterial antibiotic resistance development and mutagenesis following exposure to subinhibitory concentrations of fluoroquinolones in vitro: a systematic review of the literature. JAC-Antimicrobial Resistance. 2020; 2(3): dlaa068. https://doi.org/10.1093/jacamr/dlaa068

20. Bernier S.P. et al. Starvation, Together with the SOS Response, Mediates High Biofilm-Specific Tolerance to the Fluoroquinolone Ofloxacin. PLOS Genetics. 2013; 9(1): e1003144. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003144