Фагоцитоз и окислительная активность нейтрофилов при взаимодействии с биопленками уропатогенных Escherichia coli

Развитие рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей (ИМП) связано, в первую очередь, со способностью Escherichia coli образовывать биопленки. Взаимодействие нейтрофилов, факторов врожденного иммунитета с микроорганизмами в биопленках затруднено по сравнению с планктонными формами из-за отсутствия прямого контакта, а также из-за антифагоцитарного действия внеклеточного матрикса биопленок. Цель данного исследования – оценка фагоцитарной и окислительной активности нейтрофилов при взаимодействии с биопленками уропатогенных E. coli (UPEC) DL82 и R44. Нейтрофилы периферической крови здоровых мужчин выделяли с помощью двухградиентного фиколла-урографина, инкубировали в течение 1 ч с клетками бактерий из биопленок или их супернатантами, после чего оценивали функциональную активность лейкоцитов. Фагоцитарную активность нейтрофилов определяли по степени гашения биолюминесценции светящегося штамма E. coli K12 TG1 lux⁺ (pXen) при их поглощении нейтрофилами. Продукцию внеклеточных активных форм кислорода (АФК) анализировали по интенсивности люминолзависимой хемилюминесценции в спонтанном и стимулированном клетками E. coli K12 вариантах. Достоверность различий определяли с помощью критерия Стьюдента при р < 0,05. Установлено, что взаимодействие нейтрофилов с клетками или супернатантами биопленки UPEC не влияло на фагоцитарную активность. Супернатанты E. coli DL82 снижали спонтанную продукцию АФК нейтрофилами по сравнению с контролем и клетками биопленок. Супернатанты E. coli R44 с низким вирулентным потенциалом не влияли на продукцию АФК нейтрофилами, в то время как клетки биопленки ее стимулировали. При оценке стимулированной продукции АФК воздействие супернатантов штамма R44 не вызывало снижения способности нейтрофилов к активации в ответ на внешний раздражитель (клетки E. coli К12). Предварительный контакт нейтрофилов с бактериями E. coli R44 приводил к высокому и длительному уровню продукции АФК по сравнению с контролем. Взаимодействие нейтрофилов с клетками DL82 приводило к более высокому уровню АФК по сравнению с супернатантами, однако наблюдалось последующее быстрое истощение окислительного потенциала нейтрофилов. Таким образом, клетки и супернатанты биопленок UPEC могут определять активацию нейтрофилов.

1. Danilov V.S., Zarubina A.P., Erochnikov G.E., Solovyeva L.N., Kartashev F.V., Zavilgelskii G.B. Sensory bioluminescence systems based on lux-operons of various-type luminescent bacteria. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 2002, no. 3, pp. 20-24. (In Russ.)

2. Hirschfeld J. Dynamic interactions of neutrophils and biofilms. J. Oral Microbiol., 2014, Vol. 6, 26102. https://doi.org/10.3402/jom.v6.26102.

3. Lüthje P., Brauner A. Virulence factors of uropathogenic E. coli and their interaction with the host. Adv. Microb. Physiol., 2014, Vol. 65, pp. 337-372.

4. Maslennikova I.L., Kuznetsova M.V., Nekrasova I.V., Shirshev S.V. Effect of bacterial components of mixed culture supernatants of planktonic and biofilm Pseudomonas aeruginosa with commensal Escherichia coli on the neutrophil response in vitro. Pathog. Dis., 2017, Vol. 75, no. 8. https://doi.org/10.1093/femspd/ftx105.

5. Maslennikova I.L., Nekrasova I.V., Kuznetsova M.V. Interaction of neutrophils and biofilm formed by uropathogenic Escherichia coli strains with different pathogenic potential. Bull. Exp. Biol. Med., 2022, Vol. 174, no. 1, pp. 51-56.

6. Olson P.D., Hunstad D.A. Subversion of host innate immunity by uropathogenic Escherichia coli. Pathogens, 2016, Vol. 5, no. 1, 2. https://doi.org/10.3390/pathogens5010002.

7. Papayannopoulos V. Neutrophils facing biofilms: The battle of the barriers. Cell Host Microbe, 2019, Vol. 25, no. 4, pp. 477-479.

8. Qasemi A., Rahimi F., Katouli M. Genetic diversity and virulence characteristics of biofilm-producing uropathogenic Escherichia coli. Int. Microbiol., 2022, Vol. 25, no. 2, pp. 297-307.

9. Tchebotar I.V., Mayanskiy A.N., Mayanskiy N.A. Matrix of microbial biofilms. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2016, Vol. 18, no. 1, pp. 9-19. (In Russ.).