In vitro анализ комбинированной фенотипической устойчивости клинических изолятов Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae к антибиотикам и гуморальным факторам врожденного иммунитета

Одной из проблем современной медицины является формирование у бактерий комбинированной устойчивости к антимикробным средствам и гуморальным факторам врожденного иммунитета. Такой фенотип микроорганизмов не только сужает возможности антимикробной терапии, но и позволяет патогенам более эффективно преодолевать первую линию защиты организма человека, вызывая тяжелые диссеминированные процессы, трудно поддающиеся стандартным схемам лечения.

Цель данного исследования – изучение in vitro наличия комбинированной фенотипической устойчивости клинических изолятов энтеробактерий к антибиотикам и гуморальным факторам врожденного иммунитета, содержащимся в сыворотке и плазме крови.

В работе исследовано 59 клинических изолятов Escherichia coli (n = 30) и Klebsiella pneumoniae (n = 29), выделенных в различных стационарах г. Минска в 2021–2023 гг. Определение чувствительности бактерий к антибиотикам проводили на анализаторе Vitek 2 Compact (BioMerieux, Франция). Устойчивость к антимикробному действию нативной сыворотки, нативной плазмы и плазмы, обогащенной растворимыми факторами тромбоцитов (ПОРФТ/PRP), оценивали методом серийных разведений в жидкой питательной среде.

Установлена высокая частота комбинированной устойчивости грамотрицательных бактерий к экзогенным и эндогенным антимикробным веществам. Показано, что у клинических изолятов E. coli устойчивость к пенициллинам, цефалоспоринам, фторхинолонам и сульфаналамидам сочетается с устойчивостью к сыворотке крови в 60,0–66,7 % случаев. Изоляты K. pneumoniae продемонстрировали критически высокую резистентность к карбапенемам (72,4 %), защищенным пенициллинам (79,3 %), цефалоспоринам (82,1 %) и фторхинолонам (82,8 %), при этом большинство таких штаммов также было устойчиво и к плазме крови (69,2–81,8 %). ПОРФТ/PRP продемонстрировала выраженный бактериостатический эффект в отношении 88,9 % изолятов E. coli и 100 % K. pneumoniae.

1. Nasrollahian, S. A review of the mechanisms that confer antibiotic resistance in pathotypes of E. coli / S. Nasrollahian, J. P. Graham, M. Halaji // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. – 2024. – Vol. 14. – Art. 1387497. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1387497

2. Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae capsular types, antibiotic resistance and virulence factors in China: a longitudinal, multi-centre study / F. Hu, Y. Pan, H. Li [et al.] // Nature Microbiology. – 2024. – Vol. 9, N 3. – P. 814–829. https://doi.org/10.1038/s41564-024-01612-1

3. Antibiotic resistance rates in hypervirulent Klebsiella pneumoniae strains: A systematic review and meta-analysis / M. Beig, S. Aghamohammad, N. Majidzadeh [et al.] // Journal of Global Antimicrobial Resistance. – 2024. – Vol. 38. – P. 376–388. https://doi.org/10.1016/j.jgar.2024.06.018

4. Биологические свойства и антибиотикорезистентность Klebsiella pneumoniae и её роль в этиологической структуре возбудителей внебольничных пневмоний / А. С. Анисимова, Н. В. Павлович, Н. В. Аронова [и др.] // Антибиотики и химиотерапия. – 2023. – Т. 68, № 5–6. – С. 11–18.

5. The evolution of colistin resistance increases bacterial resistance to host antimicrobial peptides and virulence / P. K. Jangir, L. Ogunlana, P. Szili [et al.] // eLife. – 2023. – Vol. 12. – Art. e84395. https://doi.org/10.7554/eLife.84395

6. Antimicrobial peptides (AMPs): Ancient compounds that represent novel weapons in the fight against bacteria / J. M. Ageitos, A. Sánchez-Pérez, P. Calo-Mata T. G. Villa // Biochemical Pharmacology. – 2017. – Vol. 133. – P. 117–138. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2016.09.018

7. The neutralizing effect of heparin on blood-derived antimicrobial compounds: impact on antibacterial activity and inflammatory response / D. Cont, S. Harm, C. Schildböck [et al.] // Frontiers in Immunology. – 2024. – Vol. 15. – Art. 1373255. https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1373255

8. Антимикробная активность сыворотки крови и её взаимосвязь с показателями общего клинического анализа крови / А. М. Иксанова, И. М. Ожован, В. Г. Арзуманян [и др.] // Клиническая лабораторная диагностика. – 2023. – Т. 68, № 7. – С. 395–400.

