Растущее осознание значения микробных биопленок в различных секторах постоянно открывает новые области возможностей в разработке инновационных технологий в трансляционных исследованиях, которые могут устранять их вредные последствия, а также использовать их преимущества. Из-за масштабов секторов, затронутых микробными биопленками, определение их реального финансового воздействия было затруднено. Эта перспектива подчеркивает это влияние в глобальном масштабе, основываясь на цифрах, полученных в недавнем углубленном анализе рынка, проведенном по заказу Национального центра инноваций в области биопленок Великобритании (NBIC). Результаты этого анализа и семинаров, организованных NBIC по его стратегическим темам исследований, открыли широкие возможности для трансляционных исследований микробных биопленок. Однако остается еще много нерешенных научных и технологических проблем, которые необходимо решить, чтобы активизировать эти возможности. В этой перспективе обсуждаются некоторые из этих проблем.
Ключевые слова: биопленки, нефть и газ, здравоохранение, микробы.
Keywords: biofilms, oil and gas, healthcare, microbes.
Микробные биопленки широко распространены как обычные формы жизни микробов во всех системах. Эти биопленки являются продовольственной безопасностью, которая оказывает серьезное влияние на здоровье людей и животных. Национальный центр инноваций биопленки (NBIC) был создан в 2017 году. Активизация сотрудничества с промышленностью в области исследования биопленок стремилась достичь новаторских инноваций. Учет межотраслевого финансового влияния биопленок был непрост, так как требовался серьезный анализ, различные источники информации и экспертиза на соответствующих рынках.
На данный момент, по оценкам, биопленки имеют экономическое значение: 5000 миллиардов долларов в год (отраслевые отчеты, статьи в научных журналах и сводки из конкретных рыночных отчетов).
Здравоохранение
Влияние биопленок на здравоохранение широко изучалось. По данным национального института здравоохранения США, 80 % микробных инфекций в организме вызываются биопленками. Они устойчивы к стандартным антимикробным обработкам и может потребоваться хирургическое вмешательство для устранения хронической инфекции. 78,2 % хронических ран — биопленка. Мировые расходы в 2017 г. в здравоохранении составили 7800 миллиардов долларов, из которых, по оценкам, 281 миллиард долларов соответствует биопленкам. Биопленки также оказывают значительное влияние на легкие и пищеварительную систему. Более 70 000 человек во всем мире живут с муковисцидозом, из которых около 30 000 в США. Биопленки в легких при муковисцидозе очень устойчивы к антибиотикам.
Исследование 2013 года показало, что заболеваемость в США 10 000–15 000 случаев в год хроническим синуситом (недавно оцененный ежегодный глобальный экономический эффект в размере 16 миллиардов долларов). Хотя оно классифицируется как воспалительное заболевание, связанное с вторичными бактериальными биопленочными инфекциями. Образование биопленки при инфекциях мочевыводящих путей, связанных с катетером, сталкиваются около 150 миллионов человек. По оценкам, от 15 до 25 % госпитализированных пациентов носят мочевой катетер и на катетеризацию приходится примерно 75 % ИМП в больницах. Ориентировочная глобальная стоимость катетеризации мочевыводящих путей инфекции оцениваются в 1 миллиард долларов в год. В офтальмологии биопленочные инфекции могут присутствовать в глазах и веках, но и в результате ношения контактных линз и искусственных линз их вводили во время операции по удалению катаракты.
Нефтяная и газовая отрасль
Самая большая глобальная проблема нашего века — изменение климата. Ключевая цель — достижение энергоэффективности для чистых нулевых выбросов углерода. Биологическое загрязнение повышает фрикционное сопротивление лодок, 15–20 % расхода топлива при заданной скорости. Использование топлива с высоким содержанием серы на 15 крупнейших кораблях мира эквивалентны выбросам 760 автомобилей. Биологическое загрязнение также увеличивает плотность и вес статических морских сооружений, таких как объекты возобновляемой энергетики и инфраструктура нефтегазовой отрасли, что повышает риск повреждения или аварии, ввод в эксплуатацию и вывод из эксплуатации. Серьезным последствием биологического загрязнения морской среды является инвазивные виды с кораблей, рыболовство, аквакультура и прибрежная инфраструктура. Продукция аквакультуры, по оценкам, в 2030 г. достигнет 109 млн тонн в мире. Однако биообрастание инфраструктуры, связанной с биопленками, которые часто содержат неместные микроорганизмы, в настоящее время оценивается как дорогостоящая для этой отрасли: 4–8 миллиардов долларов в год.
Большая часть инфраструктуры в морском и энергетическом секторах также подвержена микробной коррозии. Загрязненные морские поверхности становятся восприимчивыми к коррозии и повышенному риск повреждения от сильных волн, ударов или вибрации. В нефтегазовой отрасли ВПК вызывает до 20–40 % серьезных проблем, коррозионные явления и течи трубопроводов до 70–95 %. Этот ущерб стимулирует рынок ингибиторов коррозии, предположительно, в 2019 году он будет стоить 7,5 миллиардов долларов. Международное сотрудничество и важность образования как наглядно показала глобальная пандемия, международное сотрудничество имеют решающее значение не только для блага страны, для общества, но и для восстановления и роста экономики.
Биопленки находятся в центре некоторых из самых насущных глобальных проблем и создают значительный экономический эффект во всех отраслях промышленности. В феврале 2020 года NBIC вместе с двумя крупнейшими исследовательскими центрами биопленки за пределами Великобритании — Центр США Biofilm Engineering (CBE) и Сингапурский центр экологических наук о жизни (SCELSE), Инициативная группа ЕС по сотрудничеству в области науки и технологий (COST) Об инновациях в антимикробных покрытиях (AMICI) создали единую группу, которая будет направлять международное развитие и внедрение стандартизированных методов тестирования биопленок в здравоохранении, искусственной среде и промышленных системах. Международное сотрудничество и взаимодействие поможет получить новые перспективы в исследованиях, исследовательские результаты своей работы, а также диверсифицировать свои сети по всему миру. Международное сотрудничество должно объединить партнеров с взаимодополняющими полномочиями и опытом решения ключевых отраслевых научных вопросов в реальных ситуациях для решения проблем.
Литература:
- Хемдан Б. А., Эль-Тавил Г. Э., Госвами П., Пант Д. и Севда С. Роль биопленки в развитии и распространении вездесущих патогенов в системах питьевого водоснабжения: обзор эпиднадзора, вспышки и профилактика. Мировой Дж. Микробиол. Биотехнолог. 37, 36 (2021).
- Абдельфаттах, А., Хоссейн, М. И. и Ченг, Л. Высокопрочная очистка сточных вод с использованием микробного биопленочного реактора: критический обзор. Мировой Дж. Микробиол. Биотехнолог. 36, 75 (2020).
- Виньерон А., Хед И. М. и Цесметзис Н. Повреждение морских производственных объектов вызывающими коррозию микробными биопленками. заявл. микробиол. Биотехнолог. 102, 2525–2533 (2018).
- Холл-Студли, Л., Костертон, Дж. В. и Студли, П. Бактериальные биопленки: от естественной среды до инфекционных заболеваний. Нац. Преподобный Микробиолог. 2, 95–108 (2004).
- Пандит А., Адхолейя А., Кэхилл Д., Брау Л. и Кочар М. Микробные биопленки в природе: раскрытие их потенциала для применения в сельском хозяйстве. Дж. Заявл. микробиол. 129, 199–211 (2020).
