Indication of microbial biofilms in monitoring the biological safety of food raw materials and the environment | Индикация биопленок микроорганизмов при мониторинге биологической безопасности пищевого сырья и окружающей среды

English. The data concerning the stages of development of biofilms (BF) of microorganisms of various systematic groups are generalized and analyzed. The study purpose was to select and test methods for preparing specimens to study BF of isolates from microbiological monitoring of food raw materials and food production equipment. Reference strains of microorganisms were also used in experiments. Microorganisms were cultured at temperatures of 22 ± 1 and 37 ± 1 deg. C for 24±3 and 48±3 h. BF specimens were fixed with vapors of a 25% glutaraldehyde solution for 3-5 h and a 1% aqueous solution of osmic acid (OsO4) for 2-3 min, then dehydrated with propylene oxide vapors for 2-3 min. When differentiating BF markers, the total number of colony-forming units, the number of viable cells, the volume of proteins and beta-polysaccharides were recorded. Methodological approaches for visualization and differentiation of the component composition of single- and polyspecies BFs are scientifically developed. To differentiate the cells and components of the intercellular matrix, an aniline dye with metachromosic properties, namely gentian violet, should be used. Gram staining allows differentiating the cellular composition of polyspecies BFs, and with help of fluorescent dyes, uncultivated viable microorganisms can be identified. To study the heteromorphic BF composition without violating the natural population architectonics, fixation and subsequent dehydration of the specimens with glutaraldehyde vapors and osmium tetroxide vapors, and dehydration with propylene oxide vapors are recommended. General regularities of development stages of BF heterogeneous structure are mediated by L-transformation processes, such as number increment of attached microorganisms and increase in the content of beta-polysaccharides of the intercellular matrix. The dynamics of morphometric and densitometric changes is determined by the phenotypic plasticity of heterogeneous population and differentiation of biochemical markers of BFs.

Russian. Обобщены и проанализированы данные, касающиеся этапов развития биопленок (БП) микроорганизмов различных систематических групп. Цель исследования – подобрать и апробировать способы подготовки препаратов для исследования БП изолятов, выделенных при микробиологическом мониторинге пищевого сырья и оборудования пищевых производств. Референтные штаммы микроорганизмов также использовали в опытах. Микроорганизмы культивировали при температуре 22±1 и 37±1 град. С в течение 24±3 и 48±3 ч. Препараты БП фиксировали парами 25%-го раствора глутарового альдегида в течение 3…5 ч и 1%-го водного раствора осмиевой кислоты (OsO4) в течение 2…3 мин, затем обезвоживали парами пропиленоксида в течение 2…3 мин. При дифференциации маркеров БП учитывали общее число колониеобразующих единиц, число жизнеспособных клеток, объем белков и бета-полисахаридов. Разработаны методологические подходы для визуализации и дифференциации компонентного состава моновидовых и поливидовых БП. Для дифференциации клеток и компонентов межклеточного матрикса следует использовать анилиновый краситель со свойствами метахромозии – генциановый фиолетовый (генцианвиолет). Окраска по Граму позволяет дифференцировать клеточный состав поливидовых БП, а с помощью флуоресцентных красителей можно выявить некультивируемые жизнеспособные микроорганизмы. Для исследования гетероморфного состава БП без нарушения естественной архитектоники популяции фиксацию и последующее обезвоживание препаратов рекомендуется проводить парами глутарового альдегида и парами тетраоксида осмия, обезвоживание – парами пропиленоксида. Общие закономерности стадий развития гетерогенной структуры БП опосредованы процессами L-трансформации: возрастанием числа прикрепившихся микроорганизмов и увеличение содержания бета-полисахаридов межклеточного матрикса. Динамика морфометрических и денситометрических изменений обусловлена фенотипической пластичностью гетерогенной популяции и дифференциацией биохимических маркеров БП.