1.4.3. Нуклеиновые кислоты в матрикса биоплёнки

Биоплёнки многих микроорганизмов содержат в составе матрикса экстрацеллюлярную ДНК (эДНК) [17]. Количество эДНК в матриксе биоплёнки может сильно различаться даже у филогинетически родственных видов. Так, у S. aureus количество эДНК в матриксе биоплёнки может достигать 25-30 % от сухой массы веществ матрикса, тогда как у близко родственного S. epidermidis эДНК является минорным компонентом матрикса биоплёнки [23].

Ранее, эДНК считалась лишь резидентным компонентом матрикса биоплёнки осовобождающимся в связи с лизисом клеток, однако исследования последних лет показали, что эДНК является важным интегральным компонентом матрикса биоплёнки [35, 70]. Важность нуклеиновых кислот для процесса аггрегации клеток была показанна для бактерий рода Rhodovulum, способных к самоосаждению [66]. Обработка клеток этих бактерий нуклиазами приводит к прекращению процесса самоосаждения, тогда как использование сахаролитических и пептолитических ферментов не вызывает подобного эфекта [66]. эДНК также является мажорным компонентом матрикса биоплёнки P. aeruginosa, у которой она выполняет функцию интерклеточного коннектора [72]. Показано, что обработка ДНКазами приводит к полному ингибированию процесса формирования биоплёнки этим микроорганизмом [68].

Источники эДНК в матриксе биоплёнки видимо не являются идентичными у всех микроорганизмов. У гаммапротеобактерии штамма F8 было показано как наличие сходства, так и существенные различия в строении эДНК по сравнению с геномной ДНК, что является доказательством того, что наличие эДНК в матриксе биоплёнки этой бактерии нельзя объяснить простым лизисом клеток [4]. Однако, у P. aeruginosa и P. putida эДНК идентична геномной [57]. У S. еpidermidis источником эДНК является особая субпопуляция клеток несущая бифункциональный автолизин (AtlE). Эта ДНК индуцирует образование биоплёнки оставшейся частью популяции [35]. Не смотря на всё выше описанное, функции и природа эДНК в матриксе биоплёнки сегодня окончатильно не выяснены.

1.4.4. Липиды и сурфоктанты матрикса биоплёнки.

Такие компоненты матрикса как экзополисахариды, белки и эДНК являются гидрофильными компонентами с высокой степенью гидратации, однако в составе матрикса биоплёнки встречаются и гидрофобные компоненты. Например, те штаммы бактерий рода Rhodococcus, которые не имеют фимбрий адгезируются к поверхности за счёт наличия сильно гидрофобной капсулы, химический состав которой соответствует химическому составу образующегося затем матрикса [38]. Капсула и матрикс этих бактерий построены из амфифильных полисахаридов содержащих в качестве боковых заместителей метильные и ацетильные группы [39].

В матриксе биоплёнки так же присутствуют липиды, как в ассоциации с экзополисахаридами, так и в свободной форме [9]. Так, для Thiobacillus ferrooxidans ведущую роль в процессе адгезии и формировании биоплёнки играет липополисахарид [52]. Serratia marcescens активно синтезирует группу липидов обладающих поверхностно-активными свойствами, известные как серраветтины [33]. Другими важными липидными продуктами входяшими в состав матрикса биоплёнки некоторых бактерий являются сурфактин, вискозин и эмульсан. Они так же обладают поверхносно-активными свойствами и используются для разрушения гидрофобных соединений, повышая тем самым их биодоступность.

Второй группой алкалифильных компонентов матрикса биоплёнки являются биосурфактанты. Эти вещества обладают антимикробной и антигрибковой активностью, а так же регулируют численность клеток в составе биоплёнки путём их разрушения или провоцирования открепления. Одними из самых изученных биосурфактантов являются рамнолипиды P. aeruginosa. P. aeruginosa синтезирует два рамнолипида, отличающихся по количеству входящих в состав остатков рамнозы – монорамнолипид и дирамнолипид [12]. Рамнолипиды выполняют ряд важнейших биологических функций, необходимых для поддержания функционирования биоплёнок формируемых P. aeruginosa. Они обеспечивают клеточную агрегацию, формирование грибо-подобных тел зрелых биоплёнок, регулируют газообмен в биоплёнке путём противодействию колонизации матричных пустот, регулируют численность популяции клеток, а так же выполняют функцию гемолизинов [5, 43].