Настоящий

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 9678 (2022) Цитировать эту статью

2368 Доступов

7 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

У человека-хозяина бактериальные возбудители Staphylococcus aureus и грибковые Candida albicans образуют смешанную биопленку, которая вызывает тяжелую смертность и заболеваемость. Однако исследования по образованию и уничтожению смешанных биопленок в динамических условиях отсутствуют. Таким образом, в этом исследовании использовался микрофлюидный метод для анализа формирования в реальном времени биопленок моно- и двух видов (S. aureus и C. albicans) и неинвазивная оптическая обработка сформировавшейся зрелой биопленки с использованием лазерного света с длиной волны 405 нм. Смеситель «елочка» тщательно перемешивал бактериальные и грибковые клетки в питательной среде перед введением в каналы наблюдения на микрофлюидном чипе. При скорости потока питательной среды 1,0 мкл/мин в течение 24 ч покрытие бактериальной биопленки было до 15% выше, чем покрытие грибковой биопленки (50% для бактерий против 35% для гриба). С другой стороны, двухвидовая биопленка дала самый высокий охват ~ 96,5% из-за коллективного взаимодействия между S. aureus и C. albicans. Число событий пролиферации клеток у S. aureus было выше, чем у C. albicans, в течение 12 ч, что указывает на то, что биопленка S. aureus развивалась быстрее, чем у C. albicans. Новая испытательная платформа in situ продемонстрировала значительный бактерицидный эффект (80%) лазерного света с длиной волны 405 нм и интенсивностью 1080 Дж/см2 в отношении сформировавшейся биопленки S. aureus, тогда как та же обработка удалила примерно 69% смешанных клеток в двойной -видовая биопленка. Это исследование показало, что разработанная микрофлюидная платформа может быть использована для мониторинга образования двухвидовых биопленок в режиме реального времени и индуцированного лазером антимикробного воздействия на двухвидовые биопленки.

Микроорганизмы существуют в сложных сообществах, включая принимающую, клиническую и промышленную среду1,2. Наличие сложных микробных сообществ выгодно как для одного, так и для обоих видов микробов в окружающей среде3. Более того, полимикробные взаимодействия имеют множество преимуществ, включая изменения в иммунных реакциях хозяина, микробном патогенезе и вирулентности4. Полимикробные взаимодействия во многих природных средах, включая хозяина, приводят к образованию биопленок, которые содержат гетерогенные микроколонии микробных клеток, окруженные самостоятельно продуцируемыми внеклеточными полимерными веществами5. Микробные популяции в биопленке в значительной степени приносят пользу друг другу с точки зрения обмена питательными веществами, метаболитами, сигнальными молекулами, генетическими материалами, устойчивостью к противомикробному лечению и защитой от иммунологических реакций хозяина6,7,8.

Инфекции, вызванные полимикробными биопленками, приводили к более высокому уровню смертности (70%), чем инфекции, вызванные моновидовыми биопленками9. Большая часть информации о процессе формирования биопленок и характеристиках вирулентности получена от одного вида бактерий9. Большая часть тестов на чувствительность к противомикробным препаратам полностью основана на культуре моновидовых планктонных клеток, что увеличивает вероятность неудачного лечения полимикробных инфекций10,11. В современном контексте исследования полимикробных биопленок с использованием многовидовых микробных сообществ представляют значительный интерес для определения истинного воздействия полимикробной биопленки на естественного хозяина, клинические и промышленные условия4. Исследователи сосредоточены на взаимодействии между грибами и бактериями, чтобы понять полимикробные взаимодействия на межгосударственном уровне12,13. Грибковые патогены, особенно Candida albicans, часто изолируются вместе с многочисленными видами патогенных бактерий из полости рта, кожи и поверхности слизистых оболочек, желудочно-кишечного тракта, легких и поверхности вульвовагини14,15. Staphylococcus aureus и C. albicans были идентифицированы вместе при различных заболеваниях, связанных с биопленками, включая муковисцидоз, кератит, вентилятор-ассоциированную пневмонию, протезный стоматит, пародонтит, инфекции мочевыводящих путей и ожоговые раны, согласно обзору Carolus et al.14. S. aureus продуцирует несколько факторов вирулентности, включая протеазы, гемолизин, лейкоцидины, энтеротоксин, иммуномодулирующие молекулы и отшелушивающий токсин16. Аналогичным образом, патогенность C. albicans проявляется в различных факторах вирулентности, таких как морфологические изменения, развитие биопленок, выработка адгезина, высвобождение гидролитических ферментов и проникновение на поверхность клетки-хозяина4,17.