The Ability of Single Species Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria to Form Biofilm on Hard Tissues of the Teeth In Vitro According to the Scanning Electronic Microscopy

Abstract

Введение. Успех в борьбе с инфекциями во многом зависит не только от эффективности методов оценки антибиотикорезистентности микроба-возбудителя, но и от степени образования им биопленки. Разные виды бактерий колонизируют разные биотопы полости рта: например, одни имеют тропизм к цементу корня зуба, другие – к эмали, третьи – к дентину, к тканям пародонта, а также к слизистой оболочке полости рта. По аналогии можно говорить также и о тропизме к тем или иным видам реставрационных (пломбировочных) или ортопедических (протезных) материалов. В связи с вышеизложенным очевидно, что установление способности бактериальных культур образовывать биопленку на поверхности твердых тканей зубов по степени интенсивности и ее зрелости на текущий момент весьма актуально.Цель исследования. Оценить степень способности одновидовых культур S. aureus и E. coli к формированию биопленки на репликах твердых тканей зубов и ее морфологические особенности.Материалы и методы. Для формирования биопленочных культур шлифы образцов зубов помещали в пробирки с суспензиями тест-культур S. aureus и E. coli в концентрации 1,0×106 КОЕ/мл, приготовленными на триптиказо-соевом бульоне (ТСБ) и выдерживали в термостате при 37 °С в течение 2 суток. Для выполнения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) образцы с бактериальной биопленочной культурой извлекали из ТСБ, высушивали в естественных условиях в течение 30 минут, после чего на 10 минут фиксировали в метаноле. Исследование морфологии образцов проводили на аттестованном СЭМ высокого разрешения «Mira» фирмы«Tescan» (Чехия) с рентгеноспектральным анализатором фирмы «Oxford Instruments Analytical» (Великобритания). Ускоряющеенапряжениеприсъемкесоставляло 15 кВ, увеличение×10000 –×50 000.Выводы. Анализ результатов собственных исследований показал, что тестируемые как грамположительные, так и грамотрицательные бактериальные культуры способны формироватьмежклеточный матрикс с последующим образованием биопленки на поверхности твердых тканей зубов. Биопленки монокультур имеют разную морфологическую структуру в зависимости от вида бактерий.В ходе исследования было установлено, что наибольшей способностью образовывать биопленку обладает E. сoli, наименьшей – S. aureus (р=0,041). Выявлена способность образовывать многослойную биопленку грамотрицательных бактерий в сопоставлении с грамположительными. Introduction. Success in the fight against infections largely depends not only on the effectiveness of methods for assessing the antibiotic resistance of the pathogen microbe, but also on the degree of biofilm formation. Different types of bacteria colonize different biotopes of the oral cavity: for example, some have a tropism for the cement of the root of the tooth, others for enamel, and others for dentin, periodontal tissues, and also to the oral mucosa. By analogy, we can also talk about the tropism for certain types of restoration (filling) or orthopedic (prosthetic) materials. In connection with the above, it is obvious that the establishment of the ability of bacterial cultures to form a biofilm on the surface of hard tissues of the teeth according to the degree of intensity and its maturity is currently very important.Purpose of the study. To assess the ability of single-species cultures of S. aureus and E. coli to form biofilm on replicas of hard tooth tissues and its morphological features.Materials and methods. To form biofilm cultures, thin sections of tooth samples were placed in tubes with suspensions of S. aureus and E. coli test cultures at a concentration of 1.0x106 CFU / ml, prepared in trypticase soy broth (TSB) and kept in a thermostat at 37 °С for 2 days. To perform scanning electron microscopy (SEM), samples with a bacterial biofilm culture were removed from TSB, dried in vivo for 30 minutes, and then fixed in methanol for 10 minutes. The study of the morphology of the samples was carried out on a certified high-resolution SEM “Mira” from “Tescan” (Czech Republic) with an X-ray spectrum analyzer from “Oxford Instruments Analytical” (Great Britain). Accelerating voltage during shooting was 15 kV, magnification ×10 000 – ×50 000.Conclusions. Analysis of the results of our own research showed that both of the tested gram- positive and gram-negative bacterial cultures are able to form an intercellular matrix with the subsequent formation of a biofilm on the surface of hard dental tissues. Monoculture biofilms have a different morphological structure depending on the type of the bacteria.In the course of the study, it was found that E. coli has the greatest ability to form a biofilm, and the least – S. aureus (p=0.041). The ability to form a multilayered biofilm of a gram-negative bacteria was revealed in comparison with the gram-positive ones.