9. Antimicrobial Peptides – Mechanisms of Action, Antimicrobial Effects and Clinical Applications / J. Talapko, T. Meštrović, M. Juzbašić [et al.] // Antibiotics. – 2022. – Vol. 11, N 10. – Art. 1417. https://doi.org/10.3390/antibiotics11101417

10. Antimicrobial Effect of Platelet Rich Plasma and Platelet Gel against Staphylococcus aureus Isolated from Surgical Site Infections: An In Vitro Study / A. A. Hasan, A. Heiba, L. Metwally [et al.] // Egyptian Journal of Medical Microbiology. – 2019. – Vol. 28, N 2. – P. 113–120. https://doi.org/10.21608/ejmm.2019.282704

11. Virulence Factors of Pseudomonas Aeruginosa and Antivirulence Strategies to Combat Its Drug Resistance / Ch. Liao, X. Huang, Q. Wang [et al.] // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. – 2022. – Vol. 12. – Art. 926758. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.926758

12. Miajlovic, H. Bacterial self-defence: how Escherichia coli evades serum killing / H. Miajlovic, S. G. Smith // FEMS Microbiology Letters. – 2014. – Vol. 354, N 1. – P. 1–9. https://doi.org/10.1111/1574-6968.12419

13. Fleitas, O. Induced Bacterial Cross-Resistance toward Host Antimicrobial Peptides: A Worrying Phenomenon / O. Fleitas, O. L. Franco // Frontiers in Microbiology. – 2016. – Vol. 7. – Art. 381. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00381

14. Andersson, D. I. Mechanisms and consequences of bacterial resistance to antimicrobial peptides / D. I. Andersson, D. Hughes, J. Z. Kubicek-Sutherland // Drug Resistance Updates. – 2016. – Vol. 26. – P. 43–57. https://doi.org/10.1016/j.drup.2016.04.002

15. Microbial evasion of the complement system: a continuous and evolving story / M. T. Heggi, H. T. N. El-Din, D. I. Morsy [et al.] // Frontiers in Immunology. – 2024. – Vol. 14. – Art. 1281096. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1281096

16. Adherence ability and serum resistance of different hospital clusters of Acinetobacter baumannii / A. P. Uber, G. F. Viana, F. G. Lodi [et al.] // Letters in Applied Microbiology. – 2021. – Vol. 73, N 2. – P. 132–138. https://doi.org/10.1111/lam.13484

17. Transcriptomic Basis of Serum Resistance and Virulence Related Traits in XDR P. aeruginosa Evolved Under Antibiotic Pressure in a Morbidostat Device / M. Javed, S. Sajjad ur Rahman, S. Tabassum [et al.] // Frontiers in Microbiology. – 2021. – Vol. 11. – Art. 619542. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.619542

18. Serum susceptibility of Escherichia coli and its association with patient clinical outcomes / O. Poteete, P. Cox, F. Ruffin [et al.] // PLoS ONE. – 2024. – Vol. 19, N 7. – Art. e0307968. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0307968

19. Biedzka-Sarek, M. Role of YadA, Ail, and Lipopolysaccharide in Serum Resistance of Yersinia enterocolitica Serotype O:3 / M. Biedzka-Sarek, R. Venho, M. Skurnik // Infection and Immunity. – 2005. – Vol. 73, N 4. – P. 2232–2244. https://doi.org/10.1128/IAI.73.4.2232-2244.2005

20. Patterns of cross-resistance and collateral sensitivity between clinical antibiotics and natural antimicrobials / A. Colclough, J. Corander, S. K. Sheppard [et al.] // Evolutionary Applications. – 2019. – Vol. 12, N 5. – P. 878–887. https://doi.org/10.1111/eva.12762

21. Metal Resistance and Its Association With Antibiotic Resistance / C. Pal, K. Asiani, S. Arya [et al.] // Advances in Microbial Physiology. – 2017. – Vol. 70. – P. 261–313. https://doi.org/10.1016/bs.ampbs.2017.02.001

22. Reygaert, W. C. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria / W. C. Reygaert // AIMS Microbiology. – 2018. – Vol. 4, N 3. – P. 482–501. https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.3.482

23. In Vitro Cross-Resistance to Daptomycin and Host Defense Cationic Antimicrobial Peptides in Clinical MethicillinResistant Staphylococcus aureus Isolates / N. N. Mishra, J. McKinnell, M. R. Yeaman [et al.] // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. – 2011. – Vol. 55, N 9. – P. 4012–4018. https://doi.org/10.1128/AAC.00223-11

