Исследование влияния коротковолнового ультрафиолетового излучения, генерируемого лазерно-плазменным источником, на жизнеспособность биопленкообразующих патогенных микроорганизмов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-00459

НазваниеИсследование влияния коротковолнового ультрафиолетового излучения, генерируемого лазерно-плазменным источником, на жизнеспособность биопленкообразующих патогенных микроорганизмов

Руководитель Соловьев Николай Германович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-403 - Медицинская микробиология и вирусология

Ключевые слова коротковолновое УФ излучение, микробиота человека, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Moraxella catarrhalis, моновидовые биопленки, мутации, жизнеспособность, биологическая безопасность, лазерная плазма, непрерывный оптический разряд, импульсно-периодический оптический разряд

Код ГРНТИ76.03.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта предполагается провести оценку бактерицидной эффективности лазерно-плазменного источника, генерирующего коротковолновое ультрафиолетовое излучение с высокой спектральной яркостью. Благодаря высокой температуре плазмы яркость такого источника в УФ диапазоне в несколько раз превосходит значения других источников. Предполагается оценить активность полного спектра излучения и различных его частей в плане воздействия на живые суперустойчивые объекты – синегнойную палочку и патогенную клебсиеллу (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Moraxella catarrhalis), существующих в виде суперустойчивой формы выживания. Для этого планируется создать лазерно-плазменный источник УФ излучения на основе оптического разряда комбинированного типа, определить биологическое действие (жизнеспособность) излучения на моновидовые биопленки, определить влияние исследуемых соединений на рост бинарных биопленок микроорганизмов, определить возможные механизмы регулирования биопленочной активности и разработать методики пробиотического восстановления микробиоты человека. Изучение новых физических методов ингибирования формирования биопленки в недалеком будущем может оказаться единственной альтернативой в случае появления суперустойчивых микроорганизмов и вирусов, способных потенциально вызвать новую эпидемию инфекционных заболеваний среди населения планеты.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Котов М.А., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю., Калмантаева О.В., Макарова М.А., Манзенюк О.Ю. ВЛИЯНИЕ УФ ИЗЛУЧЕНИЯ И ОЗОНА НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ БИОПЛЕНОК И ПОКОЯЩИХСЯ ФОРМ БАКТЕРИЙ PSEUDOMONAS AERUGINOSA Процессы в геосредах, 3(37), 2023 г., стр. 2143-2157 (год публикации - 2023)

2. Манзенюк О.Ю., Калмантаева О.В., Котов М.А., Макарова М.А., Фирстова В.В., Титарева Г.М., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю., Соловьев Н.Г. Изучение бактерицидной эффективности коротковолнового УФ в отношении патогенных Klebsiella pneumoniae, Moraxella catarrhalis и Kocuria rhizophila методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (год публикации - 2025)

3. Котов М.А., Торчик М.В., Андросенко В.Н., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю., Манзенюк О.Ю. Моделирование параметров излучения оптического разряда в схеме УФ монохроматора 400-200 нм для бактерицидного воздействия Физико-химическая кинетика в газовой динамике (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1.Прямое облучение на длинах волн 254 и 185 нм в течении не менее 8 мин (Доза 3,3 Дж/кв.см) не влияет на жизнеспособность клеток человека в опытах in vitro. 2. Наблюдалась фенотипическая гетерогенность, выражающаяся в формировании атипических колоний, характерных для UV-R mut P.aeruginosa, которые образуются с частотой ~ 3×10-6 . Прямым доказательством мутаций UVR колоний служит секвенирование нуклеотидных последовательностей ДНК UVR и сравнение их с ДНК родительского штамма. 3. Дeйствие адреналина вызывало гибель 56% клеток. При комплексном воздействии УФО и адреналина на M.catarrhalis процентное содержание мертвых клеток составило 41%. 4. Были отобраны UV-R устойчивые к УФ облучению колонии M.catarrhalis для детекции мутаций. Морфология и жизнеспособность колоний не изменялись при 8 мин облучении. 5. При комплексном воздействии УФО 8 мин (Доза 3,3 Дж/кв.см) и фермента Dep_kpv74 на биопленки K. pneumoniae процентное содержание мертвых клеток составило ~ 91%. Что на 33 % (64%) больше чем в контроле. 6. Впервые показан индивидуальный спектр УФ чувствительных новых патогенов. Энергетическая доза не коррелирует с бактерицидным эффектом. Полученные данные позволили дифференцировать патогены K.pneumoniae, M. catarrhalis, P.aeruginosa между собой по соотношению КОЕ к длине волны. Этот феномен может служить началом разработки узкополосных УФ излучателей для узкоспециализированных медицинских целей.

Публикации