24. Mechanisms Protecting Acinetobacter baumannii against Multiple Stresses Triggered by the Host Immune Response, Antibiotics and Outside-Host Environment / S. Monem, B. Furmanek-Blaszk, A. Łupkowska [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2020. – Vol. 21, N 15. – Art. 5498. https://doi.org/10.3390/ijms21155498

25. Antibiotics and Innate Immunity: A Cooperative Effort Toward the Successful Treatment of Infections / A. D. Berti, E. Theisen, J.-D. Sauer [et al.] // Open Forum Infectious Diseases. – 2020. – Vol. 7, N 8. – Art. ofaa302. https://doi.org/10.1093/ofid/ofaa302

26. Improved in vitro evaluation of novel antimicrobials: potential synergy between human plasma and antibacterial peptidomimetics, AMPs and antibiotics against human pathogenic bacteria / L. Citterio, H. Franzyk, Y. Palarasah [et al.] // Research in Microbiology. – 2016. – Vol. 167, N 2. – P. 72–82. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2015.10.002

27. Platelet-rich plasma as a potential antimicrobial agent against multidrug resistant bacteria in diabetic foot infections / E. Aboelsaad, S. Moustafa, A. Amine [et al.] // Scientific Reports. – 2025. – Vol. 15, N 1. – Art. 15145. https://doi.org/10.1038/s41598-025-97418-0

28. Antibacterial and antibiofilm activity of platelet-rich plasma under different activation conditions against multidrugresistant MRSA isolated from human skin abscesses / A. S. Abdelgeliel, W. F. Sayed, W. M. Salem, F. S. Hassan // BMC Biotechnology. – 2025. – Vol. 25, N 1. – Art. 137. https://doi.org/10.1186/s12896-025-01078-x

29. Antimicrobial Effects of Platelet-Rich Plasma and Platelet-Rich Fibrin: A Scoping Review / C. L. Karan, M. Jeyaraman, N. Jeyaraman [et al.] // Cureus. – 2023. – Vol. 15, N 12. – Art. e51360. https://doi.org/10.7759/cureus.51360

30. Antibacterial Activity of Leukocyteand Platelet-Rich Plasma: An In Vitro Study / A. Cieślik Bielecka, T. Bold, G. Ziółkowski [et al.] // BioMed Research International. – 2018. – Vol. 2018. – Art. 9471723. https://doi.org/10.1155/2018/9471723

31. Platelet-rich plasma plays an antibacterial, anti-inflammatory and cell proliferation promoting role in an in vitro model for diabetic infected wounds / T. Li, Y. Ma, M. Wang [et al.] // Infection and Drug Resistance. – 2019. – Vol. 12. – P. 297–309. https://doi.org/10.2147/idr.s186651

32. An evaluation of the bacteriostatic effect of platelet-rich plasma / O. J. Smith, A. Wicaksana, D. Davidson [et al.] // International Wound Journal. – 2021. – Vol. 18, N 4. – P. 448–456. https://doi.org/10.1111/iwj.13545

33. Нозокомиальные инфекции, вызванные бактериями семейства Enterobacteriaceae, в онкологической клинике / Н. В. Дмитриева, В. В. Агинова, И. Н. Петухова [и др.] // Сибирский онкологический журнал. – 2019. – Т. 18, № 1. – С. 36–42.

34. Multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae: challenges for treatment, prevention and infection control / M. Bassetti, E. Righi, A. Carnelutti [et al.] // Expert Review of Anti-infective Therapy. – 2018. – Vol. 16, N 10. – P. 749–761. https://doi.org/10.1080/14787210.2018.1522249

35. High prevalence of multiple antibiotic resistance in clinical E. coli isolates from Bangladesh and prediction of molecular resistance determinants using WGS of an XDR isolate / P. Jain, A. K. Bepari, P. K. Sen [et al.] // Scientific Reports. – 2021. – Vol. 11, N 1. – Art. 22859. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02251-w

36. M. Platelet-Rich Plasma for the Treatment of Tissue Infection: Preparation and Clinical Evaluation / W. Zhang, Y. Guo, Kuss [et al.] // Tissue Engineering Part B: Reviews. – 2019. – Vol. 25, N 3. – P. 225–236. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2018.0309

37. Platelet-rich plasma lysate displays antibiofilm properties and restores antimicrobial activity against synovial fluid biofilms in vitro / J. M. Gilbertie, T. P. Schaer, A. G. Schubert [et al.] // Journal of Orthopaedic Research. – 2020. – Vol. 38, N 6. – P. 1365–1374. https://doi.org/10.1002/jor.